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.
Verfasst von Othmar Humm
Lohnen sich Photovoltaikanlagen überhaupt – nicht kommerziell, sondern energetisch? Und ob! Innerhalb von zwei Jahren zahlt sich eine Installation «energiemässig» aus, weil der Ertrag der Solarzellen 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 Payback Time», EPBT, ergibt. Das Band aktueller Berechnungen unabhängiger Institute liegt zwischen 1,5 und 2,2 Jahren, wobei es auf beide Seiten Ausreisser gibt.
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 zehn 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 zwei 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.
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 Payback Time (EPBT) für Mitteleuropa zwischen «1 und 4 Jahren», bei österreichischen Einstrahlungsbedingungen von zwei Jahren. Da die süddeutschen und die schweizerischen Bedingungen jenen in Österreich entsprechen, ergibt sich derselbe Wert von zwei 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 zwei 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.
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.
Energy Research Center oft the Netherlands
Fraunhofer ISE
Universität Wien
Elektroingenieur FH, Nachdiplomstudium Planung NDS HTL, Gründer Faktor Journalisten
