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Solarpark Sonnenuntergang STEAG Solar Energy Solutions

PV: Rundum nachhaltig?

Die Gestaltung des PV-Lebenszyklus unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit

 

Erneuerbare Energien machten 2021 knapp 41 % der Bruttostromerzeugung in Deutschland  aus. Der Anteil der Photovoltaik betrug dabei 8,5 %. Die regenerative Energieerzeugung wird auch in Zukunft weiter wachsen und wird bereits jetzt in einigen Ländern von der Regierung befürwortet und gefördert. Doch immer noch gibt es skeptische Stimmen, die die Nachhaltigkeit von Solaranlagen in Frage stellen. Wie nachhaltig eine Solaranlage jedoch wirklich ist und in welch kurzer Zeit sich die Produktion und der Bau der Anlage energetisch amortisiert zeigt SENS in diesem Beitrag auf.  

Vom Sandkorn bis zur fertigen Solaranlage

Die energetische Amortisation ist die Zeit, die eine PV-Anlage benötigt, um den anfänglichen Energieaufwand zur Herstellung, dem Betrieb und der Entsorgung der Anlage wieder als Ertrag einzubringen. Um die Dauer der energetischen Amortisation feststellen zu können, bedarf es zunächst einiger Kenntnisse über die verwendeten Materialien und Prozesse im Laufe des PV-Lebenszyklus, also vom Sandkorn bis zur fertigen Solaranlage. Doch was hat eigentlich das Sandkorn damit zu tun?

In Solarmodulen steckt das Element Silizium, welches das Sonnenlicht in elektrischen Strom umwandelt. Circa 95 % aller Solarmodule werden mit Silizium hergestellt, so auch die von SENS verwendeten Module. Silizium ist jedoch keineswegs ein seltenes Element, im Gegenteil:  Siliziumdioxid, das Ausgangsmaterial für Solarsilizium, ist nach Sauerstoff das am zweithäufigsten vorkommende Element auf der Welt. Und nun zum Sandkorn: Sand besteht aus großen Teilen aus Siliziumdioxid, Quarz sogar vollständig. Tatsächlich bestehen die meisten Sandstrände aus Quarzsand, allerdings wird das Element zur Herstellung von Solarzellen nicht von den Stränden abgetragen, sondern aus Gruben geschürft. Dies wird unter anderem in den USA, Slowenien, Spanien, Frankreich, Österreich und Deutschland durchgeführt.  

Das Gute: trotz der großen Verfügbarkeit von Silizium wird dennoch immer weniger von diesem Element benötigt, da technische Fortschritte es ermöglichen dünnere Solarwafer herzustellen.

PV-Modul STEAG Solar Energy Solutions Polykristallines PV-Modul

Produktionsstandorte von Solarmodulen 

Den ersten Schritt in Richtung einer nachhaltigen Produktion von Solarmodulen geht SENS, indem Silizium-Zellen verwendet werden, welche keine umweltschädlichen Materialien (wie z.B. das gesundheitsschädliche und giftige Cadmiumtellurid) beinhalten.

Daneben stellt auch der Produktionsstandort der Solarzellen und -module einen wesentlichen Faktor für die Nachhaltigkeit dar. „Die Standard-Module, die SENS für Solaranlagen verwendet, werden zum Großteil in Asien produziert. Dort werden sowohl die einzelnen Siliziumzellen, sowie die daraus entstehenden Solarmodule hergestellt und über den Seeweg nach Deutschland transportiert.“, erzählt PV-Experte Sascha Link bei SENS. „Doch auch im asiatischen Raum, wie z.B. in China, wächst der Anteil der Erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung stetig, weshalb die Produktion der Solarmodule ebenfalls nachhaltiger wird.“, begründet er weiter. SENS bezieht die fertigen Solarmodule unter anderem von Anbietern, welche die Produktion stetig mithilfe von Innovationen optimieren.

Energetische Amortisation in circa 1 Jahr

Der Energieaufwand für die Herstellung, Nutzung und Entsorgung von Solaranlagen ist trotz der Auslagerung einiger Produktionsprozesse, in den letzten dreißig Jahren stark gesunken. Gründe hierfür sind unter anderem der Fortschritt von Technologien, der dünnere Module ermöglicht sowie der Ausbau der Erneuerbaren Energien, welcher die Produktion nachhaltiger gestaltet.

Das ISE Fraunhofer Institut hat genauere Nachforschungen zur Energierückgewinnungszeit von PV-Anlagen angestellt und bei den Berechnungen alle relevanten Faktoren wie die Herstellung und Transportwege mit einbezogen. Als Ergebnis kann eine Amortisationsdauer von 0,4 bis 1,5 Jahren genannt werden. Diese beruht auf der Annahme, dass eine Strahlung von 1.700 kWh/m2/Jahr auf eine Solaranlage mit optimaler Ausrichtung trifft. In Deutschland zum Beispiel liegt die Globalstrahlung bei 900 bis 1.200 kWh/m2/Jahr weshalb man hier von einer durchschnittlichen Energierückgewinnungszeit von circa einem Jahr ausgehen kann. „Der Durchschnittswert ist ein guter Anhaltspunkt für alle Anlagen in Deutschland, wobei dieser sich je nach Standort und Modulausrichtung geringfügig unterscheiden kann.“, weiß Link. Deutlich werden diese Unterschiede in der Veröffentlichung des ISE Fraunhofer Instituts, welches die Energierückgewinnungszeit abhängig von der Globalstrahlung unter anderem für diese Länder veröffentlicht hat:

  • Belgien: 1,28 Jahre
  • Italien: 1,07 Jahre
  • Australien: 0,74 Jahre

Die Energierückgewinnungszeit hängt demnach stark von einigen wesentlichen Faktoren ab:

  • Produktionsort der Solarmodule und dem damit verbundenen Transport
  • Art der Solarzelle
  • Ausrichtung der Solarmodule
  • Globalstrahlung am Standort des Solarparks
  • Lebensdauer der PV-Anlage
PV-Dachanlage Ost-West-Aufständerung STEAG Solar Energy Solutions PV-Dachanlage mit Ost-West-Ausrichtung im Südwesten Deutschlands

Der Kreis des PV-Lebenszyklus schließt sich durch Recycling

Wird eine Solaranlage nach über 30 Jahren Betrieb wieder abgebaut und entsorgt, so sollten die einzelnen Elemente der Solarmodule in den Kreislauf zurückgeführt werden. PV-Experte Sascha Link führt das weiter aus: „Durch das separate Recyceln des Glases und Aluminiumrahmens sowie der Zuführung des Siliziums in den Wertstoffstrom können die Rohstoffe nach entsprechender Weiterverarbeitung erneut für die Herstellung von Solarmodulen verwendet werden.“

So wird selbst am Ende der Lebensdauer einer PV-Anlage die Nachhaltigkeit berücksichtigt.

Steigerung der Lebensdauer

Die Lebensdauer einer PV-Anlage, einer der Faktoren, die Einfluss auf die Energierückgewinnungszeit haben, kann vom Anlagen-Eigentümer selbst beeinflusst werden. Die SENS-Experten raten, eine regelmäßige Wartung der Solarparks sowie der Aufdachanlagen durchzuführen, um dauerhaft einen maximalen Energieertrag erzielen zu können. Die Wartung einer Solaranlage kann mit Hilfe von künstlicher Intelligenz noch effizienter gestaltet werden. Eigentümer sollten demnach digitale Lösungen in Anspruch nehmen, um unter anderem die energetische Amortisation der Anlage zu verbessern.

SENS bietet hierfür mit eigenen O&M-Experten sowie der intelligenten AI-Lösung Sensaia für Solarpark Monitoring und Predictive Maintenance die optimalen Services für Ihre Anlage. Als Partner können Sie bereits vor Veröffentlichung die innovativen Features von Sensaia nutzen und mitgestalten. Melden Sie sich jetzt für den exklusiven Release-Reminder an!

 

Fotos: Symbolbild Solarpark Münchberg (Deutschland) & Solarmodul: Alexander Basile, Ost-West-Aufständerung: Christin Zorn