UBA-Ökobilanz: Photovoltaik-Anlagen amortisieren sich energetisch nach maximal 2,1 Jahren

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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