Wie umweltfreundlich und nachhaltig ist Solarenergie?

Die deutsche Bundesregierung verfolgt ein ehrgeiziges Ziel: Bis 2050 sollen die Treibhausgasemissionen gegenüber dem Jahr 1990 um 80–95 % reduziert werden. Ein wichtiger Schritt hin zur Energiewende ist der Ausbau erneuerbarer Energien. Das belegt auch eine Studie des Umweltbundesamts: Im Jahr 2018 konnten durch den Einsatz erneuerbarer Energien Treibhausgasemissionen in Höhe von rund 187 Mio. t CO₂-Äquivalente vermieden werden.

Eine große Rolle spielt dabei die Photovoltaik, die mittlerweile rund 10 % der Stromversorgung in Deutschland abdeckt. Eine Photovoltaikanlage produziert aus der Energie der Sonne Strom. Im Gegensatz zu zum Beispiel Kohlekraftwerken entstehen dabei keine schädlichen Emissionen. Möchte man die Auswirkung einer Solaranlage auf die Umwelt beurteilen, muss man jedoch weitere Aspekte in die Betrachtung einbeziehen. Im Fokus stehen dabei vor allem die Herstellung und die Entsorgung der Photovoltaikanlage.

Belastungen für die Umwelt durch Solarenergie treten vor allem während der Produktion der Solarmodule auf. Allerdings werden bei den meisten Anlagen keine bedenklichen Stoffe eingesetzt oder verbaut. Ein Großteil der Solarzellen wird aus Silizium hergestellt, das auf der Erde sehr häufig vorkommt und ungefährlich ist.

Doch nicht alle Solarzellen sind umweltfreundlich. Zur Herstellung von Dünnschicht-Solarmodulen kann beispielsweise Stickstofftrifluorid (NF₃) zum Einsatz kommen, eine Verbindung mit der Beschichtungsanlagen gereinigt werden. Stickstofftrifluorid zählt zu den Treibhausgasen und ist um ein Vielfaches schädlicher als CO₂. Trotz der Vorschriften zum Umweltschutz, die in allen Produktionsländern bestehen, entweichen immer wieder kleine Mengen in die Atmosphäre.

Einige Module können zudem Blei, giftige Kunststoffe, Cadmium, Selen oder Antimon enthalten. Risiken für Umwelt und Gesundheit lassen sich jedoch durch eine ordnungsgemäße Entsorgung vermeiden. Wichtig ist es, darauf zu achten, dass die Module nicht beschädigt werden. Ist das Glas zerbrochen und liegen die Zellen frei, geht von den Modulen das größte Gefährdungspotential aus.

Energetische Amortisation

Ein häufiger Kritikpunkt hinsichtlich der Nachhaltigkeit von Solaranlagen sind die Treibhausgasemissionen während der Produktion. Keine Frage: Die Herstellung der einzelnen Komponenten – vor allem die der Solarmodule – verbraucht viel Energie. Diese wird nach wie vor größtenteils aus fossilen Energieträgern gewonnen. Hinzu kommt der Energiebedarf für Transport, Installation sowie am Ende des Lebenszyklus für Abbau und Entsorgung der Solar- bzw. Photovoltaikanlage.

Bis eine Solaranlage so viel Energie erzeugt hat, wie zu ihrer Herstellung benötigt wurde, dauert es zwischen ein und drei Jahren. Diesen Punkt bezeichnet man als energetische Amortisation. Dünnschichtmodule und polykristalline Module amortisieren sich dabei am schnellsten. Bei monokristallinen Modulen dauert es länger, bis sie den Punkt der energetischen Amortisation erreicht haben. Danach trägt die Photovoltaikanlage erheblich zur Reduzierung von Treibhausgasen bei. Konventionelle Energieerzeugung auf der Basis fossiler Brennstoffe amortisiert sich dagegen nie, da ständig neue Brennstoffe benötigt werden.

Solaranlagen können besonders umweltfreundlich und nachhaltig produziert werden, wenn die Energie dafür selbst aus erneuerbaren Quellen stammt.

Effizienz von Solaranlagen: der Erntefaktor

Eine weitere Kennzahl, mit der sich die Nachhaltigkeit von Solarenergie beurteilen lässt, ist der Erntefaktor (engl.: Energy Returned on Energy Invested, ERoEI). Er beschreibt das Verhältnis der zur Herstellung benötigten Energie zu jener, die die Anlage im Laufe ihrer Lebenszeit erzeugt hat.

Grundsätzlich gilt: Je höher die Lebensdauer einer Anlage, desto besser fällt der Erntefaktor aus. Aber auch die geografische Lage, die Ausrichtung und Neigung, der Wirkungsgrad und die Anlagengröße beeinflussen den Erntefaktor. Ein Wert von 1 bedeutet, dass genau die Menge an Energie produziert wird, die für die Herstellung verbraucht wurde und die energetische Amortisation erreicht wurde.

Der Erntefaktor hat sich in den vergangenen Jahren kontinuierlich verbessert. Das heißt, dass moderne Photovoltaikanlagen immer effizienter arbeiten. Im Laufe ihrer Lebenszeit produzieren Solarmodule heute etwa 10 bis 15 Mal so viel Energie, wie für ihre Produktion verbraucht wurde.

Geht es um die Auswirkungen auf die Umwelt, müssen auch die Brandgefahr und die Stoffe, die bei der Verbrennung entstehen, betrachtet werden. Im Vergleich zu anderen Anlagen besitzen Photovoltaikanlagen kein erhöhtes Brandrisiko – vorausgesetzt, sie wurden fachgerecht installiert. Zukünftige Anlagenbetreiber sollten deshalb einen qualifizierten Fachbetrieb bzw. einen Solarteur mit der Planung und Installation der Anlage betrauen.

Kommt es zum Brand, können Dünnschichtzellen unter bestimmten Voraussetzungen giftige Stoffe freisetzen. Einer Untersuchung des Bayerischen Landesamts für Umwelt zufolge liegt die Belastung jedoch unterhalb der gesetzlich festgelegten Störfallbeurteilungswerte. Eine ernste Gefahr kann damit ausgeschlossen werden.

Solaranlagen gehören zu den Elektrogeräten und fallen damit unter das Elektro- und Elektronikgerätegesetz (ElektroG). Sie müssen vom Hersteller kostenlos zurückgenommen und recycelt werden. Idealerweise nimmt der Installateur, der mit dem Abbau beauftragt ist, die Module und alle anderen Komponenten gleich mit. Anlagenbesitzer können die ausgemusterte Anlage aber auch zum nächstgelegenen Wertstoffhof bringen. Größere Anlagen müssen direkt beim Hersteller abgegeben werden.

Das ElektroG schreibt vor, dass mindestens 80 % der in den Modulen eingesetzten Materialien wiederverwendet werden müssen. Durch innovative Verfahren werden heute 95 % der Materialien mono- und polykristalliner Module recycelt. Die restlichen Stoffe einer Photovoltaikanlage lassen sich umweltfreundlich entsorgen.

Fazit: Tatsächliche Effizienz und Nachhaltigkeit von Photovoltaik

Zwar wird bei der Herstellung der Solaranlagen viel Energie benötigt, insgesamt ist die Ökobilanz von Photovoltaik und Solarthermie aber positiv. Und sie wird in Zukunft noch besser ausfallen, denn die Module werden immer effizienter und erreichen eine zunehmend längere Lebensdauer.

Zudem wird sich auch der Strommix der Produktionsländer ändern: Vor allem China, einer der Hauptproduktionsstandorte, setzt zunehmend auf Ökostrom. 2018 erreichte die regenerative Kraftwerkleistung Rekordwerte. Sie nimmt bereits 38,4 % Prozent der gesamten chinesischen Kraftwerkleistung ein. Auf Platz eins beim Neubau von Kraftwerken steht die Photovoltaik.