Photovoltaikanlagen produzieren im Betrieb bei der Produktion von elektrischer Energie keinerlei umweltschädliche Emissionen und gelten daher als nachhaltige Energiequelle. Bei der Produktion und der Entsorgung hingegen entstehen zwangsweise Schadstoffe und Abfall, welcher die Umwelt und das Klima belastet. Ungeachtet dessen ist die Umweltbilanz im Vergleich dennoch unter den besten.
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Graue Energie
Zur Bestimmung der entstehenden Umweltverträglichkeit wird gewöhnlich die Graue Energie bemessen. Als Graue Energie bezeichnet man die Menge an Energie, welche zur Herstellung, dem Transport, der Lagerung, dem Verkauf und schlussendlich der Entsorgung gebraucht wird.
Hierbei werden auch alle Produktionsprozesse mit ihren Zwischenprodukten sowie der Rohstoffgewinnung mit einberechnet. Die Menge an Grauer Energie beschreibt den indirekten Energiebedarf, welcher konträr zum direkten Energiebedarf während der Nutzung steht.
Herstellungsenergie
Die Herstellungsenergie von einer Photovoltaikanlage ist so hoch, dass es niemals zu einer energetischen Amortisation kommt. Diese vermeintlich wahre These hält sich trotz vieler widerlegenden Studien hartnäckig.
Solarzellen benötigen im Durchschnitt in Deutschland gerade einmal ein Jahr, bis es zu einer Energieproduktion kommt, welche die benötigte Herstellungsenergie übersteigt. Laut dem Umweltbundesamt und dem Fraunhofer-Institut für solare Energiesystem sind im Süden Europas lediglich acht Monate nötig.
Bei einer Herstellergarantie von circa 25 bis 30 Jahren produzieren so Solaranlagen ein Vielfaches der benötigten Energie.
Umweltbilanz der Herstellung
Ein einwandfrei funktionierendes Modul einer Photovoltaikanlage verursacht bei der Produktion von einer Kilowattstunde elektrischem Strom Emissionen in einem Äquivalent von 40 Gramm Kohlenstoffdioxid. Im Vergleich dazu stößt ein konventionelles Kohlekraftwerk, welches mit Braunkohle betrieben wird, ein Äquivalent von 1000 Gramm Kohlenstoffdioxid pro produzierter Kilowattstunde aus. Hierbei muss angemerkt werden, dass in den ausgestoßenen 1000 Gramm CO₂ lediglich Umwelteinflüsse aus dem Betrieb enthalten sind, also der direkte Energiebedarf, und nicht der Anteil an Grauer Energie.
Neue Studien des Fraunhoferinstituts weisen einen starken Rückgang bei den Emissionen auf. Dementsprechend entstehen bei der Produktion von einer Kilowattstunde elektrischer Energie nur n 30 Gramm Kohlenstoffdioxid. Dies eine Halbierung des Wertes innerhalb von 10 Jahren.
Zurückzuführen ist dieser Rückgang auf immense Fortschritte im Herstellungsprozess. Durch Optimierungen konnten die notwendigen Siliziumschichten in den Solarzellen halbiert werden und es konnten durch bessere und schärfere Sägeblätter die Abfälle beim Sägen eben jenen Siliziums stark verringert werden.
Derzeit haben rahmenlose Glas-Glas Module die beste Umweltbilanz, da diese durch den Wegfall der Rahmen aus Aluminium und einer längeren Lebenszeit zwischen 22 % und 27 % weiterer umweltschädlichen Emissionen.
Transport
Der Transport der Anlagen innerhalb Deutschlands ist bereits auf einem hohen Standard. Dieser wird organisch durch die Energiewende und die fortschreitende Elektromobilität steigen.
Die meisten Solarmodule werden jedoch in China hergestellt und müssen importiert werden. Der Transport an sich macht einen fast vernachlässigbaren Anteil von nur 3 % aus. Jedoch muss hier in der Bemessung der Grauen Energie auch die Rohstoffgewinnung und sämtliche Zwischen- und Vorprodukte mit einberechnet werden. China verbraucht einen Strommix, welcher maßgeblich aus konventionellen Kohlestromarten besteht und daher sehr hohe Emissionen vorweist. Bei einer Verlagerung der Herstellung nach Europa lassen sich gemäß dem Fraunhofer ISE 40 % der CO₂-Emissionen einsparen. Hier stehen derzeit noch die billigen Kosten in China im Wege.
Rohstoffe
Photovoltaikmodule und ihre Solarzellen bestehen hauptsächlich aus Glas, Silizium und Aluminium. Alle diese Rohstoffe sind umwelttechnisch bedenkenlos und sind weder weltweit knapp noch aufwändig im Abbau.
Weiterhin ist ein kleiner Anteil Silber in Solarzellen enthalten, jedoch ist diese Menge ebenfalls bedenkenlos. Somit ergibt sich, dass Solarzellen nicht giftig sind, solange die Zellen ordentlich behandelt werden und nach Ableben auch ordnungsgemäß entsorgt werden. In einem Photovoltaikmodul sind viele Solarzellen miteinander verbunden. Diese Kontakte bestehen hauptsächlich aus Blei, welches vor allem nicht in das Grundwasser gelangen darf. Je nach Bauweise können Spuren von Cadmium als Nebenprodukt der Bleigewinnung in Solarzellen nachgewiesen werden. Cadmium ist ein Übergangsmetall und führt bei Menschen bei zu hoher Anreicherung im Körper zu chronischen Erkrankungen wie etwa Knochenschwäche.
Bleifreie Solarzellen sind auf dem Markt bereits vertreten, konnten sich aufgrund des höheren Preises allerdings noch nicht durchsetzen. Durch eine geplante neue Ökorichtlinie im Jahr 2023 strebt die Europäische Union eine höhere Transparenz bezüglich den verbauten Stoffen sowie Grenzwerte an.
Im Betrieb sind alle potenziell schädlichen Stoffe fest innerhalb der Module gebunden und können nicht auslaufen oder ausgewaschen werden. Bei der Entsorgung alter Solarmodulen muss auf ein hochwertiges Recycling geachtet werden.
Müllaufkommen
Durchschnittliche Photovoltaikanlagen haben eine Laufzeit von circa 25 bis 30 Jahren. Der große Startschuss für den Kauf und Betrieb von privaten Photovoltaikanlagen gelang im Jahr 2000 mit der Einführung des Erneuerbare Energien Gesetz. Aus diesem Grund ist bis heute noch kein allzu großes Müllaufkommen zu beobachten. 2008 wurden von dem Bundesumweltministerium lediglich 8000 Tonnen Solaranlagenmüll erfasst. Das sind weniger als einem Prozent der über 850.000 Tonnen gesammelter Elektro- und Elektronik-Altgeräten.
Ab 2030 wird jedoch eine riesige Welle an Anlagenschrott erwartet, da hier die erste große Welle an Photovoltaikmodulen fällig wird. Einige Prognosen rechnen mit über eine Million Tonnen an ausrangierten Solarmodulen. Sollte dies stimmen, wird das bisherige Volumen an Elektroschrott verdoppelt. Dann muss bei dem Recycling von Solarmodulen zwingend auch eine fachgerechte Entsorgung nach aktuellen Recyclingstandards geachtet werden.
Viele Solarmodule werden nach Ablauf der festgesetzten EEG-Umlage ausrangiert und sind dann als Gebrauchtware noch funktionsfähig und können weiterhin verwendet werden. Grundsätzlich ist ein vollwertiges Recycling bundesweit ohne weiteres möglich, jedoch sind die Prozesse nach nicht für einen industriellen Maßstab verfügbar und ausgelegt.
Recycling von Photovoltaikmodulen
Die Wiederverwendung von ausrangierten Solarmodulen ist derzeit noch nicht weit verbreitet, da der Gebrauchtmarkt noch relativ unterentwickelt ist und man noch nicht direkt nachverfolgen kann, wie viele Anlagen und Module ins Ausland als Zweitware exportiert werden. Grundsätzlich ist der Export von diesen Bauteilen nicht schlecht, da er auch so Geld nach Deutschland bringt, jedoch ist so eine ordnungsgemäße Entsorgung nicht sicherzustellen.
Bei alten Anlagen wird das Kupfer aus den Kabeln sowie das Aluminium aus den Rahmen ohne Probleme hochwertig wiederverwertet. Ebenso ist es möglich, die Glasabdeckungen bei einem sehr guten Zustand weiterhin zu verwenden. Sollte der Zustand zu schlecht sein, wird daraus Glaswolle gemacht. Diese Glaswolle ist dann allerdings nicht mehr wiederzuverwerten. Derzeit werden an weiteren Methoden gearbeitet, wie das Silizium nachhaltig und energiearm aus einem alten Solarmodul extrahiert und wiederverwendet werden kann, um so auch von einer umweltfreundlichen Entsorgung reden zu können.
