Photovoltaik Energiebilanz
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Wofür steht die Energiebilanz Photovoltaik?
Die Energiebilanz Photovoltaik beschreibt das Verhältnis zwischen der Energie, die zur Herstellung, Installation, Betrieb und Entsorgung von PV-Anlagen benötigt wird, und der Energie, die sie während ihrer Lebensdauer erzeugen.
Moderne PV-Anlagen erreichen typischerweise eine positive Energiebilanz innerhalb von ein bis drei Jahren. Das bedeutet, dass sie in dieser Zeitspanne so viel Energie produzieren, wie zu ihrer Herstellung benötigt wurde. Im Laufe ihrer Lebensdauer von etwa 25 bis 30 Jahren erzeugen sie somit ein Vielfaches der investierten Energie. Dieser hohe energetische Rücklauf macht Photovoltaik zu einer nachhaltigen und umweltfreundlichen Technologie zur Gewinnung erneuerbarer Energie.
Klimawende mit positiver Photovoltaik Energiebilanz
Die jährlichen Wachstumsraten der weltweit installierten Photovoltaikleistung waren in den letzten zwei Jahrzehnten bemerkenswert hoch. Sie lagen durchgehend im zweistelligen Prozentbereich. Zwischen 2020 und 2023 lässt sich durchschnittliches Wachstum von fast 40 % feststellen. Dieses kontinuierliche Wachstum hat die Solarenergie zu einem zentralen Bestandteil der Energiewende als Reaktion auf den Klimawandel gemacht.
Diese Zahlen sprechen für sich: Im Jahr 2023 erzeugte Photovoltaik in Deutschland schätzungsweise 61,1 TWh Strom und deckte damit 12 % des Bruttostromverbrauchs. Insgesamt trugen alle erneuerbaren Energien gemeinsam 52 % zum gesamten Stromverbrauch bei. (Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland, Fraunhofer ISE, 2024)
Ein Bericht des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) zur Energiebilanz PV Anlage vom 16. Dezember 2021 zeigt: die Energierücklaufzeit für monokristalline Siliziummodule beträgt 2,1 Jahre und für polykristalline Module nur 1,6 Jahre. Das bedeutet, dass eine neue Solaranlage bei einer Lebensdauer von 20 Jahren etwa das Zehnfache der für ihre Herstellung benötigten Energie erzeugt. Fortschritte in der Technologie verbessern dieses Ergebnis weiter: Eine Lebensdauer von 25 bis 30 Jahren führt laut ISE zu Erntefaktoren von 11 bis 18.
Die Energierücklaufzeit, auch energetische Amortisationszeit genannt, ist die Zeitspanne, die ein Kraftwerk in Betrieb sein muss, um die für seine Herstellung aufgewendete Primärenergie zu ersetzen. Der Erntefaktor beschreibt das Verhältnis zwischen der Energie, die ein Kraftwerk während seiner gesamten Lebensdauer erzeugt, und der Energie, die für seinen gesamten Lebenszyklus verbraucht wird
Weitere Faktoren, die auf die Photovoltaik Energiebilanz Einfluss haben
Zur Bestimmung der Energiebilanz müssen zusätzliche Faktoren berücksichtigt werden, wie die Produktion des Montagesystems, der Kabel und anderer Komponenten sowie die Installation des Systems und das Recycling am Ende seiner Lebensdauer.
Bei einem Polysilizium-Modul ergeben sich insgesamt etwa 600 kWh. Im Vergleich zu einer durchschnittlichen jährlichen Solarstromerzeugung von 250 kWh und einer Betriebszeit von 25 Jahren ergibt sich eine Energierücklaufzeit von etwa 10,4 Jahren. Das ist nach wie vor ein sehr gutes Resultat!
- Vorteil: Solar-Module sind sehr langlebig
Verschiedene Studien belegen: eine Photovoltaik-Dachanlage in Deutschland erzeugt über einen Zeitraum von 20 Jahren die zehnfache Energiemenge, die für ihre Herstellung, den gesamten Zubehörbedarf, die Montage, Wartung, Instandhaltung sowie für die Verschrottung und das Recycling benötigt wurde. Es ist mittlerweile bekannt, dass die Module äußerst langlebig sind und häufig nicht nur 20, sondern bis zu 30 Jahre zuverlässig Strom liefern.
Der Wirkungsgrad – eine wichtige Größe in der Energiebilanz Photovoltaik
Übertragen auf das, „was hinten rauskommt“ spricht man bei Photovoltaik vom Wirkungsgrad. Dieser scheint auf den ersten Blick zwar gering, doch Sonnenenergie ist schließlich kostenlos. Solarmodule und Wechselrichter haben jeweils ihre eigenen Wirkungsgrade.
Der Wirkungsgrad beschreibt das Verhältnis zwischen der eingesetzten und der nutzbaren Energie. Mit anderen Worten: Er gibt an, wie viel der auf ein Solarmodul treffenden Sonnenenergie von der Photovoltaikanlage in Strom umgewandelt werden kann. Dieser Wert wird in Prozent angegeben. Auch Wechselrichter haben einen Wirkungsgrad. Für den Wirkungsgrad eines Wechselrichters gilt dasselbe wie für den eines Moduls: Je höher der Prozentsatz, desto effizienter arbeitet die Komponente.
Der nominale Wirkungsgrad von kommerziellen PV-Modulen mit Solarzellen auf Basis von Siliziumscheiben ist in den letzten Jahren durchschnittlich um etwa 0,3 – 0,5 Prozentpunkte pro Jahr gestiegen. Momentan liegt er bei 21 %. Pro Quadratmeter erreichen diese Module eine Nennleistung von 210 W, während Spitzenmodule um 10 – 15 % höhere Werte erzielen.
Der Wirkungsgrad einer gesamten PV-Anlage hängt maßgeblich vom Wirkungsgrad der einzelnen Solarzellen ab. Letztlich ist dieser Wirkungsgrad auch entscheidend für die Energiebilanz der Photovoltaikanlage.
Die Performance Ratio – der Qualitätsfaktor Ihrer Anlage
Die Performance Ratio (PR) gibt das Verhältnis zwischen dem Nennwirkungsgrad, also dem maximal möglichen und vom Hersteller angegebenen Wirkungsgrad, und dem tatsächlich erreichten Wirkungsgrad einer Anlage an.
Somit ist die PR praktisch der Qualitätsfaktor einer PV-Anlage. In den letzten Jahrzehnten sind die PR-Werte erfreulicherweise deutlich gestiegen. Heutzutage liegt der typische Bereich zwischen 75 und 85 Prozent des Nennwirkungsgrads.
Unser Tipp: Eine Anlage mit einer Performance Ratio von mindestens 80 Prozent gilt als leistungsfähig und ist damit empfehlenswert.
Auch gut für die Energiebilanz: Renaturierung
Photovoltaikanlagen können auch die Renaturierung unterstützen, berichtet das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE). Dies geschieht, wenn Flächen aus der intensiven Landwirtschaft genommen und in Grünland umgewandelt werden, auf dem eine PV-Freiflächenanlage errichtet wird. Solche Flächen werden nicht gedüngt und können mit Wildpflanzenmischungen bepflanzt werden, was die Artenvielfalt fördert.
Konkret heißt das: Eine Fläche wird aus der intensiven Landwirtschaft, beispielsweise aus dem Energiepflanzenanbau, herausgenommen und in Grünland umgewandelt. Errichtet man nun eine Photovoltaik-Freiflächenanlage (PV-FFA) darauf, steigt die Biodiversität grundsätzlich an. Auf PV-FFA wird nicht gedüngt, wodurch weniger anspruchsvolle Pflanzen eine Chance erhalten. Die Einzäunung der PV-FFA schützt die Fläche vor unbefugtem Zutritt und freilaufenden Hunden, was insbesondere Bodenbrütern zugutekommt.
Weitere Verbesserungen können durch kleine Anpassungen der PV Anlage erreicht werden. Größere Reihenabstände der Modultische, eine leicht erhöhte Aufständerung der Module, die Einsaat von Wildpflanzenmischungen anstelle von Grasmonokulturen und eine behutsame Grünpflege lassen ein Solar-Biotop entstehen. Die größeren Reihenabstände ermöglichen zudem eine größere Modulneigung. Das führt zu höheren Stromerträgen im Winterhalbjahr, höheren Marktwertfaktoren für Solarstrom und geringeren Ertragsverlusten durch Verschmutzung und Schneeabdeckung.
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