Bei der Installation von Solar- und Windkraftanlagen geht es nicht nur um die Dezentralisierung der Energieversorgung, sondern vor allem um die Reduzierung von Treibhausgasemissionen. Doch ganz ohne Emissionen finden auch Solarmodule und Windgeneratoren nicht an den Ort ihrer Wirkung. Analysten des Beratungsinstituts Sphera Solutions in Leinfelden-Echterdingen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik (IBP) in Stuttgart haben im Auftrag des Umweltbundesamts berechnet, wie hoch einerseits die Klimaauswirkungen der Anlagen sind und wie schnell sie andrerseits die Energie, die in die Herstellung gesteckt wurde, wieder einspielen.
Geringe Emissionen der Solarkraftwerke
Die Ergebnisse sprechen eindeutig für den Umstieg auf Photovoltaik und Windkraft, wenn die Emissionen im Sektor Energieversorgung verringert werden sollen. Denn bei der Herstellung der Anlagen inklusive der Installation wird weniger CO2 ausgestoßen als von fossilen Kraftwerken allein während ihres Betriebs. So beträgt das CO2-Äquivalent pro Kilowattstunde Strom aus einer Solaranlage mit monokristallinen Solarmodulen zwischen 43 und 63 Gramm. Zum Vergleich: Ein Braunkohlekraftwerk emittiert für jede Kilowattstunde produzierten Stroms satte 1.140 Gramm CO2-Äquivalente. Ein Gaskraftwerk stößt zwar weniger CO2 aus. Doch liegt mit 490 Gramm CO2-Äquivalente pro Kilowattstunde die Emission noch mehr als zehn Mal höher als die Treibhausgasbelastung einer Solaranlage an einem guten Standort in Deutschland mit monokristallinen Modulen aus chinesischer Herstellung.
Module aus Europa senken die Belastung
Denn auch das haben die Analysen ergeben: Der Ort der Produktion der Komponenten spielt eine wichtige Rolle. So sinkt die CO2-Belastung ebendieser monokristallinen Anlage auf 32 Gramm CO2-Äquivalente, wenn die Komponenten – hier vor allem die Module – in Europa gefertigt werden und nicht noch aus China eingeschifft werden müssen. Ähnlich sieht die Situation bei polykristallinen Modulen aus. Anlagen, die mit solchen Paneelen aus europäischer Herstellung gebaut werden, belasten das Klima mit 29 Gramm CO2-Äquivalente pro Kilowattstunde produzierten Sonnenstroms. Kommen die Module aus Fernost, steigt die Belastung auf 36 bis 47 Gramm CO2-Äquivalente pro Kilowattstunde, liegt aber immer noch weit unter der Umweltauswirkung der Verbrennung von Gas oder sogar Braunkohle.
Dünnschicht mit besserer Bilanz
Aufgrund des geringeren Energiebedarfs bei der Herstellung kommen die Dünnschichttechnologien sogar noch mit weniger Emissionen aus. So belastet eine Anlage mit CIGS-Modulen aus europäischer Herstellung das Klima mit 24 Gramm CO2-Äquivalente pro Kilowattstunde erzeugten Stroms. Mit Modulen aus Fernost steigen die Emissionen unter anderem transportbedingt, aber auch aufgrund des unterschiedlichen Strommixes auf 33 Gramm CO2-Äquivalente pro Kilowattstunde. Anlagen mit Modulen, die mit Cadmium-Tellurid als Halbleitermaterial ausgestattet sind, bringen es sogar nur auf 16 Gramm CO2-Äquivalente pro Kilowattstunde. Kommen die Module aus den USA oder Malaysia, wo die größten Werke stehen, die diese Technologie herstellen, liegen die Emissionen bei 17 bis 20 CO2-Äquivalente pro Kilowattstunde.
Alle Komponenten und Installation einbezogen
Die Analysten habe für ihre Berechnungen die komplette Wertschöpfungskette einbezogen. Diese reicht bei den kristallinen Technologien vom metallischen Silizium über die Waferproduktion, die Zellherstellung, die Produktion und den Transport der Module bis hin zur Installation, der Wartung und dem Recycling der Anlage. Dabei haben sie auch die anderen Komponenten wie Unterkonstruktionen, Kabel und die Leistungselektronik mit einbezogen. Die Werte beziehen sich auf Dach- und Freiflächenanlagen mit optimaler Südausrichtung an einem guten Standort in Deutschland mit einer Sonneneinstrahlung von 1.200 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr. Die Lebensdauer der Anlagen haben sie mit 30 Jahren angesetzt. In dieser Zeit ist ein Wechselrichtertausch eingerechnet.
Mit verschiedenen Parametern gerechnet
Doch auch wenn die Bedingungen sich ändern, bleibt die Klimabelastung sehr gering. „Die Abweichungen zur Basisauswertung liegen über alle Parametervariationen in einem Bereich von etwa -8 Prozent bis +38 Prozent. Eine möglichst lange Anlagennutzung wirkt sich somit positiv auf das Ökobilanzergebnis der PV-Stromerzeugung aus. Die Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse haben gezeigt werden, dass die Treibhauspotenziale der PV-Stromerzeugung selbst im ungünstigen angenommenen Fall bei allen betrachteten PV-Technologien teilweise deutlich unterhalb von 100 Gramm CO2-Äquivalente pro Kilowattstunde liegen“, schreiben die Autoren der Studie mit Blick auf Abweichungen vom Basisszenario.
Windkraft mit geringsten Emissionsbelastungen
Eine noch geringere CO2-Belastung hat die Stromproduktion mit Windkraftanlagen – trotz des hohen Aufwands und der großen Menge an Material, die in eine solche Anlage fließen. Doch die höheren Stromerträge machen diesen Aufwand wieder wett. So liegen die herstellungs-, installations- und wartungsbedingten Emissionen so niedrig, dass der Strom, der mit einer Offshore-Windanlage produziert wird, mit 5,4 bis 11,8 Gramm CO2-Äquivalente pro Kilowattstunde zu Buch schlägt. An einem guten Windstandort an Land betragen die CO2-Äquivalente auf eine Kilowattstunde produzierten Strom gerechnet bei 6,1 bis 11,2 Gramm. An einem Ort mit schlechterem Windaufkommen liegen sie zwischen 5,2 und 15,6 CO2-Äquivalente pro Kilowattstunde.
Recycling mit eingerechnet
Auch hier haben die Analysten die gesamte Wertschöpfungskette betrachtet. Es sind nicht nur die Emissionen eingegangen, die während der Herstellung der Anlage anfallen, wobei diese aufgrund des hohen Metallanteils den größten Teil ausmachen. In die Berechnung ist auch der Transport der Komponenten und die Installation inklusive Fundament und Turm mit eingeflossen. Bei letzterem schlägt unter anderem der verwendete Beton kräftig zu Buche. Viel wird allerdings bei Recycling wieder herausgeholt. Denn die Metalle, die recycelt wieder in den Kreislauf einfließen, sparen an anderer Stelle wieder Emissionen ein.
Abhängigkeit vom Standort
Bei der Windkraft kommt es aber stärker auf die Rahmenbedingungen an als bei der Photovoltaik. Denn die Analysten haben auch Abweichungen vom Basisszenario unter anderem mit verschiedenen Laufzeiten und unterschiedlichen Volllaststunden berechnet. Unter viel besseren Bedingungen fallen pro Kilowattstunde Windstrom bis zu 51 Prozent weniger CO2-Äquivalente an. Sind die Bedingungen besonders schlecht, können die Emissionen aber auch um 61 Prozent über den Werten des Basisszenarios liegen. Sie betragen aber immer noch einen Bruchteil dessen, was ein Gas- oder Kohlekraftwerk allein im Betrieb emittiert.
Sie finden die gesamte Studie auf der Internetseite des Umweltbundesamtes zum kostenlosen Download.
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