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Global Ideas

Facetten der Photovoltaik: Viel Licht, ein wenig Schatten

Photovoltaik gilt als umweltfreundlich und preiswert. Solarkraftwerke könnten bald mehr Strom erzeugen, als alle Kernkraftwerke der Welt. Doch die Solarzelle, das Herzstück der PV-Anlage, hat auch Schattenseiten.

Ein winziger Inselstaat im Südpazifik führt sie an, die erste „Solarwende“ der Welt: Seit 2012 sichern 4032 Photovoltaik-Module die gesamte Energieversorgung der Kleinstnation Tokelau. Mehrere Gründe waren ausschlaggebend für das von Neuseeland finanzierte „Tokelau Reneweable Energy Project“: In Anbetracht des sensiblen Ökosystems der Insel war der Wunsch groß, von der Treibstoffabhängigkeit auf erneuerbare Energien umzusteigen. Zudem ist der großangelegte Import von Benzin auf die entlegenen Atolle Tokelaus stets mit hohen Kosten verbunden, ganz abgesehen von den Sicherheitsrisiken, die mit dem Treibstofftransport auf hoher See verbunden sind.

Mehrere Photovoltaik-Module zwischen Palmen (Foto: © PowerSmart)

Pioniere der Photovoltaik: die Pazifikinsel Tokelau ist mit mehr als 4000 installierten PV-Modulen die erste komplett solarbetriebene Nation der Welt.

Der Rest der Welt könnte sich daran getrost ein Beispiel nehmen, findet auch Jonathan Kings, neuseeländischer Administrator des Pazifikstaates: „Tokelau ist nun weltweiter Pionier im Bereich der erneuerbaren Energien. Größere Nationen sollten unseren Erfahrungswert als Maßstab für ihre eigenen Bestrebungen im Bereich der erneuerbaren Energien nutzen.“

Für Armin Aberle, Professor und Leiter des Solar Research Energy Institute Singapur, sieht auch die globale Zukunft der Sonnenenergie golden aus: „Mit hoher Wahrscheinlichkeit wird im Laufe dieses Jahrhunderts die Solarenergie zum wichtigsten Energieträger aufsteigen, vor Kohle, Öl und Gas. Weltweit sind momentan Solaranlagen mit etwa 100 Gigawatt Spitzenleistung installiert. Der produzierte Strom entspricht ungefähr dem von 20 Kernkraftwerken - das ist eine tolle Erfolgsgeschichte.“

Weltweit sonnige Aussichten für die Solarenergie

Bildunterschrift: Eine Photovoltaik-Anlage mit rund 1300m2 Solarmodulfläche schmückt das Dach des Bundeskanzleramtes in Berlin. Copyright: SERISEine Fläche aus Solarmodulen auf den Dach des Bundeskanzleramtes (Foto: © Seris)

Eine Photovoltaik-Anlage mit rund 1300 Quadratmetern Solarmodulfläche schmückt das Dach des Bundeskanzleramtes in Berlin

Mit einer Photovoltaik-Leistung von 32,4 Gigawatt ist Deutschland momentan der weltweit größte Erzeuger - und Verbraucher - von Solarstrom, gefolgt von Spanien und Italien. Auch China, die USA, Japan und Australien bauen momentan große Solarstromkapazitäten auf. Die Prognosen sind laut Aberle vielversprechend: „Solarstrom wird rasant billiger. In weiten Teilen Deutschlands haben wir nun Netzparität, das heißt selbstproduzierter Solarstrom kostet den Endverbraucher nun gleich viel wie der Strom, den er über das Stromnetz kaufen würde. In sonnigeren Ländern wie Italien oder Australien ist Solarstrom heute bereits deutlich billiger als Netzstrom und liegt nun im Bereich von 10 bis 15 Eurocent pro Kilowattstunde. Solarstrom wird in den kommenden Jahren so billig werden, dass in Ländern mit hohen Netzstromkosten praktisch jedes geeignete Haus eine Solaranlage bekommen wird - und das aus rein wirtschaftlichen Gründen. Solarstrom wird den Menschen helfen, Geld zu sparen - und dabei etwas Gutes für die Umwelt zu tun.“

Entscheidender Umweltfaktor: Produktionsprozess der Solarmodule

Gemeinhin wird die Photovoltaik als sehr klimafreundlich angesehen: Solarenergie wird dezentral erzeugt und ihr Brennstoff, das Sonnenlicht, ist umsonst und überall auf der Erde vorhanden.

In der Betriebsphase handele es sich bei der Photovoltaik um eine “sehr umweltfreundliche Technologie”, urteilt das deutsche Umweltbundesamt, denn zu diesem Zeitpunkt werden keinerlei Emissionen freigesetzt.

Aber das leuchtende Vorbild der Solarzellen hat auch kleine Schattenseiten. Wie “grün” die Technologie ist, hängt zum Beispiel davon ab, aus welchen Quellen die Energie für die Produktion stammt: Wird ein Solarpanel mit Strom aus dem Kohlekraftwerk hergestellt, verursacht es indirekte Treibhausgas-Emissionen und ist in der CO2-Bilanz weniger „clean“ als ein Modul, das mithilfe von erneuerbaren Energien produziert wird.

Außerdem spielt bei der Produktion bestimmter Solarmodule die Verwendung klimaschädlicher Stoffe eine große Rolle: Um Solarzellen herzustellen, wurde beispielsweise anfangs vermehrt Schwefelhexafluorid (SF6) eingesetzt. Laut dem Weltklimarat IPCC ist das Treibhauspotenzial von SF6 22.800 Mal so hoch wie das von CO2. Nach und nach wurde SF6 durch Stickstofftrifluorid (NF3) ersetzt, das immer noch 17.200 Mal klimaschädlicher sein soll als CO2.

Emissionsschutz: ein wenig Licht auf der Schattenseite

Ein Mitarbeiter des Solar-Unternehmens Solarworld lässt recyceltes Silizium durch seine Handschuhe rinnen (Foto: Ralf Hirschberger/dpa/lsn)

Basieren die Solarzellen auf dem Material Silizium, kann dieser Rohstoff im Recycling-Verfahren zurückgewonnen und für neue Solarzellen verwendet werden.

Dennoch gibt es laut Umweltbundesamt auch gute Nachrichten in puncto Schadstoffemission: Das NF3 wird im Produktionsprozess zersetzt, und darüber hinaus könne ein Großteil der NF3-Emissionen durch entsprechende Abgasaufbereitung reduziert werden. Zudem sei der Einsatz von NF3 bei der Solarmodulproduktion technisch nicht erforderlich, denn es gibt Ersatzmöglichkeiten. In Deutschland arbeiten die Hersteller in den letzten Jahren an der Umstellung auf eine Alternativtechnologie. Da allerdings die Produktion von Solarmodulen verstärkt nach Asien abwandert, müsste auch dort eine alternative Technologie bei der Produktion gefördert werden. Inwiefern das stattfindet, hängt von den Umweltauflagen der einzelnen Länder ab. Der erforderliche Emissionsschutz bei NF3 ist kein spezifisches Problem der Photovoltaik, vielmehr betrifft diese Notwendigkeit auch andere Industriezweige - beispielsweise die Produktion von Halbleitern oder Flachbildschirmen. Die Herstellung von Solarmodulen sei in puncto Umweltbelastung vergleichbar mit jener von Flachbildschirmen oder Mobiltelefonen, so Aberle.

Fachgerechte Entsorgung von Altmodulen: Ende gut, alles gut

Auch die angemessene Entsorgung von Solarmodulen ist ein entscheidender Faktor für deren Umweltbilanz. Das gilt insbesondere für sogenannte Dünnschicht-Solarmodule, die als aufrollbare Solarzellen beispielsweise in Kleider oder Wanderrucksäcke eingenäht werden können. Ein Teil der Dünnschichtmodule enthält nämlich die Verbindung Cadmium-Tellurid. Cadmium ist ein hochgiftiger Stoff, der nicht in die Umwelt gelangen darf und deshalb aufgefangen und recycelt werden muss. Um dieses Problem von vornherein zu umgehen, setzt die Mehrheit der Hersteller bereits auf Solarzellen aus kristallinem Silizium: Ihre Bestandteile - neben Silizium auch Glas, Aluminium, Kupfer und Kunststofffolien - sind recht einfach zu recyclen bzw. zu entsorgen.

Allgemein sei die Rücknahme von Solarmodulen aktuell noch kein Problem: PV-Module haben eine ungefähre Lebensdauer von 20 bis 30 Jahren, schätzt Solar-Experte Aberle. Dennoch hat die EU bereits alle Hersteller per Gesetz auch für die Entsorgung ihrer Module für zuständig erklärt.

Generell gilt: Im Vergleich zu anderen fossilen Energiequellen wie Kohle und Gas fällt die Ökobilanz der Solarenergie überwiegend positiv aus.

Für den Inselstaat Tokelau bedeutet die Investition in Solarenergie auch, dass bis zum Lebensende des Solarkraftwerks in ca. drei Jahrzehnten rund 12.000 Tonnen CO2 eingespart werden. Wenn das keine sonnigen Aussichten für die Umwelt sind.