Erfolgsrezept Photovoltaik: Auf dem Weg zur nachhaltigen Energieversorgung

28.12.2023 Davide Marro über Ökobilanz von Photovoltaik, C02-Emissionen und mehr

Die Verbrennung von Rohstoffen wie Kohle, Erdöl und Gas ist EU-weit für drei Viertel der Treibhausgasemissionen verantwortlich. 40 Prozent des gesamten Energieverbrauchs in der EU entfallen auf das Heizen und Kühlen von Gebäuden. Laut aktueller Angaben des EU-Parlaments stammen derzeit mehr als 20 Prozent der in der EU verbrauchten Energie aus erneuerbaren Quellen.

Die kontinuierliche Weiterentwicklung erneuerbarer Energiequellen als Alternative zu fossilen Brennstoffen ist ein wichtiger Schritt, um Emissionen in der EU zu senken und gesteckte Emissionsziele zu erreichen. Der Ausbau von Photovoltaik (PV) bietet Unternehmen und Privatpersonen die Möglichkeit, Stromkosten zu senken, sich unabhängiger von Stromanbietern zu machen und einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten. Immer wieder wird jedoch die Nachhaltigkeit der Solarenergie in Frage gestellt, denn auch PV-Produzenten sind Teil einer energieintensiven Industrie, die angehalten ist, mit Ressourcen sorgsam umzugehen. Dabei gibt es einige Aspekte, anhand derer sich aufzeigen lässt, wie nachhaltig Photovoltaik zur Energiegewinnung und ebenso als Branche heutzutage geworden ist.

CO2-Emissionen

Treibhausgasemissionen sind Haupttreiber der Klimaerwärmung. Durch den Einsatz von Solarenergie kann der Ausstoß von Kohlendioxid zur Energieerzeugung bedeutend reduziert werden. Aktuelle Statistiken zeigen, dass durch die Nutzung von Photovoltaik in Deutschland im Jahr 2022 rund 41,7 Millionen Tonnen CO2 eingespart werden konnten (im Vergleich dazu 2012: 18,9 Mio. Tonnen, 2007: knapp 2 Mio. Tonnen). Mit der höheren Effizienz der Anlagen sowie dem Ausbau der Photovoltaik deutschlandweit konnte so allein in den vergangen 15 Jahren die Einsparung um mehr als den Faktor 20 gesteigert werden.

Ökobilanz

In Deutschland amortisieren sich Photovoltaikanlagen energetisch im Durchschnitt bereits nach ein bis zwei Jahren. Nach diesem Zeitraum hat die Anlage also so viel Energie erzeugt, wie für ihre Produktion, ihren Betrieb und ihre Entsorgung aufgewendet wird. Dabei haben Solarmodule heute bereits Leistungsgarantiezeiten von bis zu 30 Jahren – und laufen häufig auch nach diesem Zeitraum noch viele Jahre. Im Gegensatz dazu ist die Energiebilanz konventioneller Kraftwerke, die fossile Brennstoffe wie Kohle oder Erdgas nutzen, immer negativ. Denn im Betrieb muss stets mehr Energie in Form von Brennstoffen eingesetzt werden, als an nutzbarem Energieertrag gewonnen wird.

Eine Aktualisierungsstudie aus dem Jahr 2021 im Auftrag des Umweltbundesamtes zeigt, dass über einen Zeitraum von 30 Jahren die Produktion, der Betrieb und die Entsorgung einer Photovoltaikanlage rechnerisch zu Emissionen von 43-63 g CO2-Äquivalent pro kWh (bei monokristallinen Modulen) führen. Im Rahmen dieses Projekts wurde auch ein Ökobilanzrechner für Photovoltaikanlagen entwickelt, der es ermöglicht, die Ergebnisse des Projekts auf individuelle Photovoltaikinstallationen zu übertragen. Laut Berechnungen im Rahmen der Emissionsbilanz für erneuerbare Energieträger im Jahr 2021 vermeidet eine Photovoltaikanlage demnach hauptsächlich Emissionen aus Steinkohle- und Erdgaskraftwerken in Höhe von insgesamt 740 Gramm CO2-Äquivalent pro Kilowattstunde. Entsprechend ergibt sich durch die Photovoltaik ein Netto-Vermeidungsfaktor von Kohlenstoffemissionen in Höhe von 684 Gramm CO2-Äquivalent pro Kilowattstunde.

Zukunftsgerichtete Weiterentwicklung

Die Weiterentwicklung von PV-Anlagen hat in den vergangen 10-15 Jahren stark an Fahrt aufgenommen. In dieser Zeit hat sich beispielsweise die technische Führung von monokristallinen gegenüber polykristallinen Zellen hinsichtlich ihres Wirkungsgrades gezeigt: Zwar sind polykristalline Zellen bzw. Module oftmals preiswerter, können jedoch mit einem bedeutend geringeren Wirkungsgrad weniger Energie auf derselben Fläche erzeugen, sodass mittlerweile monokristalline Module den Markt dominieren. Eine ähnliche Entwicklung findet derzeit auch in einem weiteren Bereich der verbauten Zelltechnologien statt: n-Typ i-TOPCon-Module erzielen ebenfalls höhere Wirkungsgrade als die bisherige marktdominierende p-Technologie, sodass sich auch dort der Trend zu höchstmöglicher Effizienz durchsetzen wird.

Des Weiteren zeichnet sich eine neue Tendenz ab: der Einsatz von Doppelglas-Modulen. Diese tragen gemäß einer 2021 durchgeführten Studie des Fraunhofer ISE zu einer weiteren CO2-Reduktion bei. Denn bei der Herstellung von Glas-Glas-Modulen können gegenüber Glas-Folie-Modulen zusätzlich 7,5 bis 12,5 Prozent CO2 eingespart werden. Im Vergleich zu Glas-Folien-Modulen wird außerdem pro Modul rund 1kg Kunststoff eingespart. Eine längere Lebensdauer sowie eine geringere Degradation tragen zu einem besseren CO2-Fußabdruck bei. Fraunhofer ISE geht davon aus, dass sich der CO2-Fußabdruck von PV-Modulen in den vergangenen Jahren um 80 Prozent verringert habe, was auf eine Verbesserung der Silizium-Ausbeute, der Herstellungsprozesse der Moduleffizienz und der CO2-Intensität der Stromerzeugung zurückzuführen sei. Zudem ist Glas einfacher von den verbauten elektronischen Bestandteilen zu trennen und somit auch besser recyclebar als Kunststoff.

Die Photovoltaik ist mit dieser rasanten Entwicklungsgeschwindigkeit auf bestem Weg, zur nachhaltigsten Energieversorgung der Zukunft zu werden.


Autor Davide Marro ist Teamleiter Utility Scale für Nord- und Mitteleuropa bei Trina Solar und seit 2009 in der Solarbranche tätig


Quellen: https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/erneuerbare-energien/photovoltaik#freifl%C3%A4chen https://www.europarl.europa.eu/news/de/headlines/society/20180305STO99003/reduktion-von-co2-emissionen-ziele-und-massnahmen-der-eu https://de.statista.com/statistik/daten/studie/171370/umfrage/eingespartes-co2-durch-photovoltaik-anlagen-in-deutschland-seit-2000/ https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/presseinformationen/2021/2221_ISE_d_PI_CO2-Fussabdruck-von-PV-Modulen.pdf https://www.verbraucherzentrale.sh/aktuelle-meldungen/energie/photovoltaikanlagen-so-gut-sind-sie-fuer-den-oekologischen-fussabdruck-50972

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