Wie steht es um die Nachhaltigkeit von Photovoltaik?

Wie steht es um die Nachhaltigkeit von Photovoltaik?

Der Einsatz von Photovoltaik boomt nach wie vor. Aber wird Solarstrom wirklich nachhaltig produziert? Oder haben Kritiker dieser Umwelttechnik recht? Wir klären dich auf.

Inhalt des Blogartikels

• Mit Photovoltaik erzeugst du sauber und nachhaltig Strom
• Photovoltaik mindert den Ausstoß von Luftschadstoffen
• Photovoltaikanlagen zahlen Energie „zurück“
• Photovoltaik & Nachhaltigkeit: Typ des Moduls spielt eine entscheidende Rolle
• Ökobilanz von Photovoltaik und Speicher
• Photovoltaikanlagen lassen sich recyceln
• Photovoltaik ist nachhaltig und gut für Umwelt und Klima

Mit Photovoltaik erzeugst du sauber und nachhaltig Strom

Nachhaltigkeit, Umweltbewusstsein und Klimaschutz stehen heutzutage ganz oben auf der Agenda. Die Anschaffung einer Photovoltaikanlage (PV-Anlage) erfolgt zumeist nicht nur, weil man mit dem erzeugten Strom langfristig Geld sparen möchte, sondern hat auch ökologische Beweggründe. Dank der Sonne gilt Photovoltaik als eine der umweltschonendsten Arten zur Erzeugung von Strom – und leistet somit einen nachhaltigen Beitrag zur Energiewende. Doch worin manifestiert sich genau die Nachhaltigkeit der Photovoltaik? Wir haben einige Fakten für dich zusammengetragen.

Photovoltaik mindert den Ausstoß von Luftschadstoffen

Die Stromerzeugung durch Photovoltaikanlagen ist nicht auf fossile Brennstoffe angewiesen. Im Gegensatz zu Kohle oder Gas trägt die Gewinnung von Strom durch Photovoltaik zu einem reduzierten CO₂-Ausstoß bei. Laut Umweltbundesamt (UBA) ließen sich im Jahr 2020 in Deutschland durch Nutzung der Photovoltaik 34,9 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalente vermeiden. Die Emissionen aus der Produktion der Photovoltaik-Systemkomponenten wurden bei den Berechnungen näherungsweise berücksichtigt.

Weitere Emissionen wie Schwefel-, Kohlen- und Stickoxide sowie Staub, die bei der Stromproduktion in Gas- und Kohlekraftwerken in die Umwelt entweichen, treten durch Photovoltaik ebenfalls nicht auf. Die Nutzung einer PV-Anlage mindert generell den Ausstoß von Luftschadstoffen, sodass Schädigungen der Umwelt wie der Treibhauseffekt, die Versauerung von Böden und Gewässern sowie der Angriff der Ozonschicht verringert werden.

Photovoltaikanlagen zahlen Energie „zurück“

Die energetische Amortisationszeit (EPBT: Energy Payback Time) beschreibt den Zeitraum, ab dem eine Photovoltaikanlage mehr Energie erzeugt, als für ihre Fertigung aufgewendet wurde.

Generell ist die Dauer der energetischen Amortisation nicht einfach zu konkretisieren. Zum Beispiel muss man wissen, welche Faktoren es beim Energieaufwand für die Herstellung einer PV-Anlage zu berücksichtigen gilt. Es muss also die komplette Wertschöpfungskette miteinbezogen werden: von der Gewinnung der Rohstoffe bis zur Endfertigung und dem Transport. Und dies betrifft alle Bauteile und Komponenten der Anlage wie Solarmodule, Wechselrichter, Montagesysteme, Verkabelung und Schrauben.

Aufgrund der Verlagerung der Solarzellenherstellung nach China verschlechterte sich zunächst die Ökobilanz durch den starken Anstieg der CO₂-Emissionen. Mit der fortwährenden Verbesserung der Abläufe konnte in den letzten Jahren aber der Ausstoß von Kohlendioxid bei der Produktion reduziert werden. Weitere Fragen, die man sich bei der Berechnung der energetischen Amortisation stellen sollte, sind unter anderem:

• In welchem Maße ist der Rohstoffabbau für die Photovoltaik zu berücksichtigen?
• Wie abbaubar sind die einzelnen Bestandteile der PV-Module?

Photovoltaik & Nachhaltigkeit: Typ des Moduls spielt eine entscheidende Rolle

Wie lang der Zeitraum für die energetische Amortisation ist, hängt unter anderem von der Technologie der Solarzellen ab. Handelt es sich um kristalline Solarzellen, für deren Herstellung Silizium zum Einsatz kommt, beträgt die Amortisationszeit knapp 3 Jahre.

Polykristalline Module amortisieren sich schneller als monokristalline, obwohl der Stromertrag generell geringer ausfällt. Dies liegt am hohen Energiebedarf bei der Herstellung großer Kristalle, die bei monokristallinen Modulen zum Einsatz kommen. Bei Dünnschichtmodulen ist die Energiebilanz bereits nach 1,5 Jahren ausgeglichen, da der CO₂-Ausstoß bei der Produktion nicht so hoch ist. Generell kannst du bei einer Photovoltaikanlage von einer energetischen Amortisationszeit von 3 bis 6 Jahren ausgehen.

Ökobilanz von Photovoltaik und Speicher

Zur Ermittlung der Umweltbilanz der Komponenten verwendet man den Energy Return on Energy Invested (ERoEI oder auch EROI; übersetzt Erntefaktor). Dieser beschreibt, in welchem Verhältnis die genutzte zur investierten Energie steht und ist ein Kennwert zur energetischen Amortisation verschiedener Technologien. Man kann also ermitteln, welche Menge an Energie erforderlich ist, um eine gewisse Menge an Energie zu erhalten. Somit ist ein Rückschluss möglich, ob sich eine Photovoltaikanlage energetisch sinnvoll betreiben lässt.

Liegen die Ergebnisse über 1, ist die Gesamtenergiebilanz positiv. So bedeutet ein Wert von 2, dass die doppelte Menge Energie erzeugt wird, als eingesetzt wurde. Und je höher der Wert ist, desto besser fällt die Gesamtenergiebilanz und dadurch auch die Ökobilanz eines Produktes aus.

Der ERoEI-Wert für Photovoltaikanlagen beträgt im Durchschnitt 10. Die Produktion an Energie durch eine konventionelle Photovoltaikanlage ist folglich während ihrer Nutzungsdauer 10-mal höher als die Energie, die für die Herstellung ihrer einzelnen Bestandteile aufgewendet wurde. Weil die Gesamtenergiebilanz über die komplette Laufzeit sehr positiv ist, ist dies auch ein Indiz für den nachhaltigen Betrieb von Photovoltaik.

Stromspeicher sind eigentlich keine Erzeuger, sondern Verbraucher. Um aber die Ökobilanz auch für Stromspeicher zu beantworten, wurde analog zum EROI-Wert der Energy Stored on Invested (ESOI) entwickelt. Durch diesen Wert wird die bei der Produktion eingesetzte Energie in ein Verhältnis zur erbrachten Leistung eines Solarspeichers gesetzt. Aktuell speichern Stromspeicher durchschnittlich 18-mal so viel Energie, als für ihre Herstellung aufgebracht wurde.

Photovoltaikanlagen lassen sich recyceln

Noch ein Pluspunkt, wenn es um die Nachhaltigkeit bei Photovoltaik geht: Zu 95 Prozent lassen sich diese Solaranlagen recyceln – das gewonnene Material kann für die Produktion neuer Anlagen wiederverwendet werden. So kann man auch defekte Photovoltaikmodule nach dem Recycling in neuen und funktionsfähigen PV-Anlagen verbauen.

Seit 2012 gibt es übrigens ein Gesetz zum Recycling von Solaranlagen: Die WEEE-Richtlinie (Waste of Electrical and Electronic Equipment) schreibt seitdem vor, dass alle Produzenten zur Rücknahme und Entsorgung ausgedienter Photovoltaikmodule verpflichtet sind. Der Begriff „Produzent“ ist dabei sehr weit gefasst ist und schließt nicht nur die Hersteller ein.

Neue Recycling-Verordnung für Solarmodule

Um die Anforderungen an das Extrahieren von Schadstoffen dem Stand der Technik anzupassen, hat Anfang März 2021 das Bundeskabinett eine neue Verordnung für Elektro- und Elektronik-Altgeräte beschlossen. Zum ersten Mal gibt es auch eine Regelung für das Recycling von Photovoltaikmodulen. Die Novelle des Elektro- und Elektronikgeräte-Gesetzes wurde bereits im Dezember 2020 auf den Weg gebracht. Im Regierungsentwurf sind folgende Anforderungen festgelegt:

• Es muss eine getrennte Behandlung von siliziumbasierten und nicht-siliziumbasierte Photovoltaik-Panels erfolgen. Module aus Tandem- oder Mehrfach-Solarzellen gelten als nicht-siliziumbasiert. Ausnahme: Unterschiedliche Solarmodule dürfen gemeinsam behandelt werden, wenn je Kilogramm der Bleigehalt nicht größer als 10 Milligramm sowie der Selen- und Cadmiumgehalt jeweils nicht mehr als 1 Milligramm beträgt.
• Ein Bleigehalt von 100 Milligramm je Kilogramm sowie ein Selen- und Cadmiumgehalt von 1 Milligramm je Kilogramm in der Glasfraktion müssen bei siliziumbasierten Photovoltaikmodulen eingehalten werden. Der Selen- und Cadmiumgehalt darf in anderen Fraktionen nicht über 1 Milligramm je Kilogramm und der Bleigehalt nicht über 200 Milligramm je Kilogramm liegen.
• Bei nicht-siliziumbasierten Photovoltaikmodulen ist es grundsätzlich verboten, folgende Schadstoffgehalte zu überschreiten: Ein Bleigehalt von 10 Milligramm je Kilogramm – mit Ausnahme der Halbleiterfraktion – sowie ein Selen- und Cadmiumgehalt von jeweils 1 Milligramm je Kilogramm.
• Die Anteile von Aluminium und Cadmiumtellurid der Photovoltaikmodule müssen getrennt und entsprechend recycelt werden.
• Die Anforderungen an das Recycling sollen bundesweit vereinheitlicht werden, weil sich in Deutschland in den letzten Jahren bei den rund 340 Recyclinganlagen sehr unterschiedliche Behandlungsmethoden eingebürgert haben. Die Novellierung soll den zuständigen Landesbehörden die Kontrolle der Vorgaben für ausgediente Elektro- und Elektronikgeräte erleichtern. Jetzt fehlt nur noch die Zustimmung des Bundesrats.

Photovoltaik ist nachhaltig und gut für Umwelt und Klima

Bei der Herstellung von Solarmodulen entstehen außer CO₂ keine weiteren klimaschädlichen Gase; die Dünnschichttechnologie ausgenommen. Eine Solaranlage ist mit einer energetischen Amortisation von 3 bis 6 Jahren bei einer möglichen Lebensdauer von bis zu 30 Jahren äußerst nachhaltig in ihrer Herstellung. Bereits heute bestehen viele Solarmodule aus recycelten Materialien alter Module. Die 3 Hauptbestandteile Silizium, Aluminium und Glas sind bis zu 95 Prozent recycelbar und können wiederverwendet werden.