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Eine Solaranlage zahlt sich energetisch aus

Bezüglich Grauer Energie schneiden Photovoltaikanlagen heute schon gut ab. Künftig könnten aber aufgrund dünner Zellen und optimierter Unterkonstruktion noch viel kürzere energetische Rückzahlfristen möglich sein.

Othmar HummOthmar Humm3 min

Lohnen sich Photovoltaikanlagen überhaupt – nicht kommerziell, sondern energetisch? Und ob! Innerhalb von 2 Jahren zahlt sich eine Installation «energiemässig» aus, weil der Ertrag der Solarzelle den Energieaufwand ihrer Herstellung deckt. In der Forschung wird diese Frist als «energetische Rückzahldauer» bezeichnet. Naturgemäss ist die Dauer vom Zellentyp und von der Aufständerung der PV-Module abhängig, sodass sich eine gewisse Bandbreite für diese «Energy Pay Back Time», EPBT, ergibt. Das Band aktueller Berechnungen unabhängiger Institute liegt zwischen 1,5 und 2,2 Jahren, wobei es auf beide Seiten Ausreisser gibt.  

Energetische Rückzahldauer abhängig von Zellentyp

Deutlich unterhalb des Bandes liegen Dünnschichtzellen aus Cadmiumtellurid. De Wild-Scholten vom Energy Research Center oft the Netherlands, ECN, hat 2009 einen ähnlichen Wert für Südeuropa errechnet (siehe Folie 11). Sie gibt die Rückzahldauer dieses Zellentyps mit 0,84 Jahren an, was ziemlich genau 10 Monaten entspricht. In Anbetracht des geringen Materialeinsatzes für dünne Zellen erscheint dieser Befund plausibel. Das renommierte Institut quantifiziert die Rückzahldauer von mono- und polykristallinen Zellen auf 1,75 Jahre, also gut das Doppelte der Dünnschichtzellen. Von der Reputation her vergleichbar ist das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme, ISE, in Freiburg in Breisgau. Diese Wissenschaftler dokumentieren in ihren «Aktuellen Fakten zur Photovoltaik in Deutschland» vom 20. Juli 2018 eine Rückzahlfrist von 2 Jahren für kristalline Zellen. Die Angabe basiert auf einer globalen horizontalen Jahreseinstrahlung von 1055 kWh pro m2. Dies entspricht dem Mittelwert von Deutschland, in der Schweiz weisen viele Standorte höhere Werte aus, was zu kürzeren Rückzahlfristen führt.

Einstrahlungsbedingungen mitentscheidend

Eine weitgehende Übereinstimmung mit den Zahlen aus Deutschland und den Niederlanden liefert David Fritz von der Uni Wien. Der Forscher kommt in seiner Untersuchung «Ökobilanzen verschiedener Photovoltaikanlagen» 2012 auf eine Energy Pay Back Time (EPBT) für Mitteleuropa zwischen «1 und 4 Jahren», bei österreichischen Einstrahlungsbedingungen von 2 Jahren. Da die süddeutschen und die schweizerischen Bedingungen jenen in Österreich entsprechen, ergibt sich derselbe Wert von 2 Jahren für die energetische Rückzahldauer. Nach Einschätzung von David Fritz halbiert sich diese Frist, sofern Dünnschichtzellen zum Einsatz kommen. Als Beispiel nennt Fritz ebenfalls Cadmiumtellurid-Zellen. Auch dünne Zellen aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid – CIGS-Zellen – brauchen um den Faktor 2 weniger graue Energie als kristalline Zellen. Die weit verbreiteten und kostengünstigen polykristallinen Zellen schneiden nach Aussagen von Fritz um 10% bis 20% besser ab als monokristalline Produkte.

Graue Energie hängt von Materialmenge ab

Der Löwenanteil der Grauen Energie entfällt auf das Material, nicht nur die Solarzelle, auch die Wechselrichter und vor allem die Aufständerung respektive die Unterkonstruktion oder Rahmung fallen ins Gewicht. Der Trend der letzten Jahre zu leichteren Elementen und Konstruktionen dürfte sich in Zukunft noch verstärken. Denn Kostenvorteile lassen sich vor allem über die Materialeffizienz realisieren. Das führt zu erwünschten Nebeneffekten, da sich die graue Energie annähernd proportional zur Materialmenge reduziert.

Fazit: Die zitierten Institute geben die Lebensdauer von Solarzellen mit «20 bis 30 Jahren» an. Damit zahlt sich der Aufwand für die Herstellung der photovoltaischen Anlage zwischen 9- und 20-mal zurück. Eine bessere Anlage ist ökologisch gesehen kaum denkbar.

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Kommentare

  • Markus Häring

    28.08.2018 08:58:26

    Der Autor tut gut von einer energetischen und nicht von einer kommerziellen Auszahlung zu sprechen. Denn dort liegt der Hund begraben, weshalb sich PV ohne Beihilfe im Energiemarkt nicht durchsetzen kann. Unter Beihilfe meine ich nicht einmal Subventionen, sondern eine technische Beihilfe, nämlich den Speicher. Ohne Einbezug der Speicherung, sprich Batterie, ist die Betrachtung unvollständig.

    Wenn alle PV Anlagen gleichzeitig Strom produzieren (und das tun sie), dann hat man eine Überschussproduktion ohne Wert, weil man zu diesem Zeitpunkt nicht alles brauchen kann. Ein Wert erhält der Strom erst, wenn ihn jemand braucht und bereit ist dafür zu bezahlen (Auto laden, IT, Licht, Wärmepumpe, Produktionsmaschinen, Industrie 4.0; alles Verbräuche die nicht nur während Sonnenstunden anfallen und die sich nicht nur auf Sonnenstunden konzentrieren lassen). Also produziert eine PV Anlage ohne Speichermöglichkeit wohl Energie, aber keinen Wert. Energetisch mag sie noch so viel produzieren wie sie will, ohne Abnehmer ist das wertlos. Ergo wird sie sich ohne Speichermöglichkeit auch nie auszahlen. Und deshalb darf man nur das Paket Produktion und Speicherung zusammen rechnen. Dann sieht die ökologische Bewertung anders aus. Alles andere wäre unehrlich.

  • Silvio Borner

    28.08.2018 13:09:33

    Selbst die energetische Auszahlung verschwindet mehr oder weniger ganz, wenn wir
    die vom " intermittenten" Solarstrom verursachten Backup-Speicher- und Netzausbauanlagen mitberechnen (wie das z.B. Ferroni und andere tun).Der ERoEI ist für unsere Breitengrade nicht signifikant grösser als 1 und kann schnell auf die Lebensdauer zum Energievernichter werden.
    Die Tragik der Solarproduktion liegt deshalb darin, dass die Auszahljahre der Zellen durchaus tief sind und weiter sinken können. Je höher der Anteil der Solarproduktion jedoch wird, desto stärker verschlechtert sich der energetische Return, weil die Aufwendungen zur Kompensation der Intermittenz (Backup-, Reserve-,Speicherkapazitäten und Netzausbau) überproportional zunehmen.Bei 100 % Solarversorgung braucht es nochmals 100 % Backup bzw. Speicherreserven. Wirtschaftlich relevant sind nicht die Produktionskosten der Zelle, sondern die Systemkosten auf der Netzebene für die Verbraucher. Deutschland hat dank seiner Forcierung von Sonne und Wind hier soeben die Weltspitze erreicht.Leider "rentieren" Solardächer nur für ihre Investoren, die immer mehr der Zusatzkosten auf die gefangen Kunden abwälzen können.

  • Othmar Humm

    28.08.2018 13:40:24

    Guten Tag Herr Häring

    Sie haben recht, nur ist das nicht die Frage. Die Speicherung ist nach wie vor eine Herausforderung, die nach Lösungen verlangt. Auch Energieversorger wie EKZ erproben in diesem Gebiet neue Speichertechnologien: https://www.energie-experten.ch/de/wissen/wissen/wie-regelenergie-das-netz-stabilisiert.html

    Der vorliegende Beitrag "Eine Solaranlage zahlt sich energetisch aus" bezieht sich also nur auf die PV-Anlage und nicht auf die ganze Stromversorgung.

    Freundliche Grüsse
    Othmar Humm

  • Othmar Humm

    29.08.2018 15:23:00

    Sehr geehrter Herr Borner

    Wir sind ganz bei Ihnen: Die diskontinuierliche Verfügbarkeit erneuerbarer Energien führt zu grossen Aufwendungen bei den «flankierenden» Massnahmen. Da gibt es kein Weg vorbei. Was heisst, dass die erneuerbaren nur relativ gut sind, nämlich im Vergleich zu den fossilen Energien.

    Mit Dank für Ihre ergänzenden Worte: Othmar Humm

  • Energie-Experten

    29.08.2018 15:39:36

    Grüezi Herr Borner
    Danke für Ihre Gedanken zum Thema. Es stellt sich bei jeder Messmethode die Frage, wo die Systemgrenze gezogen wird. Auch beim Öl liesse sich diese Grenze beliebig ausweiten: Man könnte zum Beispiel noch den Transport und die Veredelung vom Rohöl in die Graue Energie einrechnen, anstatt nur vom CO2 auszugehen, das bei der Verbrennung entsteht. Wichtig ist schlussendlich die Transparenz darüber, wie gerechnet bzw. gemessen wurde.
    Herzliche Grüsse
    Ihre Energie-Experten

  • Urs Saladin

    31.08.2018 16:25:20

    Eine Teillösung, zumindest vorübergehend, wäre doch, tagsüber mit dem überschüssigen Solarstrom die Speicherseen aufzufüllen, um nachts daraus wieder die Eneregie gewinnen zu können. Da schon viele Speicherbecken vorhanden sind, ergäben sich für diese "Speicher" ja auch keine neuen Erstellungskosten.