Einige Gedanken zu...

Eine Baustelle ist immer wieder ein wunderbarer Ort, an dem Theorie und Praxis zusammentreffen und, so ist zu hoffen, beide in Einklang sind. Was aber, wenn nicht?
Während einer Baustellenbesprechung wurden Vorbehalte gegenüber Photovoltaikanlagen geäussert, da die Entsorgung der Anlage nach Ablauf ihrer Betriebszeit angeblich problematisch sei. Nicht selten hört man auch, dass PV-Anlagen sehr viel Energie während des gesamten Lebenszyklus verbrauchen und bei weitem nicht so grün seien, wie in den Medien propagiert wird.

Wie nachhaltig sind Photovoltaik-Anlagen?

In diesem Blog möchte ich meine Gedanken und das Fazit meiner bescheidenen Recherche zu Recyclierbarkeit, energetische Amortisationszeit und CO2 Fussabdruck von PV-Anlagen zugänglich machen und vielleicht auch zu einem Gedankenaustausch anregen.

Änderungen von gesellschaftlichen Bedürfnissen und die Entwicklung von neuen Technologien schreiten auch im Bauwesen mit zunehmender Geschwindigkeit voran. Bei der Beratung der Bauherrschaft muss der Architekt zeitweise einen echten Spagat zwischen Neuem und Bewährtem vornehmen. Bei Fehlen von Langzeit-Erfahrungswerten, ist in der Regel eine gesunde Zurückhaltung und ein tieferer Blick in die Materie angezeigt; schliesslich möchte man echtes Potential von reinem Lobbying unterscheiden und nur nachhaltige Lösungen für den Bauherrn umsetzen.

Die Herstellung von Photovoltaikanlagen beruht derzeit auf verschiedene Technologien, für welche entsprechend unterschiedliche Materialien verwendet werden. Im Zusammenhang mit der Entsorgung von PV-Anlagen muss somit zunächst geklärt werden, welche Technologie eingesetzt wurde. 

Ich möchte vorwegnehmen, dass z.B. in hocheffizienten Anlagen tatsächlich auch umweltschädliche Materialien zum Einsatz kommen, jedoch beschränkt sich die Anwendung aufgrund deren Kostenintensität auf sehr spezifische Gebiete wie bspw. der Weltraumforschung.
Am weitaus häufigsten sind heute Photozellen auf Silizium-Basis vorzufinden, da sie derzeit über das beste Preis-Leistungsverhältnis verfügen. 
80-90% des Gewichtes solcher PV-Module bestehen aus Glas, Aluminiumrahmen und Kunststoffe machen 10-20% aus, der Halbleiter lediglich rund 2%. 

Die Verwertung von verbrauchten PV-Modulen ist zur Zeit noch sehr kostenintensiv und unrentabel, weshalb zahlreiche Staaten die Hersteller per Gesetz dazu zu verpflichten, die PV-Module nach Ablauf der Lebensdauer selbst wieder zu entsorgen. In Ländern mit grossem Absatz an PV-Anlagen sind jedoch bereits einzelne Firmen tätig, die sich auf die Entsorgung von PV-Modulen spezialisieren und sie erreichen bereits heute eine 95%-ige Recyclierbarkeit. In der Schweiz übernimmt diese Arbeit Firmen wie GVS Glas Verbund Schweiz AG und KWB Planreal AG.
Da ein solcher Markt, gemäss einer kürzlich veröffentlichten Studie, für 2030 auf ein weltweites Volumenpotential von 450 Mio. USD und per 2050 auf 15 Mia. USD geschätzt wird, dürfte eine Verpflichtung seitens der Behörden dereinst obsolet werden, weil ein beachtlicher Markt bestehen wird, der genügend ökonomische Anreize für eine marktwirtschaftliche Lösung bietet. Zudem weist eine PV-Anlage eine Lebensdauer von ca. 25+ Jahren auf, womit die Recyclierbarkeit bei Betriebsende aufgrund des technischen Fortschritts wahrscheinlich sogar über 95% liegen dürfte. Nebenbei erwähnt gilt Silizium selbst, welches aus Quartzsand gewonnen wird, als umweltverträglich in der Verarbeitung und Entsorgung (gemäss Stiftung Entsorgung Schweiz).

Die Frage stellt sich aber ohnehin, ob Silizium-basierte Technologien noch lange Standard bleiben werden. In der unten aufgeführten Übersicht („Best Research-Cell Efficiencies“, Stand Juli 2019, Herausgeber NREL (National Renewable Energy Laboratory)) sind die gängigsten Technologien aufgeführt, zusammen mit den entsprechenden Wirkungsgraden.
Silizium-basierte Technologien liegen beim Wirkungsgrad eher im Mittelfeld, mit einer stetigen, aber eher bescheidenen Verbesserung des Wirkungsgrades in den letzten Jahrzehnten. Vergleicht man diese mit der eindrücklichen Entwicklung der organischen Technologien, darf davon ausgegangen werden, dass in nicht allzu ferner Zukunft ein Wechsel des Standards bevorstehen dürfte.

Die energetische Amortisationszeit von Photovoltaikanlagen beträgt in Europa gemäss einer Studie der IEA (International Energy Agency; unter Schirmherrschaft der OECD), in Zusammenarbeit mit dem NREL derzeit rund 2.4 Jahre für Silizium-basierte Module und ca. 1.1 Jahre für Cadmium-Telluride-basierte Module; was bedeutet, dass die Photovoltaikanlage in diesem Zeitraum wieder gleichviel Energie hereinspielt, wie sie während ihres gesamten Lebenszyklus verbraucht. Berücksichtigt sind also die Herstellung der Anlage, ihr Transport, die Errichtung, Betrieb und der Rückbau bzw. Recycling. Heutige Photovoltaikanlagen liefern, bei einer Lebensdauer von 25+ Jahren, demnach während ihrer Betriebszeit mehr als das zehnfache der Energie, die während ihres Lebenszyklus aufgewendet wird.

Und wie steht es um den CO2 Fussabdruck von PV-Anlagen?
Die CO2-Emissionen von Photovoltaikanlagen liegen für Si-Module derzeit bei ca. 80 g CO2/kWh und 30 g CO2/kWh für CdTe basierte Module, Tendenz sinkend (zum Vergleich: der derzeitige CO2-Fussabdruck des durchschnittlich in der Schweiz verbrauchten Stroms liegt bei 110 g CO2/kWh, siehe hier). Neben der Photovoltaik bestehen gewiss CO2-freundlichere Wege der Energiegewinnung, bspw. schneidet Atomenergie bezüglich CO2-Ausstoss viel besser ab, hat aber bekanntlich andere Nachteile.
Sowohl die energetische Amortisationszeit wie auch die CO2-Emissionen werden laut der IEA-Studie im wahrscheinlichsten Szenario bis 2050 aufgrund von technologischem Fortschriftt auf die Hälfte reduziert; falls die heutigen PV-Module bis dahin nicht ohnehin mit organischen Modulen ersetzt wurden. 

Der Einsatz von Photovoltaik auf dem Dach von Herr und Frau Schweizer ist somit bereits heute unbedenklich und wird in Zukunft noch grüner sein.

Paul Tirziu

lic. oec. HSG / Architekt