Das Umweltbundesamt (UBA) hat eine Aktualisierung der Bewertung von Umweltwirkungen von Windkraft- und Photovoltaik-Anlagen beauftragt. Dabei berücksichtigten die Forscher der Sphera Solutions GmbH und des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP für ihre Berechnungen technologische Weiterentwicklungen, die sich durchaus positiv auf die Umweltbilanz der Anlagen auswirken. Die Ökobilanzierung der Photovoltaik-Anlage und Solarstromerzeugung sei für generische Dach- und Freiflächenanlagen mit Standorten in Deutschland und Südeuropa durchgeführt worden. Da der länderspezifische Stromerzeugungsmix an den untersuchten Standorten teilweise stark differiere, hätten sich große Bandbreiten in den Ökobilanzen für die untersuchten Standorte der Modulproduktionen ergeben. Zugleich zeigte sich, wie es vom UBA weiter hieß, dass der potenzielle Nutzen der Verwertung und des Recyclings der Wertstoffe größer ist, als die im Betrieb der Recyclinganlagen verursachten Umweltwirkungen. Daher könne das Modulrecycling einen Beitrag leisten, die Umweltwirkungen über den Lebenszyklus der Solarmodule weiter zu senken. Die Einsparungen lägen je nach Wirkungsgrad und Technologie zwischen 3 und 15 Prozent.
Für die Erstellung der Ökobilanz der Photovoltaik-Erzeugung habe das UBA neben den Modulen auch die übrigen Anlagenkomponenten wie Wechselrichter, Unterkonstruktionen oder Kabel berücksichtigt. Wichtiger Einflussfaktor sei neben der Moduleffizienz auch die Nutzungsdauer der Photovoltaik-Anlagen. Die UBA-Wissenschaftler gingen für ihre Berechnungen von einer Betriebszeit von 30 Jahren sowie einer durchschnittlichen Performance Ratio inklusive Degradationsverlusten von 0,75 für Dachanlagen respektive 0,8 für Freiflächenanlagen bei optimal zur Sonne ausgerichtete Photovoltaik-Anlagen aus. Die durchschnittliche jährliche Sonneneinstrahlung für die Standorte in Deutschland wurde mit 1.200 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr und in Südeuropa mit 1700 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr angenommen. Zudem legte das UBA technologiespezifische Moduleffizienzen zugrunde: 18 Prozent für monokristalline, 16,8 Prozent für multikristalline, 17 Prozent für Cadmiumtellurid und 14,6 Prozent für CIGS-Module.
Als Ergebnis zeigte sich, dass das die Ökobilanz des Solarstrom aus Photovoltaik-Anlagen mit monokristallinen Solarmodulen in Deutschland bei 43 bis 63 Gramm CO2-Äquivalenten pro Kilowattstunde liegt. Bei einer vollintegrierten Produktionswertschöpfungskette für die Module in Europa würde sie bei 32 Gramm CO2 pro Kilowattstunde liegen. Für die südeuropäischen Standorte ermittelte das UBA Werte von 30 bis 44 Gramm CO2 pro Kilowattstunde. Für multikristalline Photovoltaik-Anlagen beziffert das UBA das Treibhauspotenzial des erzeugten Solarstroms mit 36 bis 47 Gramm CO2 pro Kilowattstunde für die deutschen Standorte, bei CIGS-Anlagen mit 24 Gramm CO2 pro Kilowattstunde und mit eingesetzten Cadiumtellurid-Dünnschichtmodulen mit 17 bis 20 Gramm CO2 pro Kilowattstunde.
In einer Sensitivitätsanalyse seien zusätzlich die Abhängigkeiten der Nutzungsphasenparameter auf das Umweltprofil der Solarstromerzeugung untersucht worden. Dazu variierten die UBA-Forscher Anlagenlaufzeit, Performance Ratio, Degradation und Wechselrichter-Lebensdauer. Die Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse zeigten, dass sich das Treibhauspotenzial der Photovoltaik-Stromerzeugung deutlich erhöhen kann, wenn die Anlagenlaufzeit unter den angenommenen 30 Jahren liegt und sich dadurch der Stromertrag verringert. Die Abweichungen lägen über alle Parametervariationen in einem Bereich von etwa -8 bis +38 Prozent. Daher wirke sich eine möglichst lange Nutzung der Photovoltaik-Anlagen positiv auf das Ökobilanzergebnis aus.
Allerdings zeigen die Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse zugleich, dass die Treibhauspotenziale der Photovoltaik-Stromerzeugung selbst im ungünstigen angenommenen Fall bei allen betrachteten Technologien teilweise deutlich unterhalb von 100 Gramm CO2-Äquivalente pro Kilowattstunde liegen. Sie bleiben damit deutlich unter den Werten konventioneller fossiler Stromerzeugungsarten, heißt es vom UBA weiter. Für Erdgas beträgt dieser 490 Gramm CO2-Äquivalente pro Kilowattstunde und bei der Braunkohleverstromung sind es etwa 1140 Gramm CO2- Äquivalente pro Kilowattstunde.
Das UBA gab zudem die Energy Payback Times der untersuchten Photovoltaik-Anlagen an. In Deutschland lägen diese zwischen 0,9 Jahren bei Cadmiumtellurid-Modulen und 2,1 Jahren mit monokristallinen Solarmodulen. Die Ergebnisse bei den monokristallinen Modulen basieren dabei auf vergleichsweise konservativen Annahmen.* Der investierte Primärenergieaufwand für die Herstellung, die Nutzung und das Lebensende der Photovoltaik-Anlagen amortisiere sich somit nach einer sehr kurzen Anlagenlaufzeit. Das Umweltbundesamt hat zudem ein Berechnungstool entwickelt, damit kann jeder die Ökobilanz seiner Photovoltaik-Anlage individuell ermitteln.
Für die Berechnungen seien unter anderem für die CIGS-Dünnschichttechnologie und Wechselrichter die Industriedaten aktualisiert worden, hieß es weiter. Dies erfolgte in Zusammenarbeit mit NICE Solar Energy und SMA. Für die mono- und multikristalline Solarzellenfertigung sei dies hingegen nicht möglich gewesen, da die Produktion in Europa in den vergangenen Jahren Stark zurückgegangen sei. Das UBA habe daher auf Sachbilanzdaten zurückgegriffen, die der PVPS Task 12 veröffentlicht hat.
*Anmerkung der Redaktion: Der Hinweis auf das Berechungstool ist nachträglich noch eingefügt worden. Zudem haben wir kleinere Fehler korrigiert.
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Ein Kernkraftwerk produziert nur 15 Gramm CO2 / kWh und amortisiert sich energetisch nach 8 Monaten.
So schlimm kann es also um das Klima nicht stehen, wenn man darauf einfach verzichtet. Müll hin oder her.
Im übrigen ist so eine Berechnung natürlich Quatsch, wenn der Überschuss in Sommer einfach verschenkt wird oder ich mit meinen Überschuss einfach den Pool heize (wäre mit Netzstrom einfach zu teuer).
Ein fossiles oder nukleares Kraftwerk amortisiert sich per Definiton nie, da stetig mehr Energie zugeführt werden muss als nutzbarer Strom erzeugt wird.
Die von Ihnen angegebenen CO2-Emissionen stimmen aktuell in etwa, hängen aber im Wesentlichen von der Art des Anreicherungsverfahrens und der Erzkonzentration ab. Würde man die Kernenergie benutzen, um wesentliche Teile der Energieversorgung der Welt zu stemmen, müsste die Erzförderung vervielfacht werden und auf sehr niedrig konzentrierte Erze zurückgreifen. Dies würde den CO2-Fußabdruck deutlich erhöhen. (Aktuell stellen AKW gerade einmal 9,9% der Stromerzeugung weltweit).
Wenn Sie im Sommer Strom verschwenden ist das ihre Sache. In einem 100%-EE-Szenario mit einem ausgewogenen Sonne-Wind-Mix liegt der Anteil ökonomisch sinnvoller Überschuss-Abregelungen bei unter 10%. Aber ja, diese sind für eine vollständige Ökobilanz zu berücksichtigen.
@ Michael Schimpf
Ist Ihnen schon mal aufgefallen, dass sich – im Gegensatz zur PV – ein Kernkraftwerk ohne Rohstoffzufuhr, alleine überhaupt nicht energetisch amortisieren könnte.
Übrigens könnten Sie mal eine Quelle nennen, wo da was verschenkt wird. ??
„Grob veraltet schon bei Veröffentlichung“
Zunächst ist es gut das von Seiten des UBA ein Update zum Thema versucht wird.
Gleichzeitig sind die Energy -und CO2- Daten extrem veraltet, denn PVPS Task 12 hat keine wirklich aktuellen Fertigungsdaten für kristalline Module. Ein großes Versäumnis der Solar- Branche da die alten Daten deutlich höhere Werte aufzeigen als der heutige Stand der Fertigung.
Leider hat das UBA es dann nicht besser gemacht- weitere Angaben sind sowas von marktfern das ich mich frage woher sie die Daten haben?
Denn Monokristalline Module haben 2021 Modulwirkungsgrade immer >20%, Richtung 22% und die Hauptlinien der Mono- PERC Zellen laufen knapp unter 23%- in der Fertigung. Das ist ein brutaler Unterschied zu den 18% die aus der Studie zitiert werden. Es bedeutet schnell 25% weniger Silizium pro Watt Leistung. Zudem bedeutet es auch erheblich weniger Glas/ Alurahmen/ etc. pro Flächen und Leistungseinheit. Die Energie- und CO2- Werte für Mono dürften also wesentlich zu hoch sein.
Polykristalline Module hatten 2018 noch einen Marktanteil von >50% bei vielen großen Herstellern, bei einigen ist der Anteil 2021 nahe Null. Polymodule spielen keine Rolle mehr im Markt, sie sind von der Effizienz und auch den Kosten weit abgeschlagen.
CdTe- also First Solar- ist ein Hersteller der wirklich aktiv ist. Auch sein Marktanteil ist global gering und in D sieht man sehr wenig von ihnen. Allerdings pflegt First Solar seine Enerige- und Umweltdaten in die relevanten Datenbanken und sollte damit als Vorbild gelten für die C-Si Hersteller.
CIGS- Dünnschicht es eine Nische in der Nische- ob sich das nochmal ändern wird ist offen.
Insgesamt ist damit eindeutig klar das PV schon heute viel besser als der UBA Report ist.
Unsere Branche hat es aber bis heute nicht verstanden das wir die Bringschuld haben das auch valide rüberzubringen. Und aktuell.
Hallo zusammen,
die Diskussion, wie lange der eine oder andere Kraftwerkstyp benötigt, um sich CO2-mäßig zu amortisieren, ist m.E. ein unnötiger Nebenkriegsschauplatz, der vernebelt nur die Diskussion und die Sinne und verunsichert die Diskutanten bzgl. erneuerbarer Energien.
Was wir benötigen, ist doch CO2-freie, billige und genügend verfügbare Energie – oder ?
PV, Wind und Wasserkraft sind bzgl. ihrer Brennstoffzufuhr komplett CO2-frei und nur die Wartung&Betriebsführung verbraucht (etwas) CO2.
Weiterhin sind die Kosten der Energie für PV und Wind derzeit bereits weit unter denen von fossilen Energiekosten (und ohne Spätfolgen!).
Lediglich die Kernkraft ist (noch etwas) günstiger.
Wenn man jedoch die Spätlasten (Endlager, Risiko, etc.) wirklich mit rein rechnet, dann wesentlich teurer.
Und Sonne und Wind gibt´s m.E. in Europa doch genügend!
Da brauchen wir nicht wirklich das politische Risiko eingehen und unsere (saubere) Energie auf anderen Kontinenten produzieren zu lassen und dann aufwändig zu importieren.
Da PV und Wind in ihrer Erzeugung rel. volatil sind, wird zwingend ein Speicher benötigt, der mit greenH2-Speicherung auch ohne belastende CO2-Produktion auskommt. Diese Kosten sind noch (zu) hoch, werden aber mit der Massenproduktion auch noch erheblich sinken.
Und dann ist das mit dem „schlechten Wirkungsgrad“ der doppelten Umwandlung (H2-Produktion und Rückverstromung) mit insgesamt 30%..40% auch wurscht.
Ein Verbrennungsmotor hat auch nicht mehr an Wirkungsgrad und die Photosynthese lediglich um die 1%-2% – und die funktioniert bereits seit einigen Mrd.Jahren.
Es muß dann halt nur mehr oben rein in den Trichter, damit unten genügend an sauberer und CO2-freier Energie raus kommt.
Ich finde es sensationell genug, dass ich nach 1-.2 Jahren Nettoenergieproduzent werde. Von dem her finde ich die Rechnerei ein wenig kompliziert. Oder auf 20 Jahren hochgerechnet gehen rund 5%-10% pro Jahr für die Produktion etc verloren. Man darf bei der Klimaproblematik den Aspekt der Ressourcenendlichkeit bitte nicht vergessen.
Und wieder geht die marketinggetriebene „Wissenschaft“ ab!
Vielleicht sieht mal jemand unter dem Link und zwar auf Seite 16 nach um die 1140g Braunkohle nachzulesen:
https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/1410/publikationen/2020-04-01_climate-change_13-2020_strommix_2020_fin.pdf
Was man so alles schreiben und lesen kann!
Und in den 2,1 Jahren sind also der Wechselrichter, der Akku, die Solarzelle, die Montage und Demontage, incl. Recycling, incl. Abbau im Kongo und Transport aus China, und natürlich Rekultivierung im Kongo etc. enthalten? Wie man so lesen kann!
Und das für 8760 Std. Stromversorgung im Jahr! Super, dann aber ab damit!
Genau, in der Tabelle auf Seite 17 werden die im Text auf Verstromung angegebenen Werte dann übersichtlich bestätigt.