Solarenergie gilt als einer der wichtigsten Eckpfeiler für die Energiewende. Und tatsächlich erlebte Photovoltaik in Deutschland allein 2022 einen Zubau von ca. 7.200 Megawatt Netto-Leistung.^[1] Und während Solarstrom seinem klimafreundlichen Image alle Ehre macht, bleibt bei vielen trotzdem ein “G’schmäckle”. Aber zurecht? Wie steht es wirklich um die Ökobilanz von Photovoltaik? Sind PV-Module wirklich so grün und sauber, wie gemeinhin dargestellt?

Dass auch Photovoltaikmodule CO₂ emittieren, lässt sich nicht leugnen. Oftmals mehr, verglichen mit anderen Erneuerbaren Energien, aber doch erheblich weniger als bei der Energiegewinnung aus fossilen Brennstoffen wie Gas oder Kohle. Aber wie sauber oder nicht sauber sind PV-Module dann letztendlich? Und wird uns der massive Zubau ökologisch irgendwann auf die Füße fallen?

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INHALTSVERZEICHNIS ▼

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Ist Photovoltaik ökologisch?

Die Kraft der Sonne als Energiequelle zu nutzen ist eine der umweltfreundlichsten Möglichkeiten, Häuser, Gemeinden, ganze Metropolen mit Strom zu versorgen. Und dank stetig sinkender Preise für Photovoltaikmodule über die letzten 10 Jahre, können sich auch immer mehr Menschen diesen nachhaltigen Lebensstil leisten.

Aber auch die Solarenergie hat ihre Schwachstellen, die sie schlecht für die Umwelt machen können.

• Wenn schädliche Materialien bei der Herstellung zum Einsatz kommen.
• Wo sie hergestellt werden.
• Wie lang die Lieferkette bzw. die Strecke ist, die die Module vom Hersteller zum Einsatzort zurücklegen.
• Ob sie entsorgt werden müssen oder recycelt werden können.
• Wie sich sich auf die Flächennutzung auswirken.

Ist die Herstellung von Solarzellen umweltfreundlich?

Die Debatte über mögliche "versteckte" CO₂-Emissionen alternativer Energiegewinnung ist mindestens so alt wie das erste Atomkraftwerk. Und seit der flächendeckenden Verbreitung erneuerbarer Ressourcen wie Wind und Solar wird sie hitziger geführt denn je.

Aber wie umweltschädlich sind Solarpanels wirklich?

Die Ökobilanz einer durchschnittlichen Photovoltaikanlage bewegt sich zwischen 14 und 73 Gramm Kohlenstoffdioxod-Ausstoß pro kWh. Das klingt für eine erneuerbare Energiequelle erst einmal viel, ist im Vergleich zu den CO₂-Emissionen von Erdöl aber ziemlich harmlos. Die fallen durchschnittlich mit 742 Gramm pro kWh schon sehr deutlich ins Gewicht.

Wenn Sie als Besitzer einer Photovoltaikanlage Ihre Module CO₂-neutral machen möchten, müssen Sie diese mindestens drei Jahre lang in Betrieb haben. Nach dieser Zeit sinkt der ökologische Fußabdruck von Solarpaneelen sogar in den Negativbereich. Denn dann haben Ihre Module mehr Emissionsausstoß verhindert, als sie verursacht haben.

Was genau beeinflusst die Ökobilanz von Photovoltaik?

Anders als fossile Brennstoffe verursacht Photovoltaik bei der Stromproduktion selbst keine Emissionen.

Die Herstellungsprozesse allerdings, die diese emissionsfreie Energieproduktion überhaupt erst möglich machen, stoßen CO₂ aus. Wenn wir von einer Photovoltaik-Ökobilanz sprechen müssen wir also diese Aspekte mit kalkulieren. Vom Abbau von Metallen und seltenen Mineralien über die eigentliche Herstellung von Solarmodulen bis hin zu den Transportwegen und -arten besagter Materialien und der fertigen Panels selbst, sowie schließlich und endlich deren Entsorgung. Aber natürlich auch die Lebenserwartung eines Moduls.

Die Materialien zur Herstellung von Solarmodulen

Die wichtigste Komponente eines Solarmoduls ist die photovoltaische Zelle. Und diese besteht in aller Regel aus Siliciumhalbleitern. Darüber hinaus werden die Paneelen beschichtet. Einerseits damit sie nicht spiegeln, andererseits damit sie möglichst viel Sonnenlicht absorbieren.

Abgesehen von Silicium kommen bei der Herstellung von PV-Modulen auch seltene Erden und wertvolle Metalle wie Silber, Kupfer, Indium, Tellur und – bei Batteriespeichern – Lithium. Der Abbau all dieser Ressourcen verursacht Treibhausgasemissionen und kann Luft, Boden und Wasser verschmutzen.

Wie hoch genau der CO₂-Ausstoß bei diesen Vorgängen ist, ist aufgrund mangelnder Transparenz nur extrem schwer nachvollziehbar. Es gibt zwar Bemühungen, Standards für den Abbau, die Verarbeitung und den Transport solcher Materialien einzuführen, aber diese stecken derzeit noch in den Kinderschuhen.

Die Herstellung eines Solarmoduls ist ein ziemlich komplexes technologisches und wissenschaftliches Unterfangen. Klar ist jedoch, dass man für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom jede Menge Chemikalien benötigt. Nicht wenige davon sind toxisch.

Die genaue chemische Zusammensetzung variiert je nach Art der Zelle und Hersteller. Aber einige sind im Grunde immer zu finden. Darunter Kupfer-Indium-Selenid, Cadmium-Gallium-Selenid, Kupfer-Indium-Gallium-Selenid, Hexafluorethan und Polyvinylfluorid. Ziemlich lange Wörter, die ziemlich genau so giftig sind, wie sie für den Laien klingen. Und sollten diese irgendwann einmal auf einer Müllhalde verrotten, werden sie in die Böden und ins Grundwasser sickern.

Der Produktionsprozess von Solarpanels

Die Herstellung von PV-Modulen gleicht einem Teufelskreis an Emissionen. Damit Sie mit Ihrer Photovoltaikanlage Ihren eigenen ökologischen Fußabdruck verringern können, verbrauchen die Fabriken erst einmal jede Menge Elektrizität, die in der Regel nicht aus nachhaltigen Quellen stammt.

Je nachdem, wo die Module hergestellt werden, variiert der Anteil fossiler Brennstoffe im Strommix natürlich. In China beispielsweise, wo weit über die Hälfte der weltweiten Modulproduktion stattfindet, besteht der generische Strommix zu gut zwei Dritteln aus Kohle. Und das bringt uns direkt zum nächsten emissionskritischen Aspekt:

Die Transportwege von PV-Modulen

Die Emissionen durch die Transportwege stellen eine weitere Herausforderung dar. Der Mineralienabbau findet meist weit weg von den Herstellungsländern und -fabriken statt. Und wir sprechen hier von verschiedenen Kontinenten und Meeren, die überquert werden müssen, um die bspw. in Afrika abgebauten Mineralien nach bspw. China zu transportieren, wo rund 60% aller Solarpanels der Welt produziert werden.

Der ökologische Fußabdruck eines in China hergestellten und in Europa installierten Solarmoduls ist doppelt so groß wie der eines PV-Moduls, das in Europa hergestellt und montiert wird. Abgesehen vom Strommix mit sehr hohem Kohleanteil in China, fallen hier auch der lange Transportweg und die damit zusammenhängenden Transportmittel ins Gewicht.

Der Emissionsgap zwischen China und anderen Produktionsländern für Solarmodule soll Untersuchungen zufolge mit der Zeit geringer werden, wenn China strengere Emissionsregulierungen zugrundelegt. Parallel hierzu werden auch Forderungen laut, die Abhängigkeit von China (nicht nur in ökologischer Hinsicht) zu reduzieren und die Produktion auf den Anwendermarkt zu verlagern.

2021 hat auch das Fraunhofer Institut in München bestätigt, dass ein Solarmodul, das in der EU hergestellt und installiert wird 40% weniger CO₂ produziert als eines aus China. Die Produktion von Glas-Glas-Modulen kann die CO₂-Emissionen im Schnitt um weitere 10% verringern gegenüber einem Glas-Folie-Panel.^[2]

Im gleichen Jahr hat der Branchenverband "Solarpower Europe" gemeinsam mit "EIT InnoEnergy" eine Initiative ins Leben gerufen, die Sie mit Erfolg bei der EU-Kommission vorgestellt haben. Ziel dieser Initiative unter anderem? Bis 2025 20 GW Solarstromkapazitäten in Europa zuzubauen, sowie die europäischen Länder wieder zu attraktiven Produktionsstandorten für Photovoltaikkomponenten machen; was "ganz nebenbei" auch bis zu einer halben Million neue Jobs schaffen würde.^[3]

Die Flächennutzung von Solarfarmen

Während große Solarfarmen einen riesigen Mehrwert für den Energiesektor, für Grundstücksbesitzer und nicht zuletzt für den Verbraucher darstellen, tun sie das nicht auch zwangsläufig für die heimische Tierwelt. Kritische Stimmen befürchten, dass der Wandel hin zu erneuerbaren Energien den weltweiten Kampf um Land und Wasser noch verschlimmern und die Biodiversität weiter schädigen wird.

Eine weitere Sorge sind die sogenannten "indirekten Emissionen aus Landnutzungsänderungen". Damit ist die veränderte Nutzung von Lebensmittelanbauflächen für den Ausbau erneuerbarer Energien gemeint. Wenn etwa Landwirtschaft zunehmend unattraktiv, Landpacht für Solarfarmen aber zunehmend rentabel wird, könnte das den Wettbewerb um Anbauflächen in verschiedenen Teilen der Welt verschärfen.

Mit einer privaten PV-Anlage hingegen, tun Sie aktiv etwas gegen die großflächige Bebauung von Nutzland. Eine Solaranlage auf dem Dach verbraucht andernfalls ungenutzte Fläche, anstatt Fläche, die für die Ernährung der Welt genutzt werden könnte. Plus: Sie schützen mit PV-Modulen auch Ihre Bedachung!

Die Lebenserwartung eines PV-Moduls

Wenn man die Ökobilanz von Photovoltaik betrachtet, kann man die lange Lebensdauer eines Solarpanels nicht außen vor lassen. Und neben all den negativen Faktoren, kann der Lebenszyklus eines Moduls der Nachhaltigkeit von Photovoltaik zumindest positiv ausgelegt werden.

Eine Photovoltaikanlage hat eine Funktions- und Rentabilitätsgarantie von 25 bis 30 Jahren. Die ökologische Amortisation (also der Zeitpunkt, zu dem die zuvor verursachten Emissionen sich durch den Gebrauch der Solarmodule neutralisiert haben) ist mit zwei bis drei Jahren gerade einmal ein Zehntel so lang.

Zwar büßen Solarpaneelen im Laufe der Zeit Leistungsfähigkeit ein, aber mit keiner anderen erneuerbaren Energie produzieren Sie schon nach so kurzer Zeit emissionsfrei Strom. Und selbst bei Leistungsverlusten ist der Output von PV-Anlagen selbst nach Ablauf ihrer Gewährleistung immer noch beeindruckend hoch. Hochwertige Module schaffen selbst nach 40 Jahren noch 70% ihrer ursprünglichen Leistung.

Es gibt also keinen Grund, Photovoltaikmodule nach Ablauf der Gewährleistungszeit zu ersetzen, wie es einer australischen Studie zufolge leider oft der Fall ist.^[4] Laut der Untersuchung sind hierfür unter anderem die von den Gesetzgebern geschaffenen Anreize verantwortlich, die die Montage modernerer oder neuerer Panels attraktiver machen als bereits installierte über ihren Gewährleistungszeitraum hinaus weiter zu betreiben.

Es ist einerseits verständlich, dass die schnellen Fortschritte in der leistungssteigernden Technologie, die Solarmodulen zugrunde liegt, den Wunsch alte (frühzeitig) zu ersetzen auch bei PV-Besitzern schürt. Schlicht, weil sie sich höhere Energiekosteneinsparungen von effizienteren Modulen versprechen. Andererseits verzögern Sie damit natürlich sowohl die ökologische als auch die ökonomische Amortisation einer Photovoltaikanlage.

Wenn Sie Ihre PV-Anlage über ihren Gewährleistungszeitraum hinaus absichern wollen – inklusive kostenloser Wartung, kostenfreien Austausches und Ersatzes beschädigter Komponenten und umfangreichen Versicherungsschutzes über die Herstellergarantie hinaus – dann sichern Sie sich eine Photovoltaikanlage mit unserem exklusiven Klarsolar PROTECT Deal. Sprechen Sie uns an:

Eine nicht unerhebliche Rolle kommt laut den Erkenntnissen der zitierten Untersuchung auch den Solarteuren zu, die oftmals mehr als willens sind, gleich die komplette Anlage zu ersetzen, auch wenn der Austausch einzelner Komponenten völlig ausreichend wäre. Und das sorgt für jede Menge Elektroschrott mehr, als sein müsste:

Die Ökobilanz von Photovoltaik bei der Entsorgung

Der große Trend zu Photovoltaikanlagen setzte sich in den späten Neunzigern und frühen Nullerjahren in Gang. Bei einer Lebenserwartung von 25 bis 30 Jahren sind wir ziemlich genau jetzt zum ersten Mal mit der massenhaften Entsorgung ausgedienter Solarpaneelen konfrontiert. Zumal von Solarpaneelen auf technologischem Stand von vor zwei Jahrzehnten.

Vor rund 10 Jahren ging man noch von rund 250.000 T Photovoltaikmüll bis 2050 aus. Neuere Zahlen und der erneute PV-Boom ließen diese Zahl auf fast 10.000.000 Tonnen ansteigen. Eine "klassische" Entsorgung auf dem Wertstoffhof könnte eine Gefahr für Boden und Grundwasser und damit für die Umwelt aber auch für unsere Gesundheit bedeuten, wenn Bestandteile wie Cadmium oder Blei austreten. Zum Glück gibt es aber bessere Möglichkeiten:

Photovoltaik-Recycling

Zunächst einmal: Sie müssen sich um eine sachgerechte Entsorgung kaputter Module nicht selbst kümmern. In der Regel übernimmt ein professioneller Solarteur bei Austausch beschädigter Komponenten das kostenlos für Sie. Des Weiteren fallen PV-Module unter das ElektroG2, wonach Hersteller zur Rücknahme der von ihnen produzierten Altgeräte verpflichtet sind.^[5]

Bei Klarsolar haben Sie mit unserem PROTECT-Paket die Option Austausch und Entsorgung aller PV-Komponenten kostenlos und fachgerecht von unseren erfahrenen Elektropartnern vor Ort durchführen zu lassen. Ohne versteckte Kosten. Und sowohl für Photovoltaik innerhalb ihres Gewährleistungszeitraums als auch darüber hinaus:

Recycling kann die Ökobilanz von Photovoltaik deutlich verbessern – und je moderner die Module, desto besser die Recyclingmöglichkeiten:

• Ein durchschnittliches Solarmodul besteht zu rund 80-90% aus Glas. Dieses kann zu 100% wiederverwendet werden.
• Zu circa 10-20% besteht es aus Metallen für Lötverbindungen und Rahmen, sowie Kunststoffen. Anders als die Kunststoffe, ist das Metall vollständig wieder aufbereitbar.
• Der Siliciumanteil von Photovoltaik beläuft sich auf knappe 2% und wird, wie alle anderen seltenen Erden und Mineralien in einem Modul, nicht recycelt. Es kann als Quarzelement aber komplett umweltverträglich entsorgt werden.

Dass Kunststoffe und mineralische Materialien nicht recycelt werden hat einen finanziellen Hintergrund. Der Aufwand ist zu groß und zu teuer – und die seltenen Erden noch nicht selten genug, als dass man deren Recycling ernsthaft in Erwägung zöge oder die Forschung daran vorantriebe.

Das Gute ist:

In ihrer aktiven Schicht enthalten moderne PV-Module keinerlei schädliche Substanzen und sind 100% ökologisch abbaubar.

Das Problem:

Bis moderne Module entsorgt werden müssen, werden noch ein paar Jahre bzw. Jahrzehnte vergehen. Und bei den alten Modulen könnten die inaktiven Schichten ein Problem werden. So durfte man früher beispielsweise noch bleihaltigen Lötzinn bei der Herstellung von Photovoltaikmodulen verwenden. Ein Schwermetall, das genau wie Silber und Kupfer auf keinen Fall ins Erdreich und Grundwasser geraten darf, was es umso wichtiger macht, Solarpaneelen sachgerecht zu entsorgen bzw. entsorgen zu lassen.

Die Lösung:

Insgesamt sind photovoltaische Module zu einem sehr hohen Prozentsatz wiederverwert- oder -aufbereitbar. Mit dem voranschreitenden Ausbau privater und gewerblicher Photovoltaikanlagen ist zu erwarten, dass auch die Recyclingverfahren zukünftig noch effektiver und die Materialrückgewinnung rentabler werden wird. Spezialisierte Rücknahmesysteme wie PV Cycle sind ein erster wichtiger Schritt in dieser Hinsicht.

Stand 2020 wurden pro Jahr knappe 3 Megatonnen Photovoltaikabfälle recycelt. Wirklich wirtschaftlich wäre das Recycling aber bei 10-mal mehr. Die hohe Recyclingquote von mindesten 90% (das Umweltbundesamt fordert mind. 80%) trägt allerdings dennoch dazu bei, die Ökobilanz von Photovoltaik gegenüber anderen Energiegewinnungsmethoden auf die vorderen Ränge zu hieven.^[6]

Um diesen Abschnitt mit einem etwas positiveren Ausblick zu schließen: Der aktuelle Recyclingstandard von PV-Modulen drückt die CO₂-Bilanz von Photovoltaik um weitere 42% - mindestens.

Die Ökobilanz von Photovoltaik

Im ersten Betriebsjahr einer durchschnittlichen Photovoltaikanlage produziert Photovoltaik etwa 50 Gramm CO₂ pro kWh.

Damit ist die CO₂-Bilanz von Photovoltaik ungefähr 20 mal besser als die von kohlebetriebenen Stromquellen.

Ihr ökologischer Fußabdruck wird sich also in dem Moment deutlich verringern, in dem Sie eine PV-Anlage auf Ihrem Dach installieren lassen.

Nach zwei bis drei Jahren Betriebsdauer hat sich die Photovoltaikanlage dann ökologisch amortisiert und Sie produzieren CO₂-neutralen, später sogar CO₂-positiven Strom.

Eine 2017 veröffentlichte Studie fand heraus, dass die Lebenszyklen erneuerbarer Energiegeneratoren (Windräder und Photovoltaikanlagen) um ein Vielfaches weniger CO₂ ausstoßen als Energie aus fossilen Brennstoffen. Und zwar selbst dann, wenn man die vermeintlich "versteckten" Emissionen des Rohstoffabbaus, Transports und der Modulherstellung in der Berechnung berücksichtigt.^[7]

Die gleiche Studie kam außerdem zu der Erkenntnis, dass Kohle einen 18-mal größeren ökologischen Fußabdruck aufweist als eine Solaranlage über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg. Erdgas immerhin noch einen 13-mal größeren.

Die zunehmende Effizienz von Solarpaneelen und die anhaltenden Forschung und Entwicklung in diesem Bereich, lassen hoffen, dass die Kosten und Emissionen von Photovoltaik künftig weiter sinken.

Wie nachhaltig ist Photovoltaik?

CO₂-Emissionen sind nur ein Faktor bei der Beurteilung der Nachhaltigkeit von Photovoltaik. Zwar ist die Solarstromproduktion per se nicht umweltschädlich, trotzdem ist Photovoltaik leider immer noch in hohem Maße abhängig von endlichen Ressourcen wie Metallen und Mineralien. Und damit gehen Abbauprozesse einher, die nicht umweltfreundlich oder gar nachhaltig sind. Oft leidet die Biodiversität und die Lebensräume von Flora und Fauna in den Abbaugebieten erheblich.

Wenn man allerdings das Gesamtausmaß betrachtet, in dem sich PV-Module im Vergleich zu anderen Energiequellen auf die Umwelt auswirken, dann kann man ganz klar sagen: Photovoltaik hat in Sachen CO₂-Emissionen und Umweltverschmutzung eine sehr viel bessere Ökobilanz als andere Formen der Energiegewinnung.^[8]

Luft nach oben ist aber immer. Verbesserte Standards und Praktiken zur Ressourcengewinnung, sowie Forschung und Entwicklung bei den verwendeten Materialien sind unerlässlich, um die schädlichen Auswirkungen der "versteckten" Emissionen bei Photovoltaik noch weiter zu verbessern.

Ausblick: Ist Photovoltaik die Zukunft?

Gute Nachrichten für alle, die noch zögerlich sind: Solarpaneelen werden mit der Zeit immer umweltfreundlicher.

Mit dem technologischen Fortschritt nimmt auch die Innovation in der Solarbranche zu. Etwa, indem nachhaltigere Materialien eingeführt werden, wie das vielversprechende Kësterit, das nur aus Kupfer, Zink, Zinn und Selen besteht.^[9] Elemente, die alle ziemlich kostengünstig und reichlich vorhanden sind.

Auch beim Recycling geht es voran. Solarunternehmen schließen sich in Recycling-Organisationen zusammen und Experten erwarten, dass der weltweite PV-Panel-Recyclingmarkt bis 2027 um gut 13% wachsen soll.

Gleichzeitig wird mit Hochdruck daran gearbeitet, die Biodiversität im Umfeld großer Solarfarmen zu erhalten. Manche Grundbesitzer starten schon jetzt Projekte, bei denen unter den Solarfeldern bestäuberfreundliche Gräser und Wildblumen gesät werden, um beispielsweise die Bienenpopulation zu erhalten. Das hilft nicht nur der einheimischen Tierwelt, sondern ist auch der Bodengesundheit und der Wasserqualität zuträglich, was wiederum die Ernten auf umliegenden Äckern verbessert.

Die sogenannten "versteckten" Emissionen von Photovoltaik sind ein kleiner Preis für eine langfristig nachhaltigere Lebensweise. Und je mehr Forschung hinsichtlich Materialien und Effizienz und je besser die Recyclingquote, desto nachhaltiger wird Photovoltaik und desto besser für das Klima.

Und mehr noch: Photovoltaikanlagen leisten einen großen Beitrag zum Ausbau einer dezentralen Netzstruktur. Wenn irgendwann die bürokratischen Hürden genommen sind und Sie beispielsweise auch Ihren Nachbarn mit Ihrem überschüssigen Solarstrom versorgen und nicht verfahrenen Strom aus Ihrem E-Auto zurück ins Hausnetz einspeisen dürfen, wird sich die Ökobilanz von Photovoltaik schlagartig um ein Vielfaches verbessern.