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Herstellung und Aufbau von Solarmodulen

Für die Bereitstellung der Komponenten und den Zusammenbau von Solarmodulen wird Energie benötigt. Die heutigen Standardmodule, die etwa 80 % des Weltmarkts abdecken, sind typischerweise aus etwa 0,2 Millimeter dicken kristallinen Siliziumscheiben (silicon wafers) aufgebaut.

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Photovoltaik-Standardmodule benötigen deutlich mehr Energie für die Herstellung als Dünnschichtmodule, deren aktive Halbleiterschicht ca. 100-mal dünner ist. Während die Standardmodule etwas mehr als zwei Jahre arbeiten müssen, um soviel Energie zu erzeugen, wie für die Herstellung nötig war, benötigen Dünnschichtmodule dafür nur die Hälfte der Zeit.

Bei den kristallinen Silizium-Standardmodulen entfällt die Herstellungsenergie zu je etwa einem Viertel auf folgende Prozesse:

Herstellung des hochreinen Siliziums
Fertigung der dünnen silicon wafers
Produktion der stromproduzierenden Zellen
Einbettung der Zellen hinter dem Solarmodulglas inkl. dem Alu-Rahmen

Dagegen kommen Dünnschichtsolarmodule mit wesentlich weniger hochreinem Halbleitermaterial aus, wodurch sich die ersten drei Prozessschritte auf einen reduzieren. Dieser Vorgang benötigt nur ein Drittel der Energie. Unter den Dünnschichtvarianten haben die CIGS-Solarmodule (Copper Indium Gallium Selenide) den höchsten Energiebedarf für die Herstellung, sie erreichen aber auch die höchsten Wirkungsgrade. Solche Zellen sind nach etwa anderthalb Jahren energetisch amortisiert. Die ebenfalls aus Silizium, aber einer sehr dünnen Schicht, bestehenden Tandemmodule, haben nicht diesen Bedarf an seltenen Materialien. Da sie vor allem aus Silizium bestehen, sind sie etwa 20 % günstiger. Dafür ist der Wirkungsgrad mit 10 % weitaus geringer. Daher wird mehr Modulfläche und damit auch Glas benötigt. Dieses Glas ist wiederum energieintensiv in der Herstellung.

Aufbau von Solarkraftwerken

Solarmodule werden auf dem Dach montiert und elektrisch an einen Wechselrichter angeschlossen. Auch dafür wird Energie benötigt. Inklusive der Herstellung des Wechselrichters verlängert dieser letzte Schritt zum eigenen Solarkraftwerk den Energy-Payback nochmals um ein halbes Jahr.

Alle oben genannten Zeitspannen wären um ein Drittel geringer, wenn die Module z.B. in Südeuropa, bei deutlich höherer Solareinstrahlung, betrieben werden würden.

Der CO₂-Fussabdruck von Solarstrom

Der elektrische Strom, erzeugt aus dem europäischen Kraftwerksmix, ist mit einem Ausstoss von ca. 500 g des Treibhausgases CO₂ pro Kilowattstunde verbunden. Dagegen werden bei der Solarstromproduktion mit polykristallinen Solarmodulen nur ca. 50 g CO₂ pro Kilowattstunde frei. Dünnschichtmodule aus Cadmium-Tellurid stossen in der Herstellung lediglich 30 g CO₂ aus.

Wird das Siliziummaterial nicht mit Wasserkraft hergestellt und erfolgt die Zell- und Modulfertigung nicht mit dem europäischen Kraftwerksmix, so verdoppeln sich diese CO₂-Werte in den schlechtesten Fällen beinahe. Beispielsweise ist die heute in China produzierte kWh elektrischer Strom wegen dem hohen Kohlestromanteil mit mehr als der doppelten Menge an CO₂-Emissionen verbunden wie im europäischen Durchschnitt. Dies wirkt sich somit auf alle in China produzierten Produkte aus, es sei denn, sie sind ausschliesslich mit Solarstrom produziert.