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.
Verfasst von Franz Baumgartner
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:
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.
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 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.
Mariska de Wild-Scholten, Sept. 2011
Mariska de Wild-Scholten, Sept. 2011
Prof. Dr. Franz Baumgartner ist Dozent für Erneuerbare Energien und Elektronik an der ZHAW School of Engineering in Winterthur.
