Für Solarzellen bzw. Photovolatik entscheidet man sich ja neben finanziellen Förderungen (Einspeisevergütung usw.) auch aus Umweltschutzgesichtspunkten. Berücksichtigt man den Aufwand (und den Energieverbrauch) bei der Herstellung von Solarzellen, wie sieht dann eigentlich die Energiebilanz von Solarzellen aus?!
Solarzellen bestehen aus Sand?
Auf den ersten Blick mag das überraschen. Aber im Kern bestehen Solarzellen aus Sand – Quarzsand. Nach einer chemischen Reinigung und starker Erhitzung wird daraus reines Silizium.
Das kostet viel Energie; und zwar soviel, dass eine durschnittliche Solarzelle in Deutschland dafür später ganze 7 Monate Strom erzeugen muss, um diesen Energieanteil in der Energiebilanz auszugleichen.
Silizium-Waver
Doch dieses Silizium ist noch nicht ausreichend rein. Erst nach drei Tagen und 1.400 Grad Celcius ist das Silizium rein genug, um für die Solarzellen geeignet zu sein. Erst dann ist es so genanntes Solarsilizium.
Um die dünnen Siliziumplatten die dünnen Scheiden (Waver) zu schneiden, muss man durch das Schneiden der Blöcke einen Materialverlust von ca. 50% hinnehmen.
In der Energiebilanz wirkt sich das leider ziemlich negativ aus. Fast 13 weitere Monate müssen die Solarzellen Strom produzieren, um das auszugleichen. Das wären vom Sand bis zum Waver satte 20 Monate. Aber das war es noch nicht.
Solarzellen
Die Waver sind aber noch nicht fürs Sonnenlicht optimal verbereitet. Unter Reinraumbedingungen werden die Waver gereinigt, geätzt, Leitfähigkeit erhöht und mit der blauen Antireflexionsschicht überzogen. Dann sind die Solarzellen fertig. Hier arbeiten weit überwiegend nur Roboter. Das kostet Energie. Dennoch reichen nur 4 Monate Stromerzeugung zum Ausgleich dieser Energie.
In Summe also nun 2 Jahre.
Von Strings zum Solar-Modul
Nun setzt man ja aufs Dach keine einzelnen Zellen, sondern Module. Ein Solarmodul besteht aus 60 Solarzellen, die in sechs Strings (Reihen aus jeweils 10 Solarzellen) angeordnet sind. Diese Arbeit übernehmen wieder Roboter und Fließbänder.
Das macht nochmals 5 Monate, so dass in Summe 29 Monate zusammenkommen. Dazu kommen noch Montage, Installation mit weiteren fünf Monaten.
In Summe 34 Monate. Dazu kommen noch Demontage und Entsorgung für danach (3 Monate). Damit vergehen 37 Monate bei 30 Jahren Laufzeit bis die Energiebilanz der Solarzellen positiv wird.
Quelle und Tipp: Quarks
Sehr interessanter Artikel. Kürzlich habe ich mich mit dem Status der Erneuerbaren Energien weltwei befasst- Mehr dazu hier: http://www.michael-falkner.com/status-der-erneuerbaren-energien-weltweit.html
Augenwischerei. Der Bericht summiert nur die Energie, die tatsächlich in der Fertigung etc. verbraucht wird. Und auch die angegebenen Werte würde ich mal in Frage stellen, solange diese in Monaten Betriebsdauer statt in kWh angegeben sind. Was aber völlig unberücksichtigt bleibt: Die Herstellung findet heute fast ausschließlich in Schwellenländern statt, wo elektrischer Strom mittels Kohleverbrennung mit einem Wirkungsgrad von deutlich unter 20% erzeugt wird – oder auch mittels Kernenergie. Nehmen wir nur mal die Kohlekraftwerke mit 16.7% Wirkungsgrad an, bleiben wir bei der Energiebilanz in Monaten Betriebsdauer, so kommen wir auf der Natur entzogene bzw. als Summer von genutzter und verpuffter Energie auf das sechsfache der gewonnenen Leistung, also 228 Monate – 19 Jahre. Mit anderen Worten: Nach 19 Jahren hat die Solarzelle das an Strom produziert, was für ihre Herstellung insgesamt an Ökobelastung verbraten wurde. Das berücksichtigt aber noch nicht die gigantischen Ausschußraten in der Herstellung, die Frühausfälle (über die kein Beteiligter gerne redet) und die ganz simplen klimatischen Einflüsse wie Schnee, Verdreckung (= energie- und ökorelevante Pflege und Reinigung) und suboptimale Ausrichtung der Platten. Von den notwendigen Backup-Kapazitäten herkömmlicher Kraftwerke mal abgesehen. Mikroklimatische Einflüsse (Aufheizung von Oberflächen, Thermik) sind dabei noch völlig unerforscht, aber sicher auch in summa relevant.
Hallo,
ich habe da ein paar Fragen, die mich gerade bewegen. Neulich habe ich eine alte Folge von Fernsehkritiktv gesehen in dem die Schummeleien im ÖR bzgl. Eff. von Solarpaneln angeprangert wurden sind. Nun, wie sieht es denn hier damit aus?
Berücksichtigen die Rechnungen, dass a) nicht der ganze Tag zur Stromerzeugung und b) das ganze Jahr genutzt werden kann. Wie sieht es mit Leistungsabnahmen und nat./unnat. Verschmutzungen durch Natur und dem Mensch aus? Benötigte Leistungen bzgl. Transport der Panel/ Aluminiumunterbau. Ich meine, die Zahlen die häufig genannt werden gehen von Schönwetterregionen aus und nicht von Mitteleuropa.
Die bei Quarks&Co genannten Zahlen bzw. Monate zur Rückgewinnung der benötigten Energie sind in meinen Augen sehr Kritisch zu betrachten.
Zu beginn des Videos wird beispielsweise gesagt, der Sand müsse 3 Tage bei 1400 °C gebraten werden, um vorerst unreines Silizium zu erhalten.
Ohne die Energie-Verluste miteinzubeziehen, müssen demnach die 400kg-blöcke um 1400 °C erwärmt werden. Dies benötigt bei einer Spezifischen Wärme von 0,741 für Silizium 415.000 kWh.
Da bei der Auftrennung zu Wavern die Hälfte des Siliziums verloren geht, bleiben noch 200kg für die Erzeugung von Solarmodulen übrig.
Bei einer Abmessung von 0,05m*0,10m*0,001m und einer Spez. Dichte von 0,0000233, reichen 200 kg für ca. 16 666 Waver.
18 Waver zusammengeschaltet ergeben ein Modul mit einer Leistungsfähigkeit von 50 W -> 16 666 Waver erzeugen eine Leistung von 46 294 Watt. Das macht bei einer Stunde ca. 46 kWh.
Die benötigte Laufzeit zur Energierückgewinnung ist daher 415 000 kWh / 46 kWh = 9021 h.
Ein Jahr hat 8 760 h, das bedeutet, die Energie wird erst nach über 12 Monaten zurückgewonnen. Vorausgesetzt, die Sonne schiene 24 Stunden am Tag.
Realitätsnaher ist die Betrachtung einer tatsächlichen Sonnenzeit von ca. 900 h im Jahr. Dieser Wert entstammt Karten und Tabellen, die Grundlage für Rentabilitätsberechnungen in Freiburg dienen.
9021 h/ 900h = 10,33 Jahre. So lange wird benötigt, um alleine die den ersten Schritt der Siliziumgewinnung energetisch wieder einzuholen.
Des weiteren fallen viele weitere Schritte zur Fertigen PV-Module an, welche an Energiebedarf weit über dem einer einfachen Erhitzung liegen dürften. Zudem ist die Herstellung des Alurahmens und der Kupferleitungen Energietechnisch sehr aufwändig, da auch hier die Ressourcenförderung bedacht werden muss.
Hinzu kommt, dass die Module an Effizienz verlieren und spätestens nach 30 Jahren nicht mehr zu gebrauchen sind. Anschließend muss das PV-Modul wieder auseinander genommen und Recycelt werden.
Die Behauptung, Photovoltaik-Anlagen hätten eine positive Energiebilanz und zudem nach knapp 3 Jahren, ist in meinen Augen sehr unrealistisch.
Deine Rechnung ersetzt die Joule in der spezifischen Wärme von Silizium (0,7 J/kg K) durch Wattstunden. Richtig wäre: J=W*s. Die Rechnung überschätzt den Energieverbrauch des Erwärmens also die Zahl der Sekunden in der Stunde: 3600.
Vielleicht haben die Physiker bei Quarks und Co ja doch ihre Arbeit getan?
Wirklich interessant. Ich habe überlegt auf solar umzurüsten wegen all der Vorteile. Standard in der Gegend waren leider die Pelletsheizungen beim Bau. Danke für den tollen Artikel!