Ökobilanz von Photovoltaik: Nachhaltigkeit von Solarmodulen unter der Lupe

Solaranlagen zählen zu den umweltfreundlichsten Methoden der Energiegewinnung. Die Umwandlung von Sonnenlicht geht (fast) emissionsfrei über die Bühne, die Energiequelle selbst ist regenerativ. Aber wie sieht es rund um die Produktion aus? Sind Photovoltaikanlagen auch in diesem Bereich ein Musterbeispiel an Nachhaltigkeit oder gibt es hier Kritikpunkte? Und wie funktioniert das überhaupt mit Reparatur und Recycling der Solarmodule? In diesem Artikel finden Sie die drängendsten Fragen rund um die Ökobilanz von Photovoltaikanlagen beantwortet.

> Ökobilanz von Photovoltaik: Die Faktoren
> Wie nachhaltig ist die Produktion von Solarmodulen?
> Solarmodule aus Deutschland
> Enthalten Solarmodule knappe oder kritische Rohstoffe?
> Umweltverträglichkeit: Welche Schadstoffe stecken in Solaranlagen?
> Energieaufwand vs. Energieertrag
> Photovoltaik und CO2-Emissionen
> Lassen sich PV-Anlagen reparieren?
> Entsorgung von Solarmodulen
> Fazit: Ökobilanz von Photovoltaikanlagen

Ökobilanz von Photovoltaik: Die Faktoren

Die Frage nach der Umweltbilanz von Photovoltaik lässt sich nicht nur durch die Beobachtung eines einzelnen Faktors beantworten. Unterschiedliche Punkte spielen eine Rolle – Nur wenn diese alle in die Überlegung miteinbezogen werden, kommt unterm Strich ein repräsentatives und handfestes Ergebnis heraus.

Folgende Faktoren beeinflussen die Nachhaltigkeitsbilanz einer Photovoltaikanlage:

• Produktionsverfahren
• Rohstoffe
• Schadstoffe
• Energieaufwand vs. Energieertrag
• Lebensdauer und Amortisation
• Emissionen
• Reparatur
• Recycling
• Entsorgung

Wie nachhaltig ist die Produktion von Solarmodulen?

Der entscheidendste Faktor bei der Solaranlagenproduktion ist tatsächlich der Standort. Die benötigten Materialien zur Herstellung aller Einzelteile sind zu großen Teilen überall gleich. Den größten Unterschied macht der verwendete Strommix aus. In Deutschland setzen die meisten Hersteller bei der Produktion selbst auch auf Solarstrom. In China hingegen – von wo die meisten Solaranlagen importiert werden – ist Braunkohlestrom die Hauptenergiequelle. Der CO₂-Ausstoß liegt dort deshalb um 40 % höher als in Europa.

Wer also bereits in der Produktion auf einen möglichst kleinen ökologischen Fußabdruck legt, der kauft seine neue Solaranlage aus möglichst lokaler Produktion. In jüngerer Vergangenheit waren deutliche Anstrengungen zu sehen, die Fertigung wieder verstärkt nach Europa zurückzuholen.

Solarmodule aus Deutschland

Liegt Ihnen die lokale Herkunft Ihrer Photovoltaikanlage am Herzen, können Sie auf die Produkte folgender Solarpanel-Hersteller aus Deutschland zurückgreifen:

• Aleo Solar
• Algatec Solar
• Antec Solar
• Axsun
• Heckert
• Heliatek
• Meyer Burger
• Sonnenstromfabrik
• Solarwatt
• Soluxtec

Diese Firmen produzieren ausschließlich an deutschen Standorten und werden aufgrund ihrer hohen Qualität im Premium-Segment angesiedelt. Die Preise liegen zwar dementsprechend höher, die Umweltbilanz ist aber deutlich besser: Eine PV-Anlage mit chinesischen Modulen muss bis zu 30% länger betrieben werden als eine Anlage mit in Deutschland gefertigten Solarpanelen, um ihren produktionsbedingten Energieaufwand auszugleichen.

Enthalten Solarmodule knappe oder kritische Rohstoffe?

Viele moderne technische Produkte haben einen schlechten Ruf wegen des vergleichsweise hohen Bedarfs an knappen Rohstoffen. Wie sieht es diesbezüglich bei Photovoltaik aus? Kurz zusammengefasst: Sehr gut. Bei der Herstellung der Solarmodule werden keine kritischen Ressourcen verarbeitet.

Besonders wichtig sind:
• Silizium (wird aus Quarz-Sand hergestellt, der hauptsächlich in Wüsten zu finden ist, aber auch in Deutschland abgebaut wird)
• Aluminium
• Silber (in kleinen Mengen)

Hier handelt es sich allesamt nicht um Rohstoffe, die besonders selten vorkommen oder unter menschenunwürdigen Bedingungen abgebaut bzw. gewonnen werden müssen. Der Ausgangsstoff Siliziumdioxid etwa ist das am zweithäufigsten vorkommende Element nach Sauerstoff und wird in großen Mengen auch in deutschen Sandgruben gefördert. Auch Aluminium punktet mit seinem häufigen Vorkommen und darüber hinaus mit Langlebigkeit und einer guten Wiederverwertbarkeit. Lediglich bei Silber kann es – je nach Abbaubedingungen – zu negativen Umweltauswirkungen kommen. Zudem kann es zum aktuellen Stand der Technik nur schwer aus alten Solarpanelen wiedergewonnen werden. Um diesen Umstand zu verbessern, wird aber bereits an Verfahren geforscht, die den Silberbedarf pro Modul stark reduzieren oder sogar ganz ohne das Edelmetall auskommen und stattdessen Kupfer nutzen. Gleiches gilt für die Forschung an Techniken, die das Recycling des wertvollen Rohstoffs bei ausgemusterten Solarzellen zulassen.

Umweltverträglichkeit: Welche Schadstoffe stecken in Solaranlagen?

Bei Solarzellen, -modulen und -anlagen handelt es sich im Grunde um Elektrogeräte. Was eventuelle Schadstoffe betrifft, verhält es sich mit Solaranlagen deshalb so wie mit allen anderen Elektro-Gadgets: Bedenkliche Stoffe sind zwar vorhanden, allerdings in überschaubaren Mengen. Bei richtiger Entsorgung stellen diese kein Problem dar. Dazu aber später mehr.

Widmen wir uns an dieser Stelle den in Solarmodulen enthaltenen Schadstoffen. Für die Herstellung werden Schwermetalle wie Cadmium oder Blei benötigt. Im laufenden Betrieb stellen diese Stoffe aber keine Gefahr für Mensch, Tier und Umwelt dar. Die Branche versucht durch technischen Fortschritt den Anteil an Schadstoffen in den Solarmodulen so weit wie möglich zu senken. So ist es heute bereits möglich, Module gänzlich ohne Blei zu fertigen. Da die Herstellung aber noch deutlich teurer ist, besteht aktuell ein Wettbewerbsnachteil.

Ökobilanz einer Photovoltaikanlage: Energieaufwand vs. Energieertrag

Durchschnittlich beziffern Hersteller die Lebenserwartung von Photovoltaik mit 20 bis 25 Jahren. So lange bestehen zumindest die Garantien. In der Realität bleibt die Technik meist aber viel länger einsatzfähig – es kann durchaus von Lebensdauer von 30 bis 40 Jahren ausgegangen werden. Angesichts einer energetischen Amortisationszeit von einem bis drei Jahren ist die Energiebilanz von Photovoltaikanlagen unterm Strich deshalb hervorragend.

Eines der Lieblingsargumente der Solar-Skeptiker wird dadurch eindrucksvoll entkräftet. Von den Gegnern wird gerne behauptet, dass die Herstellung von Solarmodulen weitaus mehr Energie verbraucht, als die Anlagen später selbst erzeugen können. Angesichts der energetischen Amortisationszeit lässt sich diese Behauptung aber ohne Zweifel ins Reich der Mythen und Falschinformationen verbannen.

Eine weitere Kenngröße für die Ökobilanz ist der sogenannte „Erntefaktor“. Der gibt an, wie viel Energie eine Anlage über ihre gesamte Lebensdauer im Vergleich zu ihrer Herstellung erzeugt. Geht man von einer durchschnittlichen Betriebsdauer von 20 Jahren aus, liefern moderne Solaranlagen das zehn- bis 15-fache jener Energie, die in der Produktion benötigt wurde. Wie erwähnt funktionieren die meisten Solaranlagen aber deutlich länger, was den Erntefaktor wiederum markant verbessert.

Photovoltaik und CO₂-Emissionen: Wie fällt die Ökobilanz aus?

Bei der Stromerzeugung selbst hat die Solartechnologie ganz klare Vorteile gegenüber Konkurrenten wie etwa Kohle, Öl, Gas, Müllverbrennung oder tatsächlich auch Biomasse: Es muss nicht erst ein fossiler Brennstoff verbrannt werden, der hohe CO₂-Emissionen erzeugt. Ist die Photovoltaikanlage einmal in Betrieb, erzeugt sie Strom ohne CO₂-Ausstoß.

Die meisten Emissionen während der Lebensspanne einer Photovoltaikanlage entstehen während ihrer Fertigung. Die Siliziumgewinnung und die Modul-Herstellung machen zusammen 90 % des CO₂-Ausstoßes aus. Dieser ist besonders hoch bei einer Produktion in Fernost: In China setzen viele Hersteller noch auf Kohlestrom beim energieintensiven Siliziumabbau. Auch die Transportwege nach Europa müssen in die Bilanz mit einberechnet werden. Daraus ergibt sich für Solarenergie eine CO₂-Bilanz von durchschnittlich 50 g/kWh. Diese wird sich perspektivisch weiter verbessern, da sich auch im asiatischen Raum der Trend Richtung erneuerbare Energien wandelt.

Selbst unter aktuellen Bedingungen ist das Potenzial zur CO₂-Einsparung bei Photovoltaik aber deutlich positiver als bei Energieerzeugung durch Erdgas oder Kohle. So spart 1 kWh Solarenergie ganze 1025 Gramm Kohlendioxid im Gegensatz zu 1 kWh aus Braunkohle-Energie:

Daten: "Aktuelle Daten zur Photovoltaik in Deutschland" / Fraunhofer

Lassen sich Photovoltaikanlagen reparieren?

Die Bauweise von Solaranlagen ist sehr kompakt, Defekte treten nur sehr selten auf. Sollte doch einmal etwas kaputt gehen, ist der Schaden meist mit wenigen Handgriffen behoben.

• Glasbruch: Eine der Hauptkomponenten eines Solarmoduls ist die spezielle Glasscheibe. Diese ist zwar sehr widerstandsfähig, der Witterung aber schutzlos ausgeliefert. Die größte Gefahr geht von extremem Hagelschlag aus. Führt der zu einem Glasbruch, sollten die betroffenen Module unbedingt ausgetauscht werden. An der defekten Stelle kann sonst Wasser in die Anlage eindringen, die Leistung sinkt. Nur das Glas auszutauschen ist in dieser Situation allerdings keine Option, das komplette Modul muss ersetzt werden.

• Dichtungen: Wie üblich bestehen Solaranlagendichtungen aus Kunststoff und/oder Gummi. Mit der Zeit werden diese Komponenten allerdings brüchig. Beheben lässt sich dieser Schaden mithilfe einer speziellen Klebepaste.

• Folie: Auf der Rückseite eines Solarmoduls findet sich eine lichtdurchlässige Kunststofffolie (EVA), die nach vielen Jahren ebenfalls porös werden kann. Wie bei den Dichtungen heißt die Antwort auch hier „Klebepaste“.

• Kabel: Kabel bzw. deren Ummantelung stellen in vielen Elektrogeräten eine Schwachstelle dar. Wird die Kunststoffhülle nämlich brüchig, dringt Feuchtigkeit ein. Defekte Kabel lassen sich problemlos austauschen.

• Dioden: Die Halbleiter-Elemente in der Anschlussdose können ausfallen. Das ist aber kein Grund, das gesamte Modul zu entsorgen. Fehlerhafte Dioden können ohne viel Aufwand ersetzt werden.

Entsorgung: Können Solarmodule recycelt werden?

Ja, Solarmodule lassen sich zu einem großen Teil tatsächlich wiederverwerten. Nur einige wenige Bestandteile eignen sich nicht dafür und müssen entsprechend entsorgt werden. Geregelt wird das Recycling durch die sogenannte WEEE-Richtlinie der EU (WEEE = Waste of Electrical and Electronical Euqipment).

• Bevor die Module in ihre Einzelteile zerlegt werden, überprüfen die Mitarbeiter deutscher Recyclinganlagen, ob angelieferte Einheiten nicht vielleicht doch noch funktionstüchtig sind. Trifft das zu, werden die Module – falls nötig und möglich – repariert und anschließend weiterverkauft.
• Recycling: Besonders das Aluminium aus dem Rahmen des Moduls und das Kupfer aus den Kabeln ist begehrt und wird hochwertig wiederverwendet. Auch weitere Metalle (Silber, Tellur) sowie Cadmium und Blei lassen sich anderweitig einsetzen.
• Das Glas ist ein spezieller Fall. Dieses wird zu Dämmstoff verarbeitet, genauer gesagt zu Glaswolle. Diese lässt sich später allerdings nicht mehr recyceln.
• Verbrennung: Die in den Modulen verbaute Kunststofffolie lässt sich nicht mehr wiederverwenden. Einfach entsorgt wird sie allerdings auch nicht. Sie werden in Müllverbrennungsanlagen in Energie umgewandelt.

Grundsätzlich liegt die Recyclingquote ausgedienter Solarmodule bei ca. 90 %. Die in einem Modul verbauten Rohstoffe sind zusammen zwischen 10 und 30 Euro wert.

Fazit: Photovoltaik weist eine sehr gute Ökobilanz auf

Was die Ökobilanz angeht, sind Photovoltaikanlagen aber ein absolutes Top-Produkt. Besonders mit heimischem Strommix ist die Produktion nachhaltig, für die Herstellung sind keine knappen oder kritischen Rohstoffe nötig. Eine PV-Anlage produziert nach ein bis drei Jahren mehr Energie, als bei ihrer Montage verbraucht wurde. Die CO₂-Emissionen im Betrieb sind verschwindend gering. Solarmodule lassen sich in vielen Fällen ohne großen Aufwand reparieren, sollte eine Einheit aber tatsächlich nicht mehr funktionsfähig sein, können die verbauten Rohstoffe zu 90 % recycelt werden. Die Vorteile überwiegen die Nachteile für die Umwelt bei Weitem, weshalb Photovoltaik eine auch langfristig nachhaltige Alternative für die Stromerzeugung darstellt.

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