Die nachhaltige Stromerzeugung aus Sonnenenergie ist in aller Munde. Doch was ist mit den Solarmodulen selbst? Sind sie wirklich umweltfreundlich oder belasten sie die Umwelt mehr, als bei anderen Stromerzeugungsmethoden?
In diesem Artikel gehen wir der Frage nach, ob Solarmodule umweltfreundlich sind oder nicht und betrachten dabei verschiedene Aspekte der Nachhaltigkeit.
Der Status Quo
Die Welt lebt von Elektrizität. Er wird von Kraftwerken erzeugt, die eine Vielzahl von Energiequellen nutzen, aber die häufigste Stromquelle ist Kohle.
Nach Angaben der World Coal Association werden über 41 Prozent der Kohle für die Stromerzeugung verwendet, was Kohle zu einer der am häufigsten genutzten Ressourcen für die Stromerzeugung macht. Die Erde ist auf fossile Brennstoffe angewiesen, da sie eine der am häufigsten genutzten Energiequellen sind.
Aber sie ist auch einer der Gründe, warum wir eine starke globale Erwärmung und Treibhauseffekte erleben. Wir brauchen unbedingt eine alternative Energiequelle zur Stromerzeugung, und die Nutzung von Solarenergie kann weit mehr als nur den Kohlenstoffausstoß reduzieren.
Obwohl die Sonne eine ergiebige Quelle für erneuerbare Energien ist, wird derzeit nur ein winziger Bruchteil ihres Potenzials ausgeschöpft. Die Photovoltaik (PV) hat sich als eine der vielversprechendsten Möglichkeiten erwiesen, diese riesige und weitgehend ungenutzte Ressource anzuzapfen.
Tipp
PV-Zellen wandeln Sonnenlicht in Strom um, und die jüngsten Entwicklungen auf diesem Gebiet haben zu erheblichen Verbesserungen bei Effizienz und Kosteneffizienz geführt.
Mit weiteren Fortschritten in der PV-Technologie ist es realistisch zu erwarten, dass Solaranlagen in den kommenden Jahren eine wichtige Rolle bei der Deckung des weltweiten Energiebedarfs spielen wird.
Es gibt noch zahlreiche Herausforderungen, die überwunden werden müssen, bevor die Solarenergie wirklich zu einer Hauptenergiequelle werden kann.
Eine der größten Herausforderungen ist die Skalierbarkeit: Solarzellen sind derzeit nur in der Lage, einen kleinen Teil der Sonnenenergie einzufangen, und es bedarf erheblicher technologischer Fortschritte, um ihre Effizienz zu steigern.
Außerdem ist die Solarenergie unstetig, d.h. sie ist nicht wie andere Energieformen rund um die Uhr verfügbar. Das bedeutet, dass die Solarenergie in bestehende Energiesysteme integriert werden muss, um rund um die Uhr zuverlässig Strom zu liefern.
Trotz dieser Herausforderungen gibt es Grund, optimistisch in die Zukunft der Solarenergie zu blicken.
Wenn weiterhin in Forschung und Entwicklung investiert wird, ist es wahrscheinlich, dass diese Hindernisse irgendwann überwunden werden und ein neues Zeitalter der sauberen, erneuerbaren Energie beginnt.
Was versteht man unter „nachhaltig“?
Es gibt verschiedene Definitionen von Nachhaltigkeit, aber die gängigste ist, die Bedürfnisse der heutigen Generation zu befriedigen, ohne die Fähigkeit zukünftiger Generationen zu gefährden, ihre eigenen Bedürfnisse zu befriedigen.
Mit anderen Worten: Bei der Nachhaltigkeit geht es darum, unsere aktuellen Bedürfnisse so zu befriedigen, dass die Ressourcen, die wir zur Befriedigung unserer zukünftigen Bedürfnisse benötigen, nicht beschädigt oder erschöpft werden.
Das mag wie eine gewaltige Aufgabe erscheinen, aber es gibt viele kleine Schritte, die wir alle unternehmen können, um uns in Richtung Nachhaltigkeit zu bewegen.
Wir können zum Beispiel unseren Energieverbrauch senken, indem wir recyceln und energieeffiziente Geräte verwenden. Wir können auch unseren Wasserverbrauch reduzieren, indem wir trockenheitsresistente Pflanzen pflanzen oder Duschköpfe mit niedrigem Durchfluss verwenden.
Mit diesen kleinen Veränderungen in unserem Alltag können wir eine große Wirkung auf unseren Planeten erzielen.
Bei der Nachhaltigkeit geht es jedoch um mehr als nur um den sparsamen Umgang mit Ressourcen – es geht auch darum, Systeme zu schaffen, die gegen Schocks und Stressfaktoren gewappnet sind.
Ein nachhaltiges Lebensmittelsystem wäre zum Beispiel eines, das Dürren, Überschwemmungen und andere Störungen überstehen kann und trotzdem genug Nahrung für alle liefert.
Ein nachhaltiges Verkehrssystem wäre ein System, das nicht durch Ölknappheit oder Unwetter gefährdet ist. Und eine nachhaltige Wirtschaft wäre eine, die nicht von fossilen Brennstoffen oder anderen nicht-erneuerbaren Ressourcen abhängig ist.
Letztendlich geht es bei der Nachhaltigkeit darum, eine Welt zu schaffen, die die Bedürfnisse aller Menschen befriedigt, ohne dabei den Planeten zu zerstören.
Das ist ein ehrgeiziges Ziel, aber es ist eines, das wir anstreben müssen, wenn wir künftigen Generationen eine lebenswerte Welt hinterlassen wollen.
Woraus werden Solarmodule hergestellt?
Der herkömmliche Prozess zur Herstellung eines Solarmoduls beginnt mit Quarz, einem weit verbreiteten Mineral, das auch in deinem Haus vorkommt (wenn du Granitarbeitsplatten hast)!
Forscherinnen und Forscher haben herausgefunden, dass dieses Mineral in reines Silizium umgewandelt werden kann, um es als Halbleiter in Solarzellen zur Stromerzeugung zu verwenden.
In der Vergangenheit haben Solarhersteller Quarz abgebaut, um das Silizium für ihre Solarzellen zu gewinnen. Beim Abbau von Quarzkristallen erkranken die Bergleute jedoch an Silikose, einer Lungenkrankheit, die durch das Einatmen von winzigen Siliziumdioxidpartikeln aus dem Erz verursacht wird.
Deshalb geht die Solarindustrie allmählich dazu über, Quarz abzubauen und quarzhaltigen Sand zu verwenden.
Sowohl quarzreicher Sand als auch abgebauter Quarz können zu demselben metallurgischen Silizium für Solarzellen verarbeitet werden. Sand ist jedoch eine reichlichere Ressource als abgebauter Quarz, was ihn für die Hersteller von Solarmodulen wirtschaftlich interessanter macht.
Außerdem birgt die Gewinnung von Silizium aus Sand nicht dieselben Gesundheitsrisiken für die Arbeiter/innen wie der Abbau von Quarz. Da die Solarindustrie weiter wächst, ist es wahrscheinlich, dass quarzhaltiger Sand die wichtigste Siliziumquelle für Solarmodule sein wird.
Der Herstellungsprozess
Die Herausforderung bei der Herstellung von Solarmodulen liegt in der Umwandlung von quarzhaltigem Sand in metallurgisch reines Silizium.
Um Licht einfangen zu können, muss der quarzreiche Sand zunächst in Polysilizium umgewandelt werden – eine andere Form von Silizium mit einer anderen atomaren Struktur.
Bei der chemischen Reaktion, durch die Polysilizium entsteht, wird ein Nebenprodukt namens Siliziumtetrachlorid produziert.
Wenn es nicht ordnungsgemäß entsorgt wird, kann diese neue Chemikalie den Boden versauern und schädliche Dämpfe freisetzen.
Zum Glück haben Wissenschaftler herausgefunden, wie man Siliziumtetrachlorid wieder in Polysilizium zurückverwandeln und für die Produktion von noch mehr Solarzellen verwenden kann!
Dennoch arbeiten Forscherinnen und Forscher ständig daran, diesen Prozess zu verbessern und noch nachhaltiger zu machen.
Sie arbeiten zum Beispiel an der Entwicklung eines Verfahrens, bei dem kein Siliziumtetrachlorid als Nebenprodukt anfällt. Dann müsste es nicht mehr zu Polysilizium recycelt werden und könnte dazu beitragen, dass die Herstellung von Solarzellen noch effizienter und umweltfreundlicher wird.
Alternative Herstellungsverfahren
Während sowohl die Verwendung von Flusssäure als auch von Cadmium durch neue Technologien und behördliche Maßnahmen in Angriff genommen wird, wird die Zukunft der Solarmodule wahrscheinlich einen Wechsel zu sichereren Chemikalien mit sich bringen.
So haben Forscher herausgefunden, dass Natriumhydroxid (NaOH), eine sicherere und einfacher zu verwendende Alternative, anstelle von Flusssäure verwendet werden kann. Und da Cadmium für Pflanzen, Tiere und Mikroorganismen giftig ist, sind einige Hersteller stattdessen auf das harmlose Zinksulfid umgestiegen.
Auch wenn es Chemikalien schon seit den Anfängen der Solarbranche gibt, besteht der allgemeine Trend für Regulierungsbehörden und Forscher darin, zunächst bessere Möglichkeiten zur Entsorgung dieser Chemikalien zu finden, bevor untersucht wird, ob es Ersatzstoffe gibt, die stattdessen verwendet werden können.
Auf diese Weise kann die Solarbranche weiter wachsen und gleichzeitig die Umwelt vor schädlichen Chemikalien schützen.
Wie steht es um den ökologischen Fußabdruck bei Solaranlagen?
Ein weit verbreiteter Irrglaube über Solarenergie ist, dass für die Herstellung von Solarmodulen mehr Energie benötigt wird, als die Module in ihrer Lebenszeit erzeugen können.
Das ist jedoch nicht der Fall.
In der Solarbranche gibt es eine Kennzahl namens Energy Payback Time (EPBT), die angibt, wie lange es dauert, bis ein Solarmodul die gleiche Energiemenge erzeugt, wie es zu seiner Herstellung gebraucht hat.
Nach Angaben des US-Energieministeriums benötigen Multikristalline-Silizium-Systeme (d.h. Solarmodule) derzeit 4 Jahre, um die EPBT zu erreichen.
Da Solarmodule 20 bis 30 Jahre halten, bedeutet dies, dass der Nettoenergieertrag dieser Module weitaus größer ist als die Energiemenge, die zu ihrer Herstellung benötigt wird.
Außerdem wird das Herstellungsverfahren für Solarmodule immer effizienter, so dass der EPBT für zukünftige Generationen von Modulen weiter sinken wird.
Daher sind Solaranlagen eine sehr nachhaltige Form der Energieerzeugung, die einen erheblichen Einfluss auf die Eindämmung des Klimawandels haben kann.
Wie äußere Umstände das Ergebnis beeinflussen
Solaranlagen sind eine großartige Möglichkeit, um nachhaltig Strom zu erzeugen.
Sie sind auf das Sonnenlicht angewiesen, um Energie zu erzeugen, und je mehr Sonnenlicht auf sie fällt, desto mehr Strom erzeugen sie.
Allerdings kann der Schatten von Bäumen oder Gebäuden in der Nähe die erzeugte Strommenge verringern, ebenso wie eine Schneedecke im Winter.
Solarmodule arbeiten außerdem am effizientesten, wenn das Sonnenlicht in einem Winkel von 90° auf sie trifft.
Deshalb werden Solarmodule manchmal nach Süden geneigt (in der nördlichen Hemisphäre). Der Grad der Neigung bestimmt, für welchen Teil des Jahres die Solarmodule optimiert sind: Je größer die Neigung, desto mehr sind die Module für die Produktion im Herbst, Frühling und Winter optimiert, wenn die Sonne tief am Himmel steht.
Um gut zu funktionieren, brauchen Solarstromanlagen die meiste Zeit des Jahres während der meisten Tageslichtstunden ungehindertes Sonnenlicht.
Vor- und Nachteile von Solaranlagen
Photovoltaik-Solaranlagen haben viele Vorteile gegenüber anderen erneuerbaren Energiequellen.
Sie sind in der Regel zuverlässig und erfordern wenig Wartung. Außerdem sind sie leise und weniger störend als andere erneuerbare Energiequellen wie z.B. Windkraftanlagen.
PV-Anlagen können so konzipiert werden, dass sie eine Vielzahl von elektrischen Anforderungen erfüllen. An Orten, an denen es noch keine Stromversorgung gibt, kann eine netzunabhängige Solaranlage kostengünstiger sein als die Verlegung von Stromleitungen.
Ein Nachteil von Solarmodulen ist, dass sie hohe Anschaffungskosten haben.
Diese Kosten werden jedoch oft durch staatliche Anreize und die langfristigen Einsparungen bei den Stromrechnungen ausgeglichen.
Ein weiterer Nachteil ist, dass Solarenergie eine variable Energiequelle ist.
Nachts oder bei dichter Bewölkung können Solarmodule keinen Strom erzeugen.
Dank der Fortschritte in der Batterietechnologie ist es jedoch möglich, überschüssige Solarenergie zu speichern, um sie in diesen Zeiten zu nutzen.
Tipp
Insgesamt sind Photovoltaikanlagen eine nachhaltige und kostengünstige Möglichkeit, erneuerbare Energie zu erzeugen.
Fazit: Sind Solaranlagen wirklich umweltfreundlich?
Solaranlagen gelten gemeinhin als umweltfreundlich, da sie Sonnenenergie nutzen, um Elektrizität zu erzeugen.
Allerdings gibt es auch viele Faktoren zu berücksichtigen, bevor man diese Aussage treffen kann.
Zunächst ist da die Herstellung von Solaranlagen selbst.
Die Produktion von Solarzellen und -modulen benötigt viel Energie und verursacht natürlich auch CO2-Emissionen.
Außerdem fallen bei der Produktion von Solarmodulen auch noch umweltbelastende Substanzen an, auch wenn sich das durch moderne Herstellungsverfahren verbessern wird.
All diese Aspekte zusammengenommen lässt sich die Frage nach der Nachhaltigkeit von Solaranlagen schwer beantworten.
Fest steht jedoch: Im Vergleich zu anderen Stromerzeugungsmethoden wie Kohle- oder Atomkraftwerken sind Solaranlagen umweltfreundlicher. Sie produzieren keine Schadstoffe und haben einen geringeren Energiebedarf.
Zudem ist die Energy-Payback-Time vergleichsweise schnell erreicht.
Also, worauf wartest du noch? Was hält dich von einer Installation einer Solaranlage ab?
Hole dir noch heute ein unverbindliches und maßgeschneidertes Angebot ein!
Quellen
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959652619311849
https://www.nrel.gov/pv/sustainability.html
https://chariotenergy.com/blog/how-environmentally-friendly-is-solar-power/
