Deutschland setzt verstärkt auf erneuerbare Energien, und die Photovoltaik spielt dabei eine zentrale Rolle. Doch wie genau funktioniert die Stromerzeugung aus Sonnenlicht, und welche Vorteile bietet sie für unsere Umwelt? Dieser umfassende Leitfaden beleuchtet die Funktionsweise von Photovoltaikanlagen, die staatliche Förderung und die ökologische Bilanz, um Ihnen ein klares Bild davon zu vermitteln, warum Photovoltaik Umweltfreundlich ist und wie Sie dazu beitragen können.
Photovoltaik: Die Sonne als Energiequelle
Die Grundlage der Photovoltaik sind Solarzellen, meist aus monokristallinem oder polykristallinem Silizium gefertigt. Diese Halbleitermaterialien haben die bemerkenswerte Eigenschaft, dass sie unter dem Einfluss von Sonnenlicht Elektronen in Bewegung setzen. Diese Bewegung erzeugt einen Gleichstrom. Um diesen Gleichstrom für unsere Haushalte und das Stromnetz nutzbar zu machen, wird er mithilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt. So wird Sonnenenergie direkt in elektrische Energie umgewandelt, die wir tagtäglich nutzen können.
Solarzellen auf einem Hausdach
Staatliche Förderung für Photovoltaik in Deutschland
Die Bundesrepublik Deutschland hat die Bedeutung von Photovoltaik für die Energiewende früh erkannt und durch gezielte Förderinstrumente vorangetrieben. Das wichtigste Gesetz in diesem Zusammenhang ist das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). Dieses Gesetz legt die Sätze fest, mit denen jede eingespeiste Kilowattstunde (kWh) Solarstrom vergütet wird. Dabei wird zwischen kleineren Photovoltaikanlagen auf Einfamilienhäusern und größeren Anlagen bis zu einem Megawatt (MW) unterschieden, da die Kosten pro Kilowatt installierter Leistung bei kleineren Anlagen tendenziell höher sind. Für Anlagen, die über 1 MW hinausgehen und auf Dächern oder Freiflächen installiert werden, sind Ausschreibungen der Bundesnetzagentur erforderlich, bei denen der Fördersatz wettbewerblich ermittelt wird.
Die Höhe der Vergütung wird zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme festgelegt und gilt für einen Zeitraum von 20 Jahren. Um die sinkenden Systemkosten der Photovoltaik widerzuspiegeln, ist die Vergütung für neu in Betrieb genommene Anlagen über die Jahre hinweg kontinuierlich gesunken. Aktuelle Informationen zur Vergütung können jederzeit bei der Bundesnetzagentur eingesehen werden. Seit dem Inkrafttreten des EEG im April 2000 hat sich der Zubau von Solaranlagen erheblich gesteigert, und die Kosten sind um über 90 Prozent gesunken. Zahlreiche Daten zur installierten Leistung und zur Bruttostromerzeugung in Deutschland sind unter dem Stichwort “Erneuerbare Energien in Zahlen” verfügbar.
Es ist zu beachten, dass die Stromerzeugungskosten zwischen Dach- und Freiflächenanlagen variieren. Freiflächenanlagen sind oft kostengünstiger, während Dachanlagen den Vorteil haben, keine zusätzlichen Flächen zu versiegeln, da die Dächer bereits bebaut sind. Für eine erfolgreiche Energiewende sind daher sowohl verbrauchsnahe Dachanlagen als auch schnell errichtbare Freiflächenanlagen von großer Bedeutung.
Photovoltaik im europäischen Emissionshandelssystem
Photovoltaikanlagen sind nicht Teil des europäischen Emissionshandels (EU-ETS). Dieses System zielt darauf ab, die Nutzung fossiler Brennstoffe durch emissionsintensive stationäre Anlagen zu verteuern, indem Emissionsberechtigungen erforderlich sind. Da Photovoltaik keine fossilen Brennstoffe verbraucht, fällt sie nicht unter diese Regelung. Dies gilt unabhängig davon, ob eine Anlage nach dem EEG gefördert wird oder nicht, zum Beispiel, wenn am Strommarkt höhere Erlöse erzielt werden können.
Die ökologische Bilanz von Photovoltaikanlagen
Die Umweltwirkungen einer Photovoltaikanlage konzentrieren sich hauptsächlich auf die Phasen der Herstellung und des Recyclings. Während des Betriebs treten keine nennenswerten Umweltauswirkungen auf. Je länger eine Anlage in Betrieb ist, desto geringer sind folglich die Umweltauswirkungen pro erzeugter Kilowattstunde Solarstrom. In Deutschland amortisieren sich Photovoltaikanlagen ohne Batteriespeicher energetisch bereits nach ein bis zwei Jahren. Das bedeutet, nach dieser Zeit hat die Anlage so viel Energie produziert, wie für ihre Herstellung, den Transport, die Installation, den Betrieb und die Entsorgung aufgewendet wurde. Im Gegensatz dazu benötigen konventionelle Energieerzeugungsanlagen, die auf fossilen Brennstoffen basieren, im Betrieb kontinuierlich mehr Energie in Form von Brennstoffen, als sie als Nutzenergie abgeben.
Über eine Lebensdauer von 30 Jahren hinweg entstehen pro erzeugter Kilowattstunde Solarstrom rechnerisch nur etwa 43-63 g CO₂-Äquivalente (bei monokristallinen Modulen). Dies zeigt, dass Photovoltaikanlagen im Vergleich zu fossilen Kraftwerken, die Hunderte von Gramm CO₂-Äquivalenten pro Kilowattstunde emittieren, eine deutlich bessere Klimabilanz aufweisen. Eine Photovoltaikanlage vermeidet somit signifikant Emissionen, die ansonsten durch die Verbrennung von Steinkohle und Erdgas entstehen würden. Der Netto-Emissionsvermeidungsfaktor der Photovoltaik ist beachtlich hoch.
Solarzellen auf einem Hausdach
Entsorgung und Behandlung von alten Photovoltaikmodulen
Die Lebensdauer moderner Photovoltaikmodule beträgt in der Regel 25 bis 30 Jahre. Auch Module, die bereits im Jahr 2000 installiert wurden und somit dem damaligen Stand der Technik entsprechen, sind oft noch im Einsatz. Heutige Module werden häufig mit einer Leistungsgarantie von 30 Jahren verkauft.
Photovoltaikmodule fallen unter das Elektro- und Elektronikgerätegesetz (ElektroG) und gelten somit als Altgeräte. Altgeräte aus privaten Haushalten können kostenfrei über öffentlich-rechtliche Entsorgungsträger, wie kommunale Wertstoffhöfe, entsorgt werden. Dies gilt auch, wenn sie von einem Gewerbebetrieb abgebaut und dorthin gebracht werden.
Gesammelte Elektroaltgeräte müssen einer Erstbehandlung zugeführt werden. Die Elektroaltgeräte-Behandlungsverordnung (EAG-BehandV) regelt weitere Anforderungen an die Behandlung, Schadstoffentfrachtung und das Recycling von Altmodulen. Aktuell werden vor allem kristalline siliziumbasierte Module (die über 95 % des Marktes ausmachen) und in geringerem Maße Dünnschichtmodule behandelt. Bei kristallinen Modulen wird oft ein trockenmechanisches Verfahren angewendet, bei dem das Glas von der Rückseitenfolie getrennt und die entstandenen Fraktionen weiterverarbeitet werden.
Das Recycling von Glas, Aluminium und Kunststoff aus Photovoltaikmodulen ist in der Industrie etabliert. Die aktuelle Recyclingquote für alte Photovoltaikmodule in Deutschland liegt bei beeindruckenden 92,4 %. Diese hohe Quote erklärt sich aus der Zusammensetzung der Module, die hauptsächlich aus gut verwertbaren Rohstoffen wie Glas und Aluminium bestehen.
Schadstoffe in Photovoltaikmodulen
Hinsichtlich Schadstoffen sind Photovoltaikanlagen unbedenklich, sowohl auf privaten Dächern als auch auf gewerblichen Flächen. Fast ausschließlich kristalline Module werden heute eingesetzt, die lediglich geringe Mengen Blei in den Lötverbindungen enthalten können. Cadmium-Tellurid, ein Halbleitermaterial, wird in Dünnschichtmodulen verwendet. Bei unbeschädigten Modulen besteht keine Gefahr der Schadstoffemission.
Selbst in Fällen, in denen das Deckglas gebrochen oder die Randversiegelung beschädigt ist – was aber nicht dem regulären Betrieb entspricht, sondern unsachgemäßem Abbau oder Entsorgung geschuldet ist – zeigten Untersuchungen der Universität Stuttgart, dass Schadstoffe über seitliche Bruchkanten nur langsam ausgewaschen werden können, nicht aber über das Frontglas. Selbst bei Hagelschäden an einem installierten Modul ist somit kein signifikanter Schadstoffaustritt zu erwarten.
Die Photovoltaik ist ein entscheidender Baustein für eine nachhaltige Energiezukunft in Deutschland. Durch ihre umweltfreundliche Funktionsweise, die staatliche Förderung und die effiziente Verwertung am Ende ihrer Lebensdauer leistet sie einen wertvollen Beitrag zum Klimaschutz und zur Reduzierung von Emissionen. Wenn Sie überlegen, Ihren eigenen Beitrag zur Energiewende zu leisten, ist die Installation einer Photovoltaikanlage eine hervorragende und umweltfreundliche Wahl.