CO2-Bilanz bei der Herstellung von Photovoltaik: Wie umweltfreundlich sind Solarmodule wirklich?

Photovoltaikanlagen gelten als eine der umweltfreundlichsten Energiequellen, doch wie sieht es mit der CO₂-Bilanz bei der Photovoltaik-Herstellung aus? Von der Produktion der Solarmodule bis zur Entsorgung fallen Emissionen an, die die Ökobilanz beeinflussen. Erfahre in diesem Ratgeber, wie nachhaltig Solarmodule wirklich sind und welchen Beitrag du mit der Anschaffung einer PV-Anlage zur Reduzierung des CO₂-Fußabdrucks bei der Energiegewinnung leisten kannst.

Autor

Johanna Koch

Aktualisiert am

4. Oktober 2024

Lesezeit

5 min

Solaranlage

Solaranlage Funktionsweise

CO₂-Bilanz Photovoltaik-Herstellung

Das Wesentliche in Kürze

CO₂-Bilanz: Die CO₂-Bilanz von Photovoltaik gibt an, wie viel CO₂ bei der Herstellung, Montage und Entsorgung freigesetzt wird. Obwohl bei der Produktion Emissionen in Höhe von etwa 56 g CO₂/kWh entstehen, tragen der Betrieb, die Langlebigkeit und der Wirkungsgrad der Anlage unterm Strich zur Reduzierung deines CO₂-Fußabdrucks bei, da der erzeugte Strom nahezu emissionsfrei ist.
Vergleich: Im Vergleich zu fossilen Energiequellen wie Kohle oder Gas hat Photovoltaik in seiner Herstellung einen deutlich geringeren CO₂-Ausstoß pro Kilowattstunde. Diese gute CO₂-Bilanz macht Solaranlagen zu einer der nachhaltigsten Energiequellen und verbessert langfristig deinen ökologischen Fußabdruck.
Herstellung: Die Herstellung von Solarmodulen verursacht CO₂-Emissionen, vor allem durch die energieintensive Produktion von Polysilizium. Dennoch verbessert sich die Ökobilanz erheblich, wenn beispielsweise erneuerbare Energien im Produktionsprozess genutzt werden.
Amortisation: Die energetische Amortisation beschreibt den Zeitraum, in dem die Solaranlage die bei ihrer Herstellung verbrauchte Energie wieder ausgeglichen hat. Dies geschieht durchschnittlich innerhalb von 1,3 Jahren. So haben die Solaranlage und der erzeugte Strom danach eine positive Ökobilanz.

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Was bedeutet die CO₂-Bilanz bei der Herstellung von Photovoltaik?

Eine PV-Anlage bringt dir viele Vorteile wie Unabhängigkeit vom öffentlichen Netz und langfristige Einsparungen bei deinen Energiekosten. Neben diesen Pluspunkten für dich selbst fragst du dich vielleicht, welchen Beitrag du mit der Anschaffung einer PV-Anlage für die Umwelt leisten kannst. Welche Fakten sprechen dafür, dass Photovoltaikanlagen wirklich so klimafreundlich sind wie ihr Ruf? Klar ist: Auch Solaranlagen verursachen CO₂-Emissionen, insbesondere bei ihrer Herstellung. Schauen wir uns dies genauer an:

Die CO₂-Bilanz bei der Herstellung von Photovoltaik bezieht sich auf die Gesamtmenge an CO₂-Emissionen, die während des gesamten Produktionsprozesses einer PV-Anlage entstehen. Dieser Prozess umfasst:

die Gewinnung und Verarbeitung der Rohstoffe
die Produktion der Solarmodule und anderer Komponenten
den Transport

Doch so viel ist sicher: Photovoltaikanlagen haben in der Regel eine sehr gute CO₂-Bilanz. Das bedeutet, dass sie während ihrer Lebensdauer viel mehr CO₂ einsparen, als bei ihrer Herstellung ausgestoßen wird – oft schon nach wenigen Jahren Betrieb. Im Vergleich zu fossilen Energiequellen sind PV-Anlagen die eindeutigen Gewinner, da sie nach der Herstellung emissionsfreien Strom liefern. Die genaue Bilanz kann je nach Technologie, Produktionsort und genutzten Energiequellen variieren, aber der Vorteil gegenüber konventionellen Energieträgern bleibt deutlich.

Wie schneiden verschiedene Energiequellen im Vergleich ab?

Der CO₂-Ausstoß verschiedener Energiequellen unterscheidet sich erheblich und beeinflusst die Gesamtemissionen während der Stromproduktion. Die folgende Tabelle zeigt dir den CO₂-Ausstoß pro erzeugter Kilowattstunde (kWh) für verschiedene Energiequellen, einschließlich des Herstellungsprozesses der jeweiligen Anlagen:

Energiequelle	CO₂-Ausstoß	Beschreibung
Braunkohle	1075 g CO2/kWh	Hoher CO₂-Ausstoß durch die Verbrennung von Kohle, zusätzlich Emissionen aus der Förderung und dem Transport.
Erdgas	500 g CO2/kWh	Niedrigere Emissionen als Kohle, aber immer noch signifikant durch Verbrennung und Methanleckagen.
Photovoltaik	56 g CO2/kWh	CO2-Emissionen entstehen hauptsächlich bei der Herstellung der Solarmodule, insbesondere bei der Polysilizium-Produktion.
Wasserkraft	23 g CO2/kWh	Geringe Emissionen, die meisten stammen aus der Bauphase der Anlagen.
Windkraft	18 g CO2/kWh	Sehr niedriger Ausstoß, die Emissionen stammen hauptsächlich aus der Herstellung der Turbinen und Infrastruktur.

Photovoltaik hat in der Herstellung einen niedrigen CO₂-Ausstoß im Vergleich zu fossilen Brennstoffen. Der größte Teil der Emissionen entsteht bei der Herstellung, insbesondere durch die energieintensive Produktion von Polysilizium. Sobald die Anlage jedoch in Betrieb ist, erzeugt sie saubere Energie ohne laufende CO₂-Emissionen. Im Gegensatz dazu stoßen fossile Energieträger während des gesamten Betriebs CO₂ aus, was ihren ökologischen Fußabdruck erheblich verschlechtert. Nur Wasserkraft und Windkraft sind emissionsärmer als Photovoltaik – und somit ist Photovoltaik die umweltfreundlichste Energiequelle, die du als Privatperson auf deinem Grundstück nutzen könntest.

Was ist die energetische Amortisation von PV-Anlagen?

Die energetische Amortisation von PV-Anlagen (auch Energy Payback Time, EPBT genannt) beschreibt die Zeitspanne, die eine Photovoltaikanlage benötigt, um die Energiemenge zu erzeugen, die bei ihrer Herstellung, dem Transport, der Installation und der Entsorgung verbraucht wurde. Vereinfacht gesagt: Es ist der Zeitpunkt, an dem die Anlage energetisch „ins Plus“ kommt. Diese Amortisationszeit variiert je nach Modultyp, Standort und Effizienz der Anlage. Berechnungen des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) weisen eine EPBT von unter 1,3 Jahren für Anlagen mit marktüblichen monokristallinen Si-Modulen in Deutschland aus. Die Produktion der einzelnen Komponenten in Europa kann die EPBT noch weiter senken.

Nach der energetischen Amortisation produziert die PV-Anlage saubere Energie, ohne weitere energetische Schulden aus ihrer Herstellung abzutragen, und trägt somit erheblich zur Reduktion von CO₂-Emissionen bei. Langlebigkeit und ein hoher Wirkungsgrad der PV-Anlagen sind weitere entscheidende Faktoren, da sie nicht nur die energetische Amortisation verkürzen, sondern auch sicherstellen, dass die Anlage über viele Jahre hinweg sauberen Strom produziert und damit ihren CO₂-Fußabdruck weiter reduziert.

Wie hoch ist der CO₂-Ausstoß bei der Herstellung von Solarmodulen?

Der CO₂-Ausstoß bei der Herstellung von Photovoltaik hängt von mehreren Faktoren ab, darunter die verwendeten Materialien, der Produktionsstandort, die Energiequelle der Fabriken und die Effizienz des Herstellungsprozesses. Laut Berechnungen des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE beträgt die CO₂-Bilanz bei der Herstellung von Photovoltaik etwa 56 g CO₂ pro Kilowattstunde produziertem Solarstrom.

Wir haben für dich eine Übersicht über die wichtigsten Bestandteile und ihre jeweilige CO₂-Bilanz erstellt:

Modulherstellung

In der Modulproduktion werden die Solarzellen zu Modulen zusammengefügt, indem sie auf ein Trägermaterial aufgebracht und mit Glas, Aluminiumrahmen und Rückseitenfolie verbunden werden. Hier entstehen CO₂-Emissionen durch die Verarbeitung der Materialien, den Energieverbrauch der Maschinen und die Herstellung der Glas- und Aluminiumbestandteile. In die CO₂-Bilanz zahlt vor allem die Herstellung der Photovoltaik-Kunststoffschichten negativ ein, die meist aus Erdöl bestehen und oft nicht recyclebar sind. Auf der anderen Seite können allerdings die Glas- und Aluminiumbestandteile recycelt werden, was den ökologischen Fußabdruck reduziert.

Polysilizium-Produktion

Polysilizium bzw. polykristallines Silizium ist das Grundmaterial für die meisten Solarzellen. Im Herstellungsprozess werden enorme Mengen an Energie benötigt, sodass für diesen Schritt etwa die Hälfte der CO₂-Emissionen in der gesamten Fertigungskette von Photovoltaik-Modulen anfallen. In China, dem größten Produzenten von multikristallinem Silizium, führt die Nutzung fossiler Energiequellen zu einem hohen CO₂-Ausstoß. In Europa bzw. Deutschland hingegen wird teilweise erneuerbarer Strom eingesetzt (Stichwort: Strommix), wodurch der CO₂-Fußabdruck für die Herstellung von Silizium für Solarmodule niedriger sein kann.

Verpackung und Transport

Der Transport der Solarmodule vom Produktionsort zur Installationsstelle verursacht zusätzliche Emissionen, insbesondere wenn lange Strecken zurückgelegt werden müssen, z. B. von Asien zu uns nach Europa. Auch die Verpackungsmaterialien, oft aus Kunststoff, erhöhen die CO₂-Bilanz von Photovoltaik bei der Herstellung.

Entsorgung

Die Entsorgung von Photovoltaikanlagen trägt ebenfalls zur CO₂-Bilanz bei, allerdings ist dieser Anteil vergleichsweise gering. Solarmodule haben eine Lebensdauer von etwa 25 bis 30 Jahren und müssen am Ende ihrer Nutzungszeit recycelt werden. Der Recyclingprozess umfasst die Demontage der Module, das Trennen der einzelnen Materialien (Glas, Metalle, Silizium) und die Wiederaufbereitung, was ebenfalls Energie und Ressourcen benötigt. Laut Umweltbundesamt wird durch das Recycling von Solarmodulen der größte Teil der Materialien (etwa 92 Prozent) wiederverwendet, was den CO₂-Ausstoß verringert, da weniger neue Rohstoffe benötigt werden.

Welchen Einfluss hat Polysilizium auf die CO₂-Bilanz?

Polysilizium spielt eine zentrale Rolle in der CO₂-Bilanz bei der Herstellung von Solarmodulen, da es das Basismaterial für die meisten Solarzellen darstellt. Der Herstellungsprozess von Polysilizium ist energieintensiv und trägt maßgeblich zum gesamten CO₂-Ausstoß bei. Besonders der Energieverbrauch in der Produktion, der oft durch fossile Brennstoffe gedeckt wird, beeinflusst die Bilanz negativ. In China, wo ein Großteil des Polysiliziums produziert wird, stammen die Emissionen größtenteils aus kohlebasiertem Strom, was zu einem sehr hohen CO₂-Ausstoß pro Kilogramm Polysilizium führt.

Der entscheidende Vorteil von europäischem bzw. deutschem Polysilizium ist die Nutzung erneuerbarer Energien im Herstellungsprozess, wodurch der CO₂-Fußabdruck um bis zu 50 Prozent gesenkt werden kann. Es überwiegt also der ökologische Vorteil von Polysilizium aus nachhaltiger, lokal kontrollierter Produktion, wie sie zunehmend in Europa etabliert wird.

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Die Photovoltaik-Herstellung überzeugt in der CO₂-Bilanz als nachhaltiges Energiekonzept

Zwar entstehen insbesondere bei der Herstellung der Solarmodule für Photovoltaik CO₂-Emissionen, jedoch können sich diese bereits nach etwa einem Jahr des Betriebs amortisieren. Im Vergleich zu fossilen Energieträgern, die kontinuierlich hohe Emissionen verursachen, schneidet die Photovoltaik also deutlich besser ab, wodurch auch du mit dem Kauf einer PV-Anlage entscheidend zur Reduktion von CO₂ bei der Energiegewinnung beitragen kannst.