30.10.2024

Energiebilanz der Photovoltaik: Wie sauber ist Solarstrom?

Photovoltaikanlagen gelten als eine der umweltfreundlichsten Technologien zur Energieerzeugung. Doch wie sieht es eigentlich mit der Energiebilanz dieser Anlagen aus? Wie viel Energie wird benötigt, um eine solche Anlage herzustellen und zu transportieren – und wie schnell produziert sie mehr Energie, als ursprünglich hineingesteckt wurde? Diese Fragen sind ausschlaggebend, wenn es darum geht, zu beurteilen, wie umweltfreundlich Solarstrom wirklich ist. In diesem Blogbeitrag werfen wir einen genauen Blick auf die Energiebilanz von Photovoltaik, von der Herstellung der Module über die Laufzeit bis hin zum Recycling, und erklären, welche Rolle PV-Anlagen bei der Energiewende spielen.

PV-Anlagen und ihre Umweltbilanz im Detail

Bevor wir uns tiefer mit dem Thema befassen, sollten wir klären, was die Energiebilanz einer Photovoltaikanlage eigentlich aussagt: Sie zeigt, wie viel Energie in Herstellung, Transport und Installation investiert werden muss und wie viel Solarstrom die Anlage während ihrer Lebensdauer erzeugt. Früher wurde oft argumentiert, dass der Energieaufwand für die Produktion von Photovoltaikanlagen so hoch sei, dass sie während ihres Betriebs diesen Aufwand nicht vollständig ausgleichen könnten. Heute aber belegen zahlreiche Studien das Gegenteil: Photovoltaikanlagen haben eine ausgesprochen positive Energiebilanz.

Schnell im grünen Bereich durch nachhaltige Stromerzeugung

Eine Studie des Fraunhofer ISE belegt, dass moderne Photovoltaikanlagen ihre energetische Amortisationszeit in Deutschland innerhalb von ein bis drei Jahren ausgleichen – in Süddeutschland im Schnitt sogar in nur acht Monaten. Das bedeutet, dass sie nach dieser Zeit die gesamte Energie, die für ihre Herstellung und Installation benötigt wurde, bereits wieder zurückerzeugt haben. Danach liefern sie für den Rest ihrer Lebensdauer umweltfreundlichen Strom. Die Photovoltaikanlage zahlt also ihren eigenen Energieaufwand zurück.

Erntefaktor erklärt: Mehr Energiegewinn als Aufwand

Neben der energetischen Amortisationszeit, die angibt, wie schnell die Anlage die eingesetzte Energie wieder erzeugt, gibt es weitere Faktoren für die Bewertung der Energiebilanz. Dazu gehört der “Erntefaktor”: Er stellt das Verhältnis der insgesamt erzeugten Energie zur benötigten Energie für Herstellung, Wartung und Entsorgung dar. Je höher der Erntefaktor, desto besser die Bilanz. Die Schätzungen hierzu schwanken: Laut dem aktuellen Bericht des Fraunhofer ISE haben Photovoltaikanlagen in Deutschland eine Lebensdauer von 25 bis 30 Jahren und erreichen Erntefaktoren zwischen 11 und 18. Das bedeutet, dass sie im Laufe ihrer Lebensdauer 11- bis 18-mal mehr Energie erzeugen, als für ihre Herstellung, Wartung und Entsorgung aufgewendet wurde.

Modultypen im Vergleich – Energiebilanz bei der Solarzellen-Herstellung

Eine zentrale Rolle spielen dabei die Modultypen und ihre Umweltbilanz. Der Lebenszyklus einer PV-Anlage beginnt mit der Herstellung der Module, einschließlich der Produktion von Silizium und Solarzellen. Dabei sind Monokristalline und polykristalline Solarmodule die am häufigsten verwendeten Typen:

Monokristalline Module haben einen höheren Wirkungsgrad, was bedeutet, dass sie mehr Strom auf kleinerer Fläche erzeugen können. Allerdings ist ihre Herstellung aufwendiger und der Energieverbrauch damit höher.
Polykristalline Module sind dagegen kostengünstiger in der Produktion und haben eine etwas kürzere energetische Amortisationszeit, da der Energieaufwand geringer ist.

Das Fraunhofer ISE bestätigt, dass sowohl monokristalline als auch polykristalline Module eine sehr positive Energiebilanz aufweisen. Beide Modultypen erzeugen während ihrer Lebensdauer ein Vielfaches der für ihre Produktion benötigten Energie. Dies macht beide Varianten zu umweltfreundlichen Optionen für die Erzeugung von Solarstrom.

Kürzere Wege, bessere Erträge: Die Bedeutung des Produktionsstandorts von Modulen

Natürlich spielt auch der Produktionsstandort eine entscheidende Rolle für die Energiebilanz von Solarmodulen. Die Module werden derzeit hauptsächlich in Asien produziert. China ist mit großem Abstand der weltweit führende Hersteller von Photovoltaikmodulen und liefert einen erheblichen Teil der globalen Produktion.

Eine Studie des Fraunhofer Instituts aus 2021 hat gezeigt, dass die Amortisationszeit der Module um fast 10 % reduziert werden kann, wenn die Fertigung von China nach Europa verlagert wird. Dies liegt zum einen daran, dass in Europa die Stromnetze deutlich energieeffizienter sind und einen höheren Anteil an erneuerbaren Energien im Mix aufweisen. Zum anderen sorgen lange Transportwege von China nach Europa bzw. Deutschland für zusätzliche CO₂-Emissionen. Eine Verlagerung der Produktion nach Europa könnte also die Energiebilanz verbessern und den CO₂-Ausstoß durch kürzere Lieferwege deutlich senken.

Photovoltaikanlagen: Durchgehend positive Energieeffizienz über die gesamte Laufzeit

Während der Nutzung einer PV-Anlage ist die Energiebilanzbesonders gut, da sie emissionsfrei Strom erzeugt. Im Vergleich zu konventionellen Kraftwerken, die bei der Stromerzeugung erhebliche Mengen CO₂ ausstoßen, bieten Solaranlagen eine nachhaltige Alternative. Der CO₂-Ausstoß einer Photovoltaikanlage ist über die gesamte Lebensdauer betrachtet sehr gering – nur rund 50 g CO₂ pro kWh, im Gegensatz zu etwa 820 g bei der Stromproduktion aus Kohle. Zudem haben PV-Anlagen eine Lebensdauer von 25 bis 30 Jahren. Laut dem Umweltbundesamt liegt der durchschnittliche Energieaufwand für den Betrieb einer Solaranlage bei nahezu null.

Nachhaltige Lösungen: Recycling von Solarmodulen

Auch beim Recycling von Solarmodulen gibt es deutliche Fortschritte: Da Solaranlagen zum Großteil aus Glas und Aluminium bestehen, können diese Materialien weitgehend recycelt werden. Laut Fraunhofer ist es möglich, bis zu 95 % der Bestandteile zu recyceln und dadurch die Umweltauswirkungen am Ende der Lebensdauer zu reduzieren.

Wie Solarenergie mit ihrer guten Umweltbilanz zur Energiewende beiträgt

Solarenergie spielt in Deutschland eine entscheidende Rolle, wenn es darum geht, die Ziele der Energiewende zu erreichen. Laut dem Fraunhofer ISE trug Photovoltaik im Jahr 2023 schon über 12,4 % zur Stromerzeugung bei. Die Idee ist klar: Je mehr Strom wir aus der Sonne gewinnen, desto weniger müssen wir uns auf klimaschädliche fossile Kraftwerke verlassen.

Auch das Umweltbundesamt hebt hervor, dass PV-Anlagen, insbesondere auf privaten Häuserdächern, eine äußerst effiziente Möglichkeit bieten, den eigenen Verbrauch zu senken und gleichzeitig die Umwelt zu schonen. Insbesondere durch die direkte Nutzung des selbst erzeugten Stroms im Haushalt lässt sich der Bedarf an Netzstrom, der häufig aus fossilen Energiequellen stammt, deutlich reduzieren. Das steigert nicht nur die Energieeffizienz, sondern senkt auch die persönlichen CO₂-Emissionen.

Welche Rolle spielen dabei Eigenverbrauch und Stromspeicher?

Ein entscheidender Aspekt dabei ist der Eigenverbrauch des erzeugten Solarstroms. Statt den Strom ins Netz einzuspeisen, ist es sowohl wirtschaftlicher als auch umweltfreundlicher, ihn direkt im Haushalt zu nutzen. Mit der Unterstützung eines Speichers kann der Eigenverbrauch maximiert werden, da sie überschüssigen Solarstrom aufnehmen und bei Bedarf verfügbar machen. Der Eigenverbrauch lässt sich so auf bis zu 80 % steigern und trägt so einerseits zur Reduzierung der CO₂-Belastung und andererseits zur Verbesserung der Energiebilanz von Solaranlagen bei. Damit leistet jede private Photovoltaikanlage einen Beitrag zum Klimaschutz, indem der Ausstoß von Treibhausgasen verringert wird.

Photovoltaik als nachhaltige Investition mit überzeugender Energiebilanz

Neben den technologischen Fortschritten überzeugen Photovoltaikanlagen durch ihre hervorragende Ökobilanz. Sie erzeugen im Laufe ihrer Lebensdauer ein Vielfaches der Energie, die für ihre Herstellung benötigt wurde. Dies macht sie zu einem der effizientesten Systeme der Stromerzeugung. Die positive Energiebilanz von Solaranlagen und die signifikante Reduktion von CO₂-Emissionen machen Photovoltaik zu einer lohnenden Investition, sowohl für den Klimaschutz als auch für die langfristige finanzielle Planung.