Wie nachhaltig (CO2) ist Strom aus der eigenen PV-Anlage?
Die Ökobilanz von Photovoltaik Zwei wichtige Kennzahlen zur Energieproduktion von Photovoltaik sind der sogenannte Erntefaktor und die Energy Payback Time, kurz EPBT.
Die Ökobilanz von Photovoltaik muss dabei aus zweierlei Ansichten betrachtet werden. Die Produktion von Solarstrom ist vollkommen emissionsfrei, denn der photoelektrische Effekt, mit dem Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelt wird, läuft zu 100 % mit Sonnenenergie und und damit absolut emissionsfrei ab. Damit liegt die Ökobilanz von Photovoltaik – zumindest in der Theorie – bei null Gramm CO₂/kWh.
Im Zusammenhang mit der Energiewende wird immer wieder über die Ökobilanz verschiedener Energieträger gesprochen. Hier wird immer wieder von Ausstoß von CO₂-Emissionen pro Kilowattstunde erzeugter Energie (kurz CO₂/kWh) gesprochen. Ab und zu kommt auch die Maßeinheit CO₂e zum Einsatz, bei der alle Treibhausgasemissionen zusammengefasst und in CO₂-Äquivalente umgerechnet werden.
In real jedoch, ist Strom aus Sonnenenergie allerdings (noch) nicht völlig emissionsfrei. Das liegt vor allem daran, dass bei der Herstellung sowie bei der Fracht von Solarmodulen nach wie vor CO₂ freigesetzt wird. In Asien, wo ein Großteil der weltweit verwendeten PV-Module hergestellt wird, bestand der Strommix 2022 nur bei ca. 30 % aus Erneuerbaren Energien. ca. 70 % stammten von Kohle, Gas und anderen nicht erneuerbaren Quellen. Dadurch ergibt sich für Photovoltaik ein praktischer Wert von ca. 56 Gramm CO₂ pro Kilowattstunde Solarstrom in der Ökobilanz (Quelle: Fraunhofer Institut, Stand: Dezember 2023).
Quelle: WIKIPEDIA
Vision für die Zukunft: Sollte bei der Produktion von Solarmodulen künftig nur noch Strom aus erneuerbaren Quellen zum Einsatz kommen, würde sich auch die praktische Ökobilanz von Photovoltaik auf beinahe null Gramm CO₂ reduzieren. Das würde Photovoltaik schlagartig zur weltweit umweltfreundlichsten Form der Energiegewinnung machen.
Energy RoI (return of Invest) Time und Erntefaktor
Der Erntefaktor
Der Erntefaktor, auch EROI Wert (EROI = Energy Return on Energy Invested) genannt, beschreibt dabei das Verhältnis zwischen der bei der Produktion investierten und der durch den Betrieb erwirtschafteten Energie einer PV-Anlage. Soll heißen: Bei einem EROI Wert von 1 produziert eine PV-Anlage über ihre Lebenszeit hinweg genau die Menge Energie, die vorab für ihre Produktion aufgewandt wurde. Bei einem Erntefaktor von 2 produziert sie folglich doppelt so viel Energie, bei 3 das dreifache, und so weiter. Bei Photovoltaik liegt der Erntefaktor allerdings weder bei eins noch bei zwei, sondern viel mehr bei 10 bis 15. Eine Studie des Fraunhofer Instituts geht sogar von einem EROI Wert von fast 18-20 für Photovoltaik in Deutschland aus.
Die Energy RoI (return of Invest) Time
Ein weiterer Wert, der unmittelbar auf dem Erntefaktor in Zusammenhang steht, ist die Energy RoI Time. Diese gibt an, wie lange eine Photovoltaikanlage braucht, um mehr Energie zu erzeugen, als bei ihrer Herstellung eingesetzt wurde. Die Energy Payback Time wird im deutschsprachigen Raum deshalb auch als energetische Amortisationszeit bezeichnet. Moderne und marktübliche monokristalline PV-Module kommen in Deutschland derzeit auf eine EPBT von 1,3 bis 2,1 Jahren – und das bei einer Laufzeit von 25 Jahre oder mehr (Fraunhofer ISE). Mit anderen Worten: Wenn Sie sich noch dieses Jahr in eine eigene PV-Anlage investieren, hat sich diese bereits im Jahr 2025 energetisch amortisiert. Das macht Photovoltaik allemal zu einer nachhaltigen Investition.
Die Ökobilanz eines Stromspeichers – der ESOI
Heutzutage werden PV-Anlage immer häufiger in Kombination mit einem passenden Solarstromspeicher verbaut. Damit können Hausbesitzer einen Großteil ihres Solarstroms selbst verbrauchen und so die Ökobilanz ihrer Photovoltaikanlage noch weiter verbessern. Analog zum EROI Wert wurde für die Effizienz solcher Stromspeicher deshalb der ESOI Wert (ESOI = Energy Stored on Energy Invested) eingeführt. Diese Zahlen geben an, wie groß das Verhältnis von gespeicherter zu eingesetzter Energie bei einem Stromspeicher ist. Moderne Speichermodelle erreichen dabei einen ESOI Wert von 15 bis 20; sie speichern also bis zu 20-mal so viel Energie, wie für ihre Produktion aufgewandt wurde.
Recycling von Photovoltaikmodulen
Nicht nur die geringe CO₂-Emissionen sondern auch die schnellen energetischen Amortisation und einem weiteren Punkt, der sich positiv auf die Ökobilanz von Photovoltaik auswirkt: Die hohe Recyclingquote der Solarmodule. Beschädigte und ausgemusterte Solarmodule lassen sich die eingesetzten Materialien nämlich zu fast 95 % wiederverwenden und auch direkt in neue, sich wieder auf dem neuesten Stand befindliche Solarmodule verbauen.
Zudem sind die Hersteller von Solarmodulen seit 2012 per Gesetz dazu verpflichtet, ausrangierte Module zurückzunehmen und zu entsorgen bzw. zu recyclen. So müssen sich Hausbesitzer keinerlei Sorgen mehr machen, nach 25 oder 30 Jahre auf alten oder defekten Solarmodulen sitzen zu bleiben.
Daraus bestehen Solarmodule und Stromspeicher: Silizium, Lithium und Co.
In Solarmodulen und Stromspeichern sind diverse Materialien verbaut, von denen die meisten umweltverträglich und in großen Mengen verfügbar sind. Kristalline Solarmodule bestehen größtenteils aus Silizium (ausnahmen Amorphe Solarmodule), einem Element, welches auf der ganzen Welt in großen Mengen vorkommt und bedenkenlos abgebaut werden kann. Andere Stoffe wie Cadmium oder Blei, die einen kleinen Teil des gesamten Solarmoduls ausmachen, sind im Betrieb ebenfalls unbedenklich und es wird seit Jahren an Ersatzstoffen geforscht. Hier muss lediglich darauf geachtet werden, dass die spätere Entsorgung der Module wirklich fachgerecht erledigt wird. Genau das regelt die seit 2021 gültige Verordnung für Elektro- und Elektronik-Altgeräte.
Anders sieht es bei Lithium (ist das leichteste Metall auf der Erde) und noch der wichtigsten Rohstoff bei der Produktion von Stromspeichern. Lithium ist nur in wenigen Teilen der Erde (hauptsächlich in Ländern von Süd Amerika) verfügbar und wird dort unter nicht immer ökologischen und unter bedenklichen Bedingungen abgebaut. Dabei ist die Auswirkung auf den Grundwasserspiegel und auf die örtliche Wasserversorgung immer wieder in der Kritik. Umso wichtiger ist es neue Materialien und Techniken für Stromspeicher zu entwickeln und dass auch ausrangierte Stromspeicher möglichst vollständig recycelt werden. Das würde sowohl die Ökobilanz als auch den ESOI Wert dieser Geräte weiter steigern.
Solarstrom ist umweltfreundlich und kostengünstig
Solaranlagen sind umweltfreundlich und produzieren – einmal installiert – völlig CO2 frei Energie. Zudem amortisieren sie sich energetisch schon nach ungefähr zwei Jahren im Betrieb. Danach produzieren sie für meist noch mehr als 20 Jahre zuverlässig und unermüdlich Energie für Sie und Ihren Haushalt – oftmals sogar 20-mal so viel, wie ursprünglich zur Produktion Ihrer Photovoltaikanlage benötigt wurde. Dies sorgt dafür, dass Photovoltaik eine sehr gute Ökobilanz aufweisen kann.
Aber damit nicht genug: Solarstrom vom eigenen Dach ist kostengünstiger als Strom aus dem öffentlichen Netz. Das liegt daran, dass Sie bei Solarstrom aus Eigenproduktion Stromgestehungskosten von gerade einmal 11-13 Cent pro Kilowattstunde haben. Strom aus dem öffentlich Netz kostet hingegen oftmals ein vielfaches pro kWh (inkl. Strompreisbremse). Ein durchschnittlicher Vier-Personen-Haushalt kann dank eigener PV-Anlage also nicht nur deutlich nachhaltiger leben, sondern auch einige drei- bis vierstellige € Beträge bei den Stromkosten pro Jahr einsparen. Eine echter Gewinn für den Betreiber und die Umwelt.