Antworten auf häufig gestellte Fragen

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Photovoltaikanlage mit mehreren Solarmodulen in Reihen

Was ist Solarenergie?

Solarenergie ist die direkte technische Umsetzung der Sonnenstrahlung in eine für den Menschen nutzbare Energieform. Man unterscheidet dabei zwischen Solarthermie (der Erzeugung von Wärme) und der Photovoltaik (der Erzeugung von Strom). Das Wort Photovoltaik ist eine Zusammensetzung aus dem griechischen Wort für Licht und dem Namen des Physikers Alessandro Volta. Es bezeichnet die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie mittels Solarzellen. Der Umwandlungsvorgang beruht auf dem bereits 1839 von Alexandre Becquerel entdeckten Photoeffekt. Unter dem Photoeffekt versteht man die Freisetzung von positiven und negativen Ladungsträgern in einem Festkörper durch Lichteinstrahlung.

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Bild: https://www.pexels.com/photo/rows-of-solar-modules-in-photovoltaic-power-station-4320480/

Brennende Glühbirne, die mit solar erzeugtem Strom betrieben wird

Kann der Weltenergiebedarf mit Solarenergie gedeckt werden?

Ja!

Die täglich auf die Erde eingestrahlte Sonnenengergie entspricht etwa dem 10.000-fachen der Energiemenge die pro Tag weltweit benötigt wird. Bei den heutigen technischen Möglichkeiten kann mit Solarenergie das Zwei- bis Dreifache des heutigen Weltenergiebedarfs gedeckt werden. Die von der Sonne pro Jahr auf die gesamte Erdoberfläche einfallende Energie beträgt 795 · 1015 kWh (1). Dieses Gesamtpotential an Sonnenstrahlung kann mit dem weltweiten Stromverbrauch von 142,3 · 1012 kWh aus 2008 (2) verglichen werden. Das Angebot an Sonnenenergie ist also um den Faktor 5.600 größer als der Weltenergiebedarf. Legt man nur die reine Landfläche von 149 · 1012 m² zugrunde (29 % der Erdoberfläche), so fällt immer noch das 1.600-fache an benötigter Energie ein. Auch wenn von dieser auf die Erdoberfläche einfallenden Energie nur ein Bruchteil für die Energiewandlung zur Verfügung steht, kann man feststellen, dass die Sonnenenergie mehr als ausreichend wäre, alle Energiebedürfnisse der Menschheit zu befriedigen. Um in Deutschland den gesamten Jahresstrombedarf (512 · 109 kWh, 2019 (3)) mittels Photovoltaik-Anlagen abzudecken, wäre bei einem angenommenen Wirkungsgrad von 15 % eine Solarzellenfläche von 3,40 · 109 m² notwendig, d. h. ca. 0,95 % der Fläche Deutschlands. Allein mit der Summe aller Dachflächen könnte man ca. 106% des Jahresstrombedarfs (2019) decken. Wie diese Zahlen zeigen, ist das Solarenergieangebot also mehr als ausreiched, um die Nachfrage nach Energie zu befriedigen.

(1) A. Goetzberger, V. Wittwer, Sonnenenergie – Physikalische Grundlagen und thermische Anwendungen, Teubner Studienbücher, Stuttgart, 1986

(2) IEA/OECD, Bevölkerung OECD/World Bank

(3) Statista abgerufen am 8.3.2021

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Bild: https://www.pexels.com/photo/turned-on-pendant-lamp-132340/

Forschung und Entwicklung von neuen Technologien der solaren Stromerzeugung

Ist die Technologie so weit ausgereift, dass sie weltweit in großem Maßstab eingesetzt werden kann?

Ja!

Die Solartechnologie (Photovoltaik und Solarthermie) ist schon seit einigen Jahren so weit ausgereift, dass sie weltweit in großem Maßstab eingesetzt werden kann. Alle wichtigen Techniken zur Nutzung der solaren Energien sind entwickelt und demonstriert. Sie stehen prinzipiell für den breiten Einsatz bereit und werden stetig weiterentwickelt.

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Bild: https://www.pexels.com/photo/high-angle-view-of-a-man-256381/

Solarmodule auf großflächigen Dächern

Führt die Nutzung von solaren Energien zu Flächenverlusten?

Nein!

Bei einer konsequenten Nutzung von Dachflächen kann man gegenüber dem Flächenverbrauch beim Kohle- und Uranabbau sogar mit einem Flächengewinn rechnen. Um in Deutschland den gesamten Jahresstrombedarf (512 · 109 kWh, 2019 (1)) mittels Photovoltaik-Anlagen abzudecken, wäre bei einem angenommenen Wirkungsgrad von 15 % eine Solarzellenfläche von 3,40 · 109 m² notwendig, d. h. ca. 0,95 % der Fläche Deutschlands. Allein mit der Summe aller Dachflächen könnte man ca. 106% des Jahresstrombedarfs (2019) decken. Es wäre nicht notwendig, für die Photovoltaik große zusammenhängende Flächen bereit zu stellen, wenn alle Dachflächen genutzt werden würden.

Der Vorteil der Photovoltaik liegt in der Möglichkeit der Dezentralisierung. Dachflächen, Häuserfronten, Lärmschutzwände, Überdachungen von Verkehrswegen usw. können genutzt werden. Hier gibt es keine Flächenprobleme. Seit der Überarbeitung des EEG 2021 werden innovative Photovoltaikanlagenkonzepte zweimal jährlich in den Innovationsausschreibungsrunden separat berücksichtigt.

(1) Statista abgerufen am 8.3.2021

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Bild: https://www.pexels.com/photo/solar-panels-on-roof-137602/

green grass in sunset light

Warum werden Photovoltaikanlagen auf Landwirtschaftsflächen errichtet?

Photovoltaikanlagen werden meist nicht auf ertragreichen oder schützenswerten Landwirtschaftsflächen errichtet. Es werden die wichtigen Ressorts, wie z.B. Gemeindevertretung, Landesplanung, Untere Naturschutzbehörde, aber natürlich auch jeder Bürger mit im Entscheidungsprozess eingebunden.

Es existieren in Deutschland weite Gebiete, welche zwar durch ungünstige klimatische Bedingungen oder schlechter Bodenqualität geringere Landwirtschaftliche Erträge liefern, aber weiterhin landwirtschaftlich genutzt werden. Diese wenig ertragreichen Gebiete bezeichnet man als benachteiligte Agrarflächen. Die Landwirtschaftsbetriebe erhalten finanzielle Unterstützung von der EU als Ausgleich, wenn sie solche Flächen bewirtschaften. Im Endeffekt sorgt jeder Steuerzahler zu einem gewissen Anteil dafür, dass diese Flächen weiterhin landwirtschaftlich bewirtschaftet werden können. Aktuell sind rund 50% der deutschen Agrarflächen als benachteiligtes Gebiet ausgewiesen.

Was wäre, wenn diese Flächen keiner finanziellen Unterstützung durch EU-Förderprogramme bedürften, sondern sich über eine alternative Nutzung selbst tragen würden?

Diese Möglichkeit bietet die solare Nutzung auf landwirtschaftlich benachteiligten Flächen. Außerdem bieten sich dadurch weitere Vorteile:

  • Regeneration der nährstoffarmen, ausgebeuteten Böden
  • ausgetrocknete sandhaltige Böden erhalten eine natürliche Humusschicht zurück, wodurch Wasser wieder besser gespeichert werden kann
  • Grundwasserverunreinigung (z.B. Nitratanreicherung im Grundwasser) durch übermäßiges Düngen wird vermieden
  • keine Pestizide und Pflanzenschutz, welche nachweislich die Artenvielfalt von Käfern und Insekten reduzieren
  • Rückgabe der Flächen an heimische Tiere als Rückzugsort

In den Bundesländern Bayern und Baden-Württemberg wurden u.a. daher benachteiligte Gebiete für die solare Nutzung bereits freigegeben. Sie wurden bereits im EEG 2017 entsprechend berücksichtigt. Jedoch ist es jedem Bundesland selbst freigestellt, ob es benachteiligte Agrarflächen für die Photovoltaik freigibt. Aktuell wird auch in Sachsen in Betracht gezogen, benachteiligte Gebiete für die Photovoltaik freizugeben. (1)

(1) Sachsen.de abgerufen am 28.6.2021

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Bild: https://www.pexels.com/photo/green-grass-in-sunset-light-6152884/

Geld für Investition in Photovoltaikanlagen

Ist die Nutzung der Sonnenenergie zu teuer?

Nein!

Die Kosten für Solaranlagen sind in den letzten Jahren immer weiter gesunken, da vor allem die Solarmodule in immer höheren Stückzahlen produziert werden. Bei einer ernsthaften Nutzung der Sonnenernergie sinken die Kosten unter die derzeitigen Energieerzeugungskosten. Tatsächlich schneiden die solaren Energien bei einem Vergleich mit herkömmlichen Energieträgern auf der Basis der heutigen Käuferpreise nach wie vor meist schlechter ab. Dieser Maßstab ist aber vor allem unsinnig, da die externen Kosten der herkömmlichen Energien immer noch nicht in deren Verkaufspreise eingerechnet werden, so dass sich die ökologischen und volkswirtschaftlichen Vorteile der solaren Energien nicht in den Käuferpreisen widerspiegeln.

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Wartung eines Schaltschrankes

Wieviel Energie erzeugt eine Solaranlage im Verhältnis zu der für die Herstellung verbrauchten Energie?

5 bis 21 mal mehr!

Photovoltaikanlagen, die aus polykristallinen Siliziumzellen bestehen, erzeugen während ihrer Lebensdauer in Deutschland mindestens sieben mal mehr Energie als für ihre Herstellung benötigt wird. Die energetische Amortisationszeit von Solarzellen beschreibt den Zeitraum, der nötigt ist, um die zur Produktion aufgewendete Energie wieder “zu ernten”. Vergleicht man die Produktionsenergie einer Solarzelle mit der über ihre Lebenszeit erzeugten Energie, so ergibt sich der Erntefaktor. Erntefaktoren und Amortisationszeiten sind unter anderem vom Standort und dem Zellentypus abhängig.

Am besten schneiden hier die Dünnschichtzellen ab, am schlechtesten kristallines Silizium. Die Werte für MIS-Zellen liegen in der gleichen Größenordnung wie die für amorphes Silizium.

Lebensdauer: 30 Jahre = 360 Monate

monokristallines Silizium:
Wirkungsgrad 20 – 22%
Amortisationszeit: 48 – 75 Monate
Erntefaktor: 4,8 – 7,4

polykristallines Silizium:
Wirkungsgrad 15 – 20%
Amortisationszeit: 25 – 57 Monate
Erntefaktor: 6,2 – 14

amorphes Silizium:
Wirkungsgrad 7 – 11%
Amortisationszeit: 17 – 41 Monate
Erntefaktor: 8,6 – 21

(1) Adler, U.: Energetische Erntefaktoren, DGS-Sonnenenergie, Heft 6/1993, S.10- 12.

(2) Hagedorn, Gerd; Ilmberger, Florian: Kumulierter Energieverbrauch und Erntefaktoren von Windkraftanlagen, Energiewirtschaftliche Tagesfragen, Heft 1/2 1993, S.42-51.

(4) Hagedorn, Gerd: Hidden Energy in Solar Cells and Photovoltaic Power Stations, 9th EC Photovoltaik Solar Energy Conference, Freiburg 1989, pp. 542- 545.

(5) Lewin, Bernd: CO₂-Emissionen von Energiesystemen zur Stromerzeugung der Energiewandlungsketten, Dissertation an der TU-Berlin, 1993. Nach einer Studie der Forschungsstelle der Energiewirtschaft liefern Solaranlagen sogar in Mitteleuropa das 7-fache der aufgewendeten Herstellungsenergie – einschließlich der Energie für die Herstellung der Systemkomponenten – zurück.

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Forschung und Qualitätskontrolle

Ist die Herstellung von Solaranlagen umweltverträglich?

Ja!

Die Herstellung von Solaranlagen führt zu keiner Umweltbelastung. Dieser Vorwurf zielt meist auf die Photovoltaik. Die teilweise geäußerte Furcht, dass etwa bei der Massenproduktion von Solarzellen große Mengen toxischer Stoffe anfallen, ist unbegründet. Dies haben umfangreiche Lebenszyklusanalysen inzwischen nachgewiesen (1, 2, 3, 4). Auch Auswirkungen des sogenannten ökologischen Rucksacks, also der Summe der Stoffströme, die in der industriellen Vorleistungskette von der Solarmodulfabrik bis zum Bergwerk mobilisiert werden, sind kein Grund, die Photovoltaik als bedenklich für Mensch und Umwelt einzustufen. Man hat nachgewiesen, dass sich unter südeuropäischen Einstrahlungsbedingungen aus einem Kilogramm Silizium genauso viele Kilowattstunden Strom gewinnen lassen wie aus einem Kilogramm angereichertem Uran.

(1) N.N.. Umweltauswirkungen bei der Herstellung und Nutzung von Solarzellen. KfA Jülich, Programmgruppe Systemforschung und Technologische Entwicklung, Angewandte Systemanalyse Nr. 64.

(2) Moskowitz, Fthenakis. In: Solar Cells 31/1991, pp.513-525.

(3) K. Kate et al.. Contribution of Photovoltaic Energy Systems to Energy Saving, Environment and Economy – An Approach Based on Life-Cycle-Anlysis, 13th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Nice, 1995, pp. 868-871.

(4) E.A. Alsema, B.C.W. van Engelenburg. Environmental Risks of CdTE and CIS Solar Cell Modules; 11th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Montreaux, 1992, pp. 995 – 998.5. B.C.W. van Engelenburg, E.A. Alsema. Environme6. M. Karus, R. Wittassek, W. Linden. Umweltaspekte bei der Nutzung von Cadmium-Tellurid-Solarzellen. 8. Internationales Sonnenforum, 1992, Berlin, S. 591-600.

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Sonnenenergie im Einklang mit der Natur nutzen

Wie groß ist der ökologische Rucksack einer Solaranlage?

Unbedenklich!

Auswirkungen des sogenannten ökologischen Rucksacks, also der Summe der Stoffströme, die in der industriellen Vorleistungskette von der Solarmodulfabrik bis zum Bergwerk mobilisiert werden, sind kein Grund, die Photovoltaik als bedenklich für Mensch und Umwelt einzustufen.

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Recycling von Bestandteilen einer Photovoltaikanlage

Ist bei Solaranlagen vollständiges Recycling möglich?

Ja!

Photovoltaikanlagen können bei entsprechender Herstellungstechnik vollständig wiederverwertet werden. Um noch weitergehende Verbesserungen der Ökobilanz von Solarmodulen zu erreichen, können entsprechende Recyclingprozesse entwickelt werden. Glas und Silizium lassen sich einfach wiederverwerten. Problematisch ist allein die Auflösung des Modulverbundes, der auch Kunststoffe wie Ethylenvenylacetat enthält. BP Solar erprobte bereits mit guten Ergebnissen die Wiederverwendung von Solarzellen aus Modulen, indem das Ethylenvenylacetat chemisch gelöst wird. Neben der Energieeinsparung könnten auch deutliche Kostenreduzierungen durch Wiederverwertung der Solarzellen erreicht werden. Zukünftig sollen Solarmodule so konstruiert werden, dass ein vollständiges stoffliches Recycling möglich ist. Letztlich erst haben die Deutsche Umwelthilfe, sowie Unternehmen der Entsorgungs- und Photovoltaikbranche gefordert, dass Deutschland eine Vorreiterrolle bei der Sammlung, Wiederverwendung und dem Recycling von Solarmodulen einnehmen soll.

Demgegenüber können fossile und nukleare Kraftwerke niemals eine positive Energie- oder Stoffbilanz erreichen: Sie benötigen nicht nur für Herstellung und Abriss Energie und Rohstoffe, sondern sind auch während des Betriebes auf endliche Primärenergieträger angewiesen, die sie teilweise in Strom, zum größten Teil aber in Abwärme, Abgase, Asche und andere Reststoffe umwandeln. Die erneuerbaren Energietechnologien wie die Photovoltaik eröffnen dagegen die einmalige Chance, die Sonnenenergiewandler selbst mit Sonnenenergie herzustellen und die notwendigen Rohstoffe im geschlossenen Kreislauf zu führen. Die Auswirkungen auf Mensch und Umwelt werden damit auf das denkbar geringste Maß reduziert.

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Infrastruktur und Planung bei der Errichtung von Photovoltaikanlagen

Ist die Infrastruktur zur Nutzung von solaren Energien vorhanden?

Ja!

Infrastruktureinrichtungen sind vorhanden. Da Solarenergie nicht importiert oder zum Kraftwerk transportiert werden muss, benötigt man im Gegensatz zu fossilen und nuklearen Brennstoffen keine Infrastruktureinrichtungen zum Brennstofftransport. Der Anschluss von Photovoltaikanlagen an das Elektrizitätsnetz kann problemlos über den Hausanschluss erfolgen. Ansonsten werden infrastrukturelle Einrichtungen nur bei der Installation und Wartung benötigt. Dazu gehören die verkehrstechnische Anbindung zur Anlieferung der Anlagenteile sowie der Zugang zu den Anlagen für Wartungsarbeiten. Beides ist in der Regel gegeben.

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Nutzung der Sonnenenergie

Wie gut ist die Verfügbarkeit des Primärenergieträgers Sonnenenergie?

Uneingeschränkt!

Die Reserven sind uneingeschränkt. Nach menschlichem Ermessen ist der Primärenergieträger Sonne unerschöpflich. Die Verfügbarkeit der Sonnenenergie kann nicht durch ihre Nutzung eingeschränkt werden. Die politische Verfügbarkeit ist uneingeschränkt. Es besteht keine Abhängigkeit von Brennstoffimporten, da keine Brennstoffe verbraucht werden. Die eingestrahlte Solarenergie kann als heimischer, kostenloser Brennstoff angesehen werden.

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Installation von Solarmodulen

Wie sieht es mit der Verfügbarkeit der Technologie aus?

Ist verfügbar!

Die Technologie photovoltaischer Anlagen ist verfügbar. Die technische Entwicklung konzentriert sich weniger auf die Funktionsfähigkeit als auf folgende Punkte:

  • Erhöhung der energetischen Effizienz,
  • Reduktion der Herstellungskosten,
  • Steigerung der Lebensdauer der Einzelkomponenten,
  • Entwicklung der Dünnschicht-Solarzellen.

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Kontrolle vor der Inbetriebnahme einer Photovoltaikanlage

Wie hoch ist die technische Zuverlässigkeit?

Garantie bis 25 Jahre!

Eine der wesentlichen Eigenschaften der Photovoltaik ist, dass die Stromerzeugung ohne bewegliche Teile und damit ohne makroskopischen Verschleiß realisiert werden kann. Es verbleiben hauptsächlich die Einflüsse von Solarstrahlung und Witterung, gegen die aber Photovoltaikanlagen effektiv geschützt werden können. Ihre technische Zuverlässigkeit wird vielfach demonstriert und als hoch eingeordnet. Hersteller bieten Garantiezeiten von 25 Jahren an. Selbst der reguläre jährliche Leistungsverlust von Solarmodulen bleibt weit unter 0,5 %.

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Hoher CO2-Ausstoß bei Energiegewinnung durch phosile Brennstoffe im Gegensatz zur Photovoltaik

Wie groß ist die CO₂-Reduktion durch die Nutzung von Solarenergie?

Sehr groß!

Der Betrieb von Photovoltaikanlagen erfolgt ohne CO₂-Emission.
Lediglich bei der Herstellung der Komponenten werden über den Verbrauch von Elektrizität, Brennstoffen und nichtenergetischen Stoffen CO₂-Emissionen verursacht. Photovoltaikanlagen besitzen energetische Erntefaktoren größer als 1 (7 bis 20) und tragen somit zur CO₂-Reduktion bei.

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Photovoltaikanlage im Winter

Wie groß ist die Sabotageanfälligkeit?

Niedrig!

Die dezentrale Struktur der Photovoltaik-Stromerzeugung bedingt, dass nennenswerte Störungen der Elektrizitätsversorgung nicht durch die Sabotage einer Anlage erreicht werden können. Ebenfalls mindernd auf die Sabotageanfälligkeit wirkt sich die hohe Akzeptanz der Photovoltaik in der Bevölkerung aus. Module, die auf Dächern angebracht sind, besitzen außerdem keinen ungehinderten Zugang.

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Photovoltaikanlage von oben

Wie hoch sind die Abrisskosten?

Sehr Gering!

Da während des Betriebs von Photovoltaikanlagen keine Schadstoffe entstehen, die dazu führen, dass Komponenten oder Gebäude besonders entsorgt werden müssen, beschränken sich die Rückbaukosten auf die Demontage der Solargeneratoren und ggf. den Abriss von Betriebsgebäuden. In den meisten Fällen trägt sich der Rückbau über den Wert der kostbaren Materialien von Photovoltaikanlagen selbst.

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Grüner Strom durch die Photovoltaik

Welche Rolle spielt die Photovoltaik für die Energieversorgung?

Eine der Hauptrollen!

Die deutsche Bundesregierung hat sich dazu verpflichtet, bis 2045 Klimaneutralität zu erreichen. Natürlich wird dies nur zu erreichen sein, wenn die Energieerzeugung durch regenerative Methoden erfolgt.

Die Photovoltaik ist die Basisenergieerzeugung der Zukunft. Sie ist allein in der Lage den Weltenergiebedarf zu decken. Doch auch andere regenerative Energiequellen sollten intensiv genutzt werden.

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