PHOTOVOLTAIK & BATTERIESPEICHER
PHOTOVOLTAIK ZUR ENERGIEVERSORGUNG
Globale klimatische Veränderungen
Dringender Handlungsbedarf
Die Geschichte der Photovoltaik
Umdenken
Staatliche Unterstützung
So funktioniert Photovoltaik
Solare Strahlung
Vom Quarzsand zum fertigen Modul
Silizium als Rohstoff
Funktion einer Solarzelle
Modulfertigung
Solarstrom und Umweltbilanz
Emissionserzeugung (CO2)
Flächenverbrauch
Entsorgung von PV-Modulen
Batteriespeicher
DIE RAHMENBEDINGUNGEN
Welchen Strombedarf kann man decken?
Flächenbedarf der Anlage
Was geht? Nutzbare Flächen und Generatorausrichtung
Ertragserwartung – erzeugte Strommenge einer PV-Anlage
Solare Strahlung
Anlagennennleistung
Spezifischer Ertrag
Performance Ratio
Energiefluss und Verluste einer PV-Anlage
Ertragsprognosen
Installation beim Hausneubau oder Nachrüstung
Nutzungsmöglichkeiten von PV-Strom
Baurecht und Netzzugang
Baugenehmigung
Genehmigung durch den Energieversorger
Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)
Notwendigkeit des Ausgleichs
EEG – Rechte und Pflichten für Anlagenbetreiber
Mieterstromzuschlag
Netzanschluss
EEG-Umlage
STAND DER TECHNIK
Solare Anwendungsformen
Solarzellen/-module
Dünnschichtmodule
Kristalline Module
Modulqualität
Garantien
Reihen- und Parallelschaltung
Verschattungen
Verschmutzung
Fehlerhafte Verschaltung
Intelligente Wechselrichter nach Bedarf
Wirkungsgrad
Modulwechselrichter
Montagesysteme und Verkabelung
Gebäudestatik
Systemstatik
Asbestdächer
Gleichstromverkabelung
Netzanschluss und Einspeisung
Überwachung und Smart Meter
Vergleichsanlagen
Anlagenüberwachung – Monitoring – Fehlererkennung
Smart Meter
Schutzmaßnahmen gegen Blitz und Überspannung
Erhöhtes Risiko?
Überspannungsschutz – Installation
Speichertechnik
Begrifflichkeiten
Stromspeicherarten
Systemtechnik
Nutzbare Speicherkapazität – Effizienz von Speichersystemen
Aufstellungsräume
Netzanschluss
Cloudlösungen
Elektromobilität
Rechtliche Rahmenbedingungen
Technische Anforderungen
Laden mit PV-Überschuss
Einbindung in stationären Stromspeicher
Anforderungen an das Messkonzept
Netzanschlussbedingungen
Förderungen
Heizen mit Strom
Warmwasserbereitung
Vergleich – Photovoltaik und Heizen mit Solarthermie
Stecker-Solargeräte
Rechtliche Rahmenbedingungen
Technische Ausführung
Platzierung der Module
Förderungen
LOHNT SICH DIE PHOTOVOLTAIKANLAGE?
Kosten – Finanzierung – Wirtschaftlichkeit
Marktlage – Systempreise
Finanzierung
Einspeisevergütung – Eigenstromverbrauch
Speicher
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung – jetzt oder später?
Förderungen
Eigenstromverbrauch im EEG-Recht
Alternative / ergänzende Eigenstromoptimierungen
Betreibermodelle – Wirtschaftlichkeit
Netz-Volleinspeisung
PV-Eigenversorgung mit Überschusseinspeisung
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
Photovoltaik ohne EEG-Vergütung
PV-Miete (PV-Pacht)
MONTAGE UND ANSCHLUSS DER PV-ANLAGE
Angebote einholen und vergleichen
Keine Augenwischerei
Zahlungsbedingungen
Was ist wichtig bei der Beauftragung?
Fachkundige Abnahme
Inbetriebnahme
Voraussetzungen für die Inbetriebnahme
Fertigstellungsmeldung und Antrag auf Inbetriebnahme
Prüfungen vor der erstmaligen Inbetriebnahme
Inbetriebsetzung
Anlagendokumentation
Inhalt der Dokumentation
Dokumentation der Inspektion und Wartung
Meldung Marktstammdatenregister
BETRIEB VON PHOTOVOLTAIKANLAGEN
Ertragserwartung und Ertragsmessung
Einstrahlung
Schnee
Anlagenausfälle/Wartung
Ertragsmessungen
Regelmäßige Wartung und Prüfung
Allgemeine Bedeutung von Prüfungen
Prüfpflicht – Prüffristen
Brandschutz
Einsatz von Feuerwehren
Unfallvermeidung
Gewährleistungen und Garantien
Der feine Unterschied mit großer Wirkung
Gewährleistung
Kaufvertrag oder Werkvertrag?
Unternehmer und/oder Verbraucher?
Gewährleistungs- und Garantiekette
Gerichtliche Verfahren
Fehler und Mängel an Photovoltaikanlagen
Mängel: Ursache und Wirkung
Anlagenreinigung
Verschmutzungen
Schneeräumung
Versicherung
Montageversicherung
Photovoltaik-/ Allgefahrenversicherung
Betreiberhaftpflichtversicherung
Ertragsausfallversicherung
Besonderheiten bei Wohngebäudeversicherung
Klauseln
Schadensfall und -abwicklung
Verantwortung und Haftung des Installateurs
Regress
Versicherungsausschluss
Vertragswechsel, Kündigung, Anpassung
Steuern und Finanzamt
Unternehmerische Tätigkeit
Besteuerung von Eigenverbrauch
Abschreibung
Abgabe Umsatzsteuervoranmeldung
Abgabe der Einkommensteuererklärung
Einkommensteuervorauszahlung
Gewerbesteuer
Aufzeichnungspflichten und Steuererklärung
Steuerabzug bei Bauleistungen – Bauabzugsteuer
Einkommensteuer
Steueroptimierungen
SERVICE
Adressen
Stichwortverzeichnis
Aus den Erfahrungen der Wetterextreme der letzten Jahre hat sich bei vielen das Bewusstsein entwickelt, dass es zu erheblichen unabsehbaren Auswirkungen kommen wird, sollte sich unser Verhalten nicht ändern. Bereits heute führen die deutlich spürbaren Veränderungen im Weltklima zu ausgedehnten Naturkatastrophen in Form von Dürreperioden, Starkregenfällen mit Überschwemmungen, vermehrten Sturmereignissen und Waldbränden. Die Gletscher- und Eisschmelzen an den Erdpolen haben sich extrem beschleunigt. Dies hat Folgen für das Süßwasserangebot sowie den klimatischen Wetterverlauf, der vom Temperaturunterschied der Pole zu den Tropen abhängt.
Anlässlich des G20-Gipfels im Juli 2017 in Hamburg haben Klimaexpertinnen und -experten wichtige Forschungsergebnisse zum Klimawandel zusammengefasst:
Wind- und Sonnenenergie als gewichtige Faktoren der erneuerbaren Energien
Die Luft an der Erdoberfläche hat sich deutlich erwärmt.
Die Erwärmung der Ozeane gestaltet sich ebenso deutlich.
Der Meeresspiegel steigt.
Der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre wird zusehends größer.
Die Ozeane versauern.
Grönland verliert massive Eismengen.
Gletscher und Schnee befinden sich in einem Prozess des Schwindens.
Das Meereis rund um den Nordpol nimmt kontinuierlich ab.
Die aufgeführten Fakten sind wissenschaftlich bekannt, führen in der politischen Auseinandersetzung aber zumeist zu Kontroversen, insbesondere wenn es darum geht, die Notwendigkeiten des Klimaschutzes mit den wirtschaftlichen Interessen in Einklang zu bringen.
Andererseits sind die auf der Erde noch vorhandenen fossilen Energiestoffe endlich. Bereits seit längerer Zeit führen geopolitische Einflüsse zur Sicherung der letzten Rohstoffreserven auf dieser Erde zu Krisen, Kriegen und Abhängigkeiten, die auch in Europa zu spüren sind. Mit der Abnahme der fossilen Energieträger steigt umgekehrt proportional der weltweite Energiebedarf, vor allem in den bevölkerungsreichsten Teilen dieser Erde in Asien und Afrika.
Aus diesen Gründen ist seit Längerem ein Umdenken in der Energieversorgung wahrnehmbar. Einen elementaren Faktor hierbei bilden erneuerbare Energiequellen. Neben Wasserkraft, Biomasse und Windenergie ist die Photovoltaik in den letzten zwei Jahrzehnten zu einem wichtigen Bindeglied bei der Energieversorgung mit CO2-armer beziehungsweise CO2-freier Emission geworden.
Das mögliche Potenzial in Deutschland für die Installation von Photovoltaik beträgt bei den vorhandenen Dach- und Fassaden- sowie brachliegenden Bodenflächen mehr als 1 000 Gigawatt (GW). Damit ließen sich pro Jahr mehr als 1 000 Terawattstunden (TWh) elektrischer Energie produzieren – und damit weit mehr als der derzeitige deutsche Strombedarf. Wollte man den gesamten derzeitigen Primärenergiebedarf Deutschlands mit Photovoltaik decken, würde dafür eine Fläche von etwa 5 Prozent der Fläche Deutschlands benötigt.
Problematisch hierbei ist jedoch, dass die PV-Energie in Deutschland nicht konstant zur Verfügung steht. Jahreszeitliche und im Tagesverlauf stark schwankende Erzeugungen, welche von der Sonneneinstrahlung abhängen, machen eine alleinige direkte Nutzung des aktuell erzeugten PV-Stromes nicht möglich. Selbst der Einbezug einer erforderlichen Speicherkapazität wäre hierbei unrealistisch, sodass ein Energiesystem, das ausschließlich auf Solarstrom basierte, nicht zielführend ist. Für eine vollständig regenerative Energieversorgung ist in Deutschland daher ein Mix verschiedener erneuerbarer Energien erforderlich, wobei die größten Potenziale bei der Windenergie liegen, gefolgt von der Photovoltaik.
Die Photovoltaik bietet aber gerade für Einzelnutzer die Möglichkeit einer dezentralisierten und in manchen Fällen auch weitgehend autarken Energieversorgung. Daher ist diese Energieerzeugungsform ein spannendes Umfeld mit weiterem Entwicklungspotenzial und einer Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten.
Schwebt einem die Kraft der Sonne vor, dann denkt man insbesondere an deren Wärmestrahlung. Somit ist diese eng mit der solaren Energiegewinnung verbunden, welche in Form von Solarkollektoren beispielsweise zur Erzeugung von Warmwasser benutzt werden. Die Erzeugung von Strom aus warmen Lichtstrahlen indes liegt in der Vorstellung etwas fern. Bei der Stromerzeugung kommt es weniger auf die Wärme an, sondern allein auf das Licht.
Grundlage der Photovoltaik (PV) bilden bestimmte Materialien, welche in einer speziellen funktionellen Zusammensetzung in der Lage sind, einfallendes Licht direkt in Strom umzuwandeln. Diese Umwandlung nennt man den Photovoltaischen Effekt. Der Begriff leitet sich aus dem griechischen Wort für Licht (im Genitiv: photos) sowie aus der Einheit für die elektrische Spannung, dem Volt (nach Alessandro Volta) ab. Den hierbei entstehenden Effekt der Lichtumwandlung in elektrische Energie hat der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel im Jahre 1839 entdeckt. Im Zuge der weiteren Erforschung – insbesondere durch Albert Einstein mit seiner 1921 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichneten und bereits 1905 erschienenen Lichtquantentheorie – war es 1954 gelungen, die ersten Siliziumsolarzellen zu produzieren – wenn auch noch mit einem geringen Wirkungsgrad von rund 6 Prozent. Möglich wurde dies unter anderem durch die Verfügbarkeit hochreinen Siliziums. Hieraus ergaben sich 1955 die ersten technischen Anwendungen für die Stromversorgung von Telefonverstärkern. Eine weitere Nutzung der Photovoltaik folgte für Belichtungsmesser in der Fotografie.
Satellit im All mit großen Solarflügeln
Seit Ende der 1950er-Jahre werden Photovoltaikzellen in der Satellitentechnik verwendet. Gerade die Raumfahrt erbrachte durch die durch sie gestiegene Nachfrage insbesondere in den 1960-er und 1970-er-Jahren erhebliche Fortschritte in der Entwicklung und Anwendung von Solarzellen.
Industrielle und weitreichendere Anwendungen der Photovoltaik wurden aufgrund der hohen Kosten zur damaligen Zeit als völlige Illusion betrachtet. Dennoch erkannte man den Vorteil seitens der Wissenschaft, weshalb entsprechende Entwicklungen daher nie eingestellt wurden. Das Ergebnis weiterer, zumindest noch stromnetzunabhängiger Anwendungen, fand sich in den 1970-er-Jahren mit kleinen Zellen bei Taschenrechnern und Uhren, welche damals aber fast noch Luxusartikel waren.
Ein Umdenken in der Energieerzeugung setzte spätestens durch die Nuklearunfälle von Harrisburg und Tschernobyl ein. Seit Ende der 1980er-Jahre wurde die Photovoltaik in den USA, Japan und Deutschland intensiv erforscht und in diese Technik insbesondere zur Effizienzverbesserung investiert. Die ersten industriellen Fertigungen von Solarzellen und -modulen begannen in Deutschland mit kleinen Serien für die Energieversorgung von Satelliten.
Die private Anwendung selbst blieb eher Enthusiasten vorbehalten. Später kamen in vielen Staaten finanzielle Förderungen hinzu, um den Markt anzukurbeln und die Technik mittels einer erhöhten Nachfrage zu verbilligen, so auch in Deutschland. In der konventionellen Anwendung für andere Nutzer oder Verbraucher ergaben sich in Deutschland aber vorerst nur geförderte Demonstrationsprojekte sowie Inselanlagen. Die Marktförderung begann 1990 mit dem „1 000-Dächer-Programm“, bei dem eine begrenzte Anzahl netzeinspeisender PV-Anlagen finanziell gefördert wurde.
Auf das Auslaufen dieses Programms folgte nach kurzer Unterbrechung 1999 das „100 000-Dächer-Programm“. Beide Programme zielten auf eine günstige Finanzierung über die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW, heute KfW Bankengruppe) ab. Zudem wurde den Nutzern von PV-Anlagen ein gesetzliches Vorrecht eingeräumt, den Strom ins öffentliche Netz einzuspeisen und hierfür eine Vergütung zu erhalten.
Eine entscheidende Wende für die Entwicklung der Photovoltaik in Deutschland brachte die Einführung einer Marktförderung in Form des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) im Jahr 2 000. Dabei gab es neben dem 100 000-Dächer-Programm und dem gesetzlichen Vorrecht auf Netzeinspeisung nunmehr erstmalig eine weitgehend einheitliche gesetzlich garantierte Vergütung für alle PV-Anlagen, egal ob auf einem Gebäude oder auf freiem Feld. Durch diese vom Gesetzgeber initiierte Vergütungsregelung war zum einen eine kalkulatorisch fundierte Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für den Betrieb von PV-Anlagen möglich, welche eine weitgehend gesicherte Investition einer zumindest damals noch sehr kostspieligen Technik ergab. Der sich dynamisch entwickelnde Markt brachte eine sich langsam entwickelnde Kosteneffizienz bei der Herstellung von PV-Modulen und ein allmählich sinkendes Preisgefüge mit sich. Hierin bestand letztendlich das Ziel des Erneuerbare-Energien-Gesetzes, welches dem mit einer jährlich stetigen Verringerung der Einspeisevergütung Vorschub leistete und der preislichen Entwicklung Rechnung trug.
Gleichzeitig rückte der Eigenverbrauch in den Fokus. Es sollten hierbei Anreize geschaffen werden, Strom direkt vor Ort selbst zu verbrauchen, um die Netzkapazitäten zu schonen. Mittlerweile hatten auch die europäischen Nachbarländer das EEG „kopiert“ und starteten ebenfalls eine große Nachfrage für PV-Anlagen.
Ab 2012 gab es dann trotz des 2011 anlässlich des Reaktorunfalles in Fukushima beschlossenen Ausstiegs aus der Atomstromerzeugung einschneidende Veränderungen in der Vergütung mit dem politischen Ziel, den Zubau erheblich zu bremsen. Es gab gleich mehrere, unterjährig abgestufte Kürzungen der Einspeisevergütung sowie eine nunmehr monatliche Degression der Vergütung – mit der Folge, dass der Zubau ab 2013 erheblich zurückgegangen ist.
Weitere Einschränkungen mit der Novellierung im Jahr 2014 und der aktuell noch gültigen Novellierung des EEG aus dem Jahr 2017 folgten. Zudem wurde mit dem EEG 2017 eine Förderobergrenze von 52 Gigawatt (GW) beschlossen, die als „Solardeckel“ bekannt wurde. Hiermit ist geregelt, dass für Solaranlagen kein Vergütungsanspruch nach dem EEG besteht, wenn deutschlandweit das Gesamtausbauziel von 52 GW installierter Leistung von Solaranlagen überschritten worden ist. Das Ausbauziel wäre somit etwa Mitte 2020 erreicht worden.
Heftige politische Diskussionen anno 2020 gingen mit den von der Politik selbst gesteckten Klimazielen aus dem Paris-Abkommen sowie einem gesetzlich geregelten Kohleausstieg einher und führten schließlich zur Abschaffung des Solardeckels.
Installierte PV-Leistung in Deutschland (1996–2019)
Gleichzeitig wurde Ende 2020 eine weitere Novellierung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) beschlossen, welche ab Januar 2021 in Kraft trat. Trotz der ambitionierten Ziele der Politik war die neue Gesetzesgestaltung nur halbherzig. Das gesteckte Ziel, bis 2030 eine Versorgung mit 65 Prozent aus erneuerbaren Energien sicherzustellen, gilt als zu gering, zumal wenn man bedenkt, dass in Europa bereits rund 50 Prozent des Stroms aus erneuerbaren Energien produziert werden. Im Gesetz wird mit einer Stromverbrauchsannahme von konstant 580 Terawattstunden (TWh) bis 2030 gerechnet, obgleich bekannt ist, dass der Energieverbrauch konstant steigt und insbesondere die ebenfalls mit einem Zielkorridor versehene Elektromobilität zu einem erhöhten Stromverbrauch beitragen wird. Darüber hinaus vermochte es der Gesetzgeber nicht, das EEG zu vereinfachen. Die gesetzliche Komplexität und die hieraus entstehende Bürokratie bei bestimmten Betreibermodellen führen weiterhin zu Unsicherheiten bei neuen Investoren und bremsen somit einen ambitionierten Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland.
In Deutschland werden aktuell schätzungsweise etwa 2 Millionen PV-Anlagen mit einer Gesamtleistung von rund 53 Gigawatt-Peak betrieben. Dazu kommen etwa 230 000 Speichersysteme (nach Hochrechnungen des Bundesverbandes Solarwirtschaft (BSW) für Anfang des Jahres 2021). Allein 2019 konnten mit Photovoltaik über 30 Millionen Tonnen klimaschädliches CO2 vermieden werden. Der Stromanteil der PV lag hier bei rund 8 Prozent. Trotz der einschneidenden Veränderungen bei der gesetzlichen Einspeisevergütung sowie den von der Politik vorgenommenen Regulierungen scheint der Zubau weiterhin ungebrochen, wenn aktuell auch nicht mehr mit den großen „Auswüchsen“ wie noch vor rund zehn Jahren. Dabei spielt die Einspeisevergütung bereits seit längerer Zeit nicht mehr die entscheidende Rolle, denn viele Großanlagen werden bereits ausschließlich mit direkter Stromvermarktung betrieben.
Stromversorgung ohne Netzanschluss, hier am Beispiel eines Parkautomaten, rechts: Die großen Dächer von Industriebetrieben bieten Fläche für den Bau von Photovoltaikanlagen.
Von der ursprünglichen Vergütung von etwas mehr als 50 Cent pro Kilowattstunde aus dem Jahr 2000 sind nach 20 Jahren EEG aktuell für Kleinanlagen nur noch etwa 8 ct/kWh übrig geblieben (Tendenz weiter leicht fallend). Auf der anderen Seite haben sich die Kosten einer PV-Anlage im gleichen Zeitraum um etwa 70 bis 80 Prozent verringert.
Unter dem Aspekt der geringeren staatlichen Förderung ist die Photovoltaik nicht weniger interessant geworden – im Gegenteil:
Steigende Strompreise einerseits und
Möglichkeiten der Eigenverbrauchsoptimierung bei PV-Anlagen andererseits führen zu vielfältigen effizienten und wirtschaftlichen Betriebssystemen.
Die Entwicklung effizienter und auf den Haushalt sowie Industrieanwendungen abgestimmter Energiespeicher ermöglicht unter Einsparung von Strombezugskosten eine weitere nachhaltige sowie wirtschaftliche Nutzung beim Bau neuer PV-Anlagen.
Zur breiten Markteinführung sowie als Kaufanreiz für Stromspeicher wurde von der Bundesregierung ähnlich wie bei der Photovoltaik ein Förderprogramm geschaffen. Ein wesentliches Ziel der Förderprogramme ist es, die Investition in dezentrale Batteriespeichersysteme anzureizen und somit zur Kostensenkung und weiteren technologischen Entwicklung der Systeme beizutragen. Die Förderung lieferte durch zinsgünstige Kredite und Tilgungszuschüsse einen finanziellen Anreiz für PV-Anlagenbetreiber, da die Wirtschaftlichkeit von PV-Speichern zumindest in der Anfangszeit ohne Unterstützung häufig noch nicht gegeben ist.
Durch die Verschärfung der technischen Anforderungen wurde darüber hinaus ein stärkerer Fokus auf die Systemdienlichkeit und Nachhaltigkeit der geförderten Anlagenkomponenten gelegt. Nach Auslaufen der zeitlich befristeten bundesweiten Förderungen stehen aktuell nur noch in einigen Bundesländern entsprechende Förderprogramme zur Verfügung.
Vielfältige Anwendungen der Photovoltaik, von der Stromversorgung ohne Netzanschluss bis zu großen Photovoltaikkraftwerken
Auch ohne Speicher bietet die Photovoltaik bereits eine sinnvolle und wirtschaftliche Einbindung des Eigenstromverbrauchs. Dies wird auch zukünftig so sein, weshalb sich die Photovoltaik einen sicheren Marktplatz geschaffen hat. Die heutzutage häufig gestellte Frage vieler Interessierter: „Rentiert sich Photovoltaik eigentlich noch?“, kann daher, wie in den weiteren Ausführungen dieses Buches noch zu entnehmen ist, vollumfänglich mit „Ja“ beantwortet werden.
Wenn das Ziel der Politik, den CO2-Ausstoß bis 2030 um 55 Prozent zu verringern, erreicht werden soll, wird es zwangsläufig erforderlich werden, den Anteil der erneuerbaren Energien deutlich zu erhöhen. Photovoltaik bietet hierbei eine attraktive Möglichkeit, sich an der regenerativen und umweltschonenden Stromerzeugung und deren Nutzung zu beteiligen.
Licht liefert Energie. Dies ist bereits seit Millionen von Jahren so.
Pflanzen nutzen dies in Form der Photosynthese und der daraus entstehenden Energie zum Wachsen. In ihrer natürlichen Umgebung sorgen der Lauf der Sonne und die jahreszeitlich bedingte Einstrahlungsdauer und -intensität des Sonnenlichts dafür, dass Pflanzen stets mit ausreichend Licht versorgt werden. Unsere natürliche Lichtquelle auf der Erde ist die Sonne. Diese erzeugt nicht nur Licht, sondern auch Wärme, denn ansonsten wären wir in unserer aktuellen Umwelt nicht lebensfähig. Die Sonne liefert hierbei einen riesigen, unerschöpflich funktionierenden Fusionsreaktor. Das jährlich auf die Erdoberfläche einfallende Sonnenlicht erzeugt eine Energiemenge, die etwa dem 7 000- bis 8 000-fachen des weltweiten Primärenergiebedarfs entspricht.
Die Grafik „Jährlich verfügbare Solarstrahlungsenergie“ (siehe Seite 12) veranschaulicht das Verhältnis der jährlichen Sonneneinstrahlung (gelber Würfel) zum kleinen weißen Würfelchen des Weltenergieverbrauchs und gegenüber den kleineren Würfeln – rot, grau, grün und schwarz – der Reserven an fossilen Energiestoffen. Bedacht werden muss, dass der große Würfel das weitgehend konstante jährliche solare Energieangebot darstellt, wogegen sich die kleineren Würfel der fossilen Energieträger von Jahr zu Jahr verkleinern – zwar langsam, aber stetig. Dagegen steigt der jährliche Energieverbrauch (weißer Würfel) ebenfalls zusehends an.
Jährlich verfügbare Solarstrahlungsenergie im Vergleich zu den Energiereserven fossiler Stoffe sowie dem jährlichen Weltenergieverbrauch
Aufgrund der natürlichen Sonnenlaufbahn schwankt die Bestrahlungsstärke auf der Erde – einmal durch den natürlichen Tagesverlauf der Sonne sowie durch deren Jahresverlauf. Zudem ist dies regional wetterabhängig, also davon, wie oft es bewölkt ist oder ein klarer Himmel vorherrscht.
Bei einer senkrecht zur Sonneneinstrahlung ausgerichteten Fläche beträgt die Einstrahlung in Deutschland außerhalb der Atmosphäre zwischen 1 325 W/m2 und 1 420 W/m2. Die Luftschicht der Erde reduziert die Sonneneinstrahlung durch Reflexion, Absorption und Streuung, sodass bei wolkenlosem Himmel am Boden die Bestrahlungsstärke rund 1 000 W/m2 erreicht. Hierbei handelt es sich um die direkte Sonneneinstrahlung.
Verschiedene Strahlungsanteile aus direkter und indirekter Strahlung auf ebener sowie geneigter Fläche
Bei der solaren Einstrahlung auf den Erdboden kommt neben der direkten Einstrahlung noch die diffuse oder reflektierte Strahlung hinzu. Diese ergibt sich zum Beispiel bei einem durchgehend bewölkten Himmel. Durch die Lichtreflexion an den Wolken können tagsüber bei wechselnder Bewölkung Spitzenwerte der Einstrahlung bis zu 1 400 W/m2 erreicht werden. Die Summe dieser Strahlungsarten nennt man Globalstrahlung (in Watt pro Quadratmeter). Summiert man die Leistung der Einstrahlung auf ein Jahr, so erhält man die jährliche Globalstrahlung (in Kilowattstunden pro Quadratmeter).
In Deutschland liegen die mittleren Jahressummen der Globalstrahlung im langfristigen Mittel zwischen 940 kWh/m2 bis rund 1 290 kWh/m2. Dabei ergibt sich ein deutliches Süd-Nord-Gefälle.
Die jährliche Sonnenscheindauer liegt bei 1 300 bis 1 900 Stunden. Die regional unterschiedlichen Jahreseinstrahlungen lassen sich aus der Einstrahlungskarte des Deutschen Wetterdienstes recht deutlich erkennen (siehe Abbildung Seite 13). Unter der Adresse dwd.de (Stichwort: Strahlungskarten) können die jeweils monatsaktuellen Karten eingesehen werden.
Die Grafik zeigt das langfristige Mittel. In den einzelnen Jahren kann die Einstrahlung vom Durchschnittswert abweichen. Die Streubreite liegt bei einer langfristigen Betrachtung bei etwa +/- 15 Prozent. In den letzten 20 Jahren gab es hierzu bereits sehr auffällige Jahre. So lag zum Beispiel das Jahr 2004 mit etwa 14 Prozent deutlich über dem Mittelwert. 2013 hingegen waren die Einstrahlungswerte regional sogar bis zu etwa 18 Prozent niedriger. In den letzten Jahren seit 2018 ist das Wetter durch extrem heiße Sommermonate geprägt – mit entsprechend gestiegener solarer Einstrahlung.
Die bisherigen Strahlungsbetrachtungen beziehen sich auf eine ebene Fläche auf dem Boden. Durch eine Direktbestrahlung auf eine geneigte, zur Sonne ausgerichtete Fläche – zum Beispiel einem Dach mit Südneigung – ergeben sich höhere Einstrahlungswerte. Dabei addieren sich neben der direkten und diffusen Bestrahlung noch mögliche reflektierende Strahlungen vom Erdboden. Das Optimum einer starren Dachneigung liegt vom Süden Deutschlands nach Norden hin zwischen 30 ° und 40 °. In Norddeutschland wirken sich wegen des dort „niedrigeren“ Sonnenstandes steilere Dächer günstiger aus als im süddeutschen Raum.
Abweichende Dachneigungen sowie Ausrichtungen verringern auf natürliche Weise die solare Einstrahlung – bisweilen sehr deutlich, was sich prozentual über Grafiken für verschiedene Standorte visualisieren lässt.
Beispiel: Bei einem nach Südwesten geneigten Dach (Azimuth 45 °) und einer Dachneigung von 30 ° ergibt sich eine Einstrahlung von rund 1100 Watt/m2, welche gegenüber einer idealen Südausrichtung mit 1 150 Watt/m2 um rund 50 Watt/m2 abweicht.
Durch technische Einrichtungen lässt sich die Einstrahlung auf eine bestimmte Fläche sogar noch weiter erhöhen. Bei Freiland-Photovoltaikanlagen gibt es mancherorts sogenannte „Nachführanlagen“. Hier werden die Modulflächen auf Montagesystemen betrieben, die dem Sonnenverlauf automatisch folgen, sowohl vertikal als auch horizontal. Damit erfolgt eine optimale Ausnutzung der täglichen Sonneneinstrahlung über den gesamten Tagesverlauf, deren Einstrahlungswerte gegenüber einer „starren“ Südausrichtung bei bis zu 40 Prozent höher liegen kann.
Die auftreffende Strahlungsenergie der Sonne setzt sich aus direkter und diffuser Einstrahlung zusammen (Daten für Würzburg von Meteonorm).
Jährliche Sonneneinstrahlung in Deutschland im langfristigen Mittel
Bei Photovoltaikmodulen unterscheidet man im Wesentlichen zwei Herstellungstechniken, und zwar solche mit
1 Siliziumscheiben und solche mit einem
2 beschichteten Trägermaterial, sogenannte Dünnschichtmodule.
Es gibt weitere Zelltechnologien in der Photovoltaik, die nur selten zur Anwendung kommen. Hierzu gehören Folienlaminate bis hin zu organischen Zelltechnologien zur integrierten Gebäudeanwendung.
Module mit Siliziumscheiben erkennt man an den einzelnen, scheibenförmigen, meist quadratischen Zellen. Dünnschichtmodule bestehen aus einer zumeist homogenen Fläche. Hier werden unterschiedliche Halbleitermaterialien wie amorphes Silizium, Kadmium-Tellurit oder Kupfer-Indium-Selenid auf ein Trägermaterial (zumeist Glasscheibe) in unterschiedlichen Schichten aufgedampft und mit Lasertechnik kontaktiert.
Es gibt auch Kombinationen von Siliziumscheiben und Dünnschichttechniken, die man „bifaciale“ Module nennt. Dabei besteht auch die rückseitige Modulfläche aus einem aktiven Halbleitermaterial. Solche Module eignen sich nur in Situationen, wenn an der Rückseite Licht einfällt, zum Beispiel bei frei aufgestellten Modulen.
Flexible Photovoltaikmatte zur Gebäudeintegration in Membrankonstruktion
In früheren Zeiten sind Dünnschichtmodule gerade bei Großanlagen vermehrt zur Anwendung gekommen. Auf dem Markt durchgesetzt hat sich mittlerweile die Zelltechnologie aus Siliziumscheiben, der frühere Preisvorteil von Dünnschichttechniken ging weitgehend verloren. Zudem hat sich der Zellwirkungsgrad kristalliner Module deutlicher weiterentwickelt als bei der Dünnschichttechnik.
In der Natur ist Silizium das zweithäufigste Element überhaupt, allerdings kommt es nicht elementar rein vor, sondern in natürlichen Verbindungen, zum Beispiel als Silikat in Form von Sand oder Quarz.
Diese natürlich vorkommenden Stoffe sind für die Photovoltaik aber so nicht verwendbar. Sie müssen in aufwendigen Prozessen gereinigt werden, bis man schließlich reinstes Silizium zur Weiterverarbeitung erhält. Dieses Reinstsilizium ist deshalb erforderlich, um den später im Inneren der Modulzelle stattfindenden Stromfluss nicht durch Fremdstoffe zu behindern oder sogar unmöglich zu machen, wie wir bei der späteren Beschreibung des Zellaufbaus noch sehen werden (siehe Seite 16).
Im ersten Schritt wird beim Reinigungsprozess durch die Reduktion von Sauerstoff Rohsilizium hergestellt, da der Sauerstoff sich später bei der Zellfunktion störend auswirken würde. Ausgangsmaterialien sind dabei faustgroße Quarzkiesel oder -bruchstücke, die mit Kohlenstoff gemischt werden. Bei 2 000 °C wird dieses Gemisch elektrothermisch erhitzt, wobei der Sauerstoff entweicht. Das entstandene Rohsilizium, ein graues Pulver, hat einen Reinheitsgrad von 98 bis 99 Prozent, enthält jedoch weiterhin Fremdbestandteile wie Eisen, Aluminium, Kalzium, Titan und Kohlenstoff. Um Reinstsilizium von 99,9-prozentiger Reinheit zu gewinnen, müssen verschiedene weitere Reinigungsprozesse folgen. Dabei wird das Rohsilizium zunächst verflüssigt und später durch Erhitzen wieder in eine feste Konsistenz gebracht.
Das gewonnene Reinstsilizium wird nun – so verwunderlich das klingt – wieder verunreinigt, und zwar mit dem Element Bor. Das hat folgenden Grund: Silizium hat in seinem Atomaufbau neben seinem Atomkern vierzehn Elektronen in drei definierten Energiezuständen („Schalen“ um den Atomkern). Die Atome gehen über die 4 „äußeren“ Elektronen chemische Verbindungen mit anderen Siliziumatomen oder anderen chemischen Elementen ein.
Bor hat fünf Elektronen, von denen nur die drei Elektronen der äußeren „Schale“ für die Ausbildung von chemischen Bindungen zur Verfügung stehen. Wenn man sich nun vorstellt, wie sich Silizium- und Boratome in einem atomaren Gitter miteinander verbinden, dann verbleiben im Verbund „Elektronenlücken“, weil die Anzahl der reaktiven Elektronen zum Verbinden (Silizium 4 – Bor 3) ja nicht aufgeht. Dementsprechend wird das Silizium damit automatisch „positiv dotiert“ (p-Schicht). Es gibt im Silizium-Bor-Kristallgitter zu wenige Elektronen, also viele Fehlstellen. Die Fehlstellen werden auch „Löcher“ oder „Elektronenlöcher“ genannt.
Elektronenlücken an den Boratomen
Systemprozess für polykristalline Zellen
Wie man an dem Atommodell erkennt, ergeben sich freie Stellen, die durch „springende“ Elektronen aufgefüllt werden können. Dies ist für die spätere Funktionsweise wichtig.
Das so hergestellte Silizium wird nun in der Regel über zwei unterschiedliche Verfahren zu Solarrohzellen verarbeitet. Dabei unterscheidet man im Ergebnis poly- beziehungsweise multikristallines und monokristallines Silizium. Der Unterschied dieser Siliziumformen liegt in der unterschiedlichen Herstellungsweise.
Polykristallines Silizium wird nach der Schmelze in quadratische Blöcke (Ingot) gegossen, worauf beim Auskühlen das Silizium auskristallisiert und eine Vielzahl von Kristallstrukturen bildet; hiervon leitet sich auch der Name ab: „poly“ = viel (also von der griechischen Vorsilbe übernommen). Die Kristalle unterscheiden sich in Form und Größe deutlich voneinander. Sie können nur wenige Millimeter, aber auch einige Zentimeter groß sein und sind sehr fest miteinander verbunden. Aus diesem geschmolzenen Block werden zuerst quadratische Zylinder und aus diesen wiederum hauchdünne Scheiben (Wafer) geschnitten, die zu Solarzellen weiterverarbeitet werden.
Die Dicke der entstehenden Scheiben lag in der Anfangszeit der Solarzellenherstellung bei etwa 0,4 Millimetern und wurde mit der Zeit stetig reduziert, um die Ausbeute, also die Anzahl der Wafer pro Kilogramm Silizium zu erhöhen. Seit einiger Zeit beträgt die typische Waferdicke etwa 0,18 Millimeter. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar hat eine Dicke von 0,05 bis 0,08 Millimeter. Eine weitere Erhöhung der Ausbeute ist durch eine Verringerung der Sägeverluste (Sägestaub) möglich. Neben der Steigerung des Zellwirkungsgrads trägt dies auch zu einem Rückgang des Siliziumbedarfs pro Watt Spitzenleistung und somit zu einer Kostenreduzierung bei.
Systemprozess für polykristalline Zellen
Obwohl eine Schmelze unter hohen Temperaturen nötig ist, um polykristallines Silizium herzustellen, wird weniger Energie benötigt als bei der Herstellung monokristallinen Siliziums. Dadurch sind die Fertigungsverfahren kostengünstiger und die entstehenden polykristallinen Solarzellen waren in der Praxis zumindest in der Vergangenheit weit verbreitet.
Bei monokristallinen Zellen ergibt sich optisch eine homogene Zellstruktur; das heißt die Zelle wurde aus einem Einkristall hergestellt. Dabei wird das Reinstsilizium erneut geschmolzen. Im Allgemeinen wird die Schmelze mit einem Impf- oder Keimkristall, der sich an einem drehbaren Stab befindet, in Berührung gebracht und langsam unter Drehung wieder von ihr weg-/hochgezogen (Czochralsky-Verfahren). Man kann sich das grob wie beim Kerzenziehen mit flüssigem Wachs vorstellen. Hierdurch entsteht ein säulenförmiger Einkristall (Ingot) mit einem Durchmesser von 200 bis 300 mm, einer Länge von rund zwei bis drei Metern und einem Gewicht von ca. 100 kg.
Aus diesem Einkristall werden dann ebenfalls hauchdünne Scheiben geschnitten. Im Gegensatz zu den quadratischen polykristallinen Zellen entstehen runde Scheiben. Früher wurden diese als Grundlage für den Modulbau verwendet. Um diese platzoptimiert in einem Modul unterzubringen und dessen Effizienz zu steigern, werden an vier Seiten der Scheiben die Kreissegmente abgeschnitten. Dadurch verbleiben meist nur noch kleine runde Ecken an den Wafern, wodurch sich im späteren Zellverbund der Module dort die typische Rautenstruktur an den Eckbereichen der aneinandergefügten Zellen zeigt. Der Schnittabfall wird wiederverwendet.
Neben dem Unterschied bei der Herstellung (poly-)multikristalliner und monokristalliner Zellen ergeben sich bei monokristallinen Zellen höhere Wirkungsgrade. Dies ist auch ein Grund, weshalb die monokristallinen Zellen aufgrund der sich entwickelnden höheren Zellwirkungsgrade die polykristallinen Zellen trotz der höheren Herstellungskosten vom Markt nahezu verdrängt haben.
Das Funktionsprinzip der Photovoltaik respektive der Solarzellen soll am Beispiel einer Silizium-Solarzelle beschrieben werden. Mit der zuvor beschriebenen Rohzelle allein (siehe Seite 15) lässt sich noch kein Strom produzieren. Sie dient aber als wichtiges Grundgerüst für die spätere Funktion als Stromerzeuger.
Silizium ist ein Halbleiter. Die Besonderheit von Halbleitern ist, dass durch zugeführte Energie (zum Beispiel in Form von Licht oder elektromagnetischer Strahlung) freie Ladungsträger (Elektronen) in ihnen erzeugt werden können. Hierzu muss die „Rohzelle“ zunächst weiter bearbeitet werden, damit sich später darin Elektronen bewegen und fließen können, die die Grundlage eines elektrischen Stromflusses bilden.
Systemdarstellung „Ziehen“ eines Kristallingots
Zuerst wird die Zelloberfläche in ihrer Struktur verändert, damit diese das Licht weniger reflektiert und somit mehr Licht in die Zelle eindringen kann. Man nennt diesen Vorgang „Texturierung“.
Bislang liegen im Silizium lediglich die sogenannten Elektronenlöcher vor, also Fehlstellen von Elektronen aufgrund der Vermischung des Siliziums mit Bor (siehe Seite 15). Dementsprechend lässt sich die Zelle als „positiv“ bezeichnen. Wie allgemein bekannt, muss es bei Stromfluss neben der „positiven“ Seite auch immer eine „negative“ geben – Strom fließt nur, wenn Elektronen fließen; wir benötigen neben der elektronenarmen Siliziumzelle also noch einen Elektronenspender. Hierzu wird die obere Siliziumschicht mit einem Material durchsetzt, das chemisch mehr reaktive Elektronen enthält als Silizium und somit als Elektronenspender dient, zum Beispiel Phosphor. Phosphor beherbergt in seiner äußersten Elektronenhülle fünf Elektronen. Damit wird die Siliziumscheibe auf einer Seite negativ dotiert (n-Schicht mit Elektronenüberschuss).
Wie man am Atommodell erkennt, ergeben sich nicht gebundene, „freie“ Elektronen, die sich ebenfalls frei im Raum bewegen können. Was es damit auf sich hat, sehen wir etwas später. Zunächst wird die Zelle in weiteren Schritten bearbeitet.
Damit die Lichteinwirkung sowie der Elektronenfluss besser funktionieren, wird die Zelle zum einen mit einer Antireflexschicht versehen (dies verleiht ihr meist ihr dunkles, blaues Aussehen). Danach erhält die Zelle eine Kontaktierung sowohl auf ihrer Rück- wie auch auf der Vorderseite, vorderseitig mittels feiner Leiter aus Silberpaste (Grid – aus dem Englischen für „Gitter“) und Stromleiterbändchen (Busbars).
Ungebundene, freie Elektronen des Phosphors
Fertige Solarzellen (Vorderseite)
Im Grenzbereich der beiden zuvor beschriebenen Schichten, in der sogenannten Raumladungszone zwischen oberer (negativer) und unterer (positiver) Schicht, binden sich die freien überschüssigen Elektronen der Elektronenspender (aus dem Phosphor) locker an die freien Fehlstellen aus der unteren Schicht. Man kann es vereinfacht auch als einen „schwebenden Zustand“ betrachten. Die Elektronen besetzen die Fehlstellen im sogenannten Valenzband und bilden elektrisch eine neutrale Zone, den „p-n-Übergang“.
Da nun oben Elektronenüberschuss und unten Elektronenfehlstellen herrschen, bildet sich zwischen der oberen und unteren Kontaktfläche ein ständig vorhandenes elektrisches Feld, da die Elektronen und Fehlstellen einen natürlichen Ausgleich suchen.
Trifft Licht auf die Solarzelle, schlagen die Lichtteilchen mit ihrer Energie dabei die Elektronen aus ihren Bindungen heraus, die dann als frei bewegliche Teilchen in der Zelle verfügbar sind. Damit werden die Elektronen in das Leitungsband gehoben, wo sie frei verfügbar sind.
Viele dieser freien Ladungsträger (Elektronenlochpaare) verschwinden nach kurzer Zeit durch Rekombination wieder, das heißt die freien Elektronen fallen wieder in die Elektronenlöcher, wenn etwa die Photonenenergie nicht stark genug ist. Einige Ladungsträger driften jedoch zu den feinen Kontakten (Frontkontakten) an der Oberseite der Zelle, das heißt, die Elektronen werden von den Löchern getrennt und driften nach oben, die Löcher hingegen nach unten. Somit entsteht elektrische Spannung, solange weitere Photonen aus dem Lichteinfall ständig freie Ladungsträger erzeugen. Die hierbei messbare elektrische Spannung liegt bei einer Solarzelle bei etwa 0,5 bis 0,7 Volt.
Schaltet man nun einen Verbraucher dazwischen, zum Beispiel eine kleine Lampe, fließen die Elektronen durch den „äußeren Stromkreis“ über diesen Verbraucher zur unteren Kontaktfläche der Zelle und rekombinieren dort mit den zurückgelassenen Löchern. Der weitere Lichteinfall führt zur Aufrechterhaltung des Elektronenkreislaufes und somit zur Erzeugung elektrischer Energie (= Stromfluss).
Da die Spannung (0,5 bis 0,7 Volt) sowie Leistung (4 bis 5 Watt) einer einzelnen Zelle viel zu gering wären, um einen konventionellen Nutzen bei der Stromerzeugung zu ermöglichen, müssen mehrere Zellen miteinander verschaltet werden, damit sich zum einen die Spannung und zum anderen die Leistung erhöht. Ein Aneinanderreihen der Solarzellen bewirkt dabei eine Leistungserhöhung.
Schematischer Modulaufbau
Für den praktischen Einsatz der Solarzellen können die hauchdünnen Zellen natürlich nicht lose gehandhabt werden, da diese nach kürzester Zeit zerbrächen. Überdies müssen die Zellen und deren elektrische Verbindungen sowohl gegen äußere Einflüsse (Witterung, mechanische Belastungen) als auch aufgrund ihrer elektrischen Eigenschaft (Stromschlag) geschützt werden. Dies geschieht in Form eines Moduls.
Hierzu wird auf einer Glasscheibe zuerst eine hochtransparente Schutzfolie (EVA, Ethylenvinylacetat) ausgelegt. Auf diese Folie werden anschließend die Zellen in einzelnen Reihen nebeneinander angeordnet, mit Leiterbändchen verbunden und an deren Enden miteinander verschaltet. Bei der Modulherstellung wurden früher die Zellen noch einzeln per Hand verlötet. Heute übernehmen Industrieroboter diese Aufgabe in einem vollautomatischen Verfahren.
Die Leiterbändchen werden in der Regel am Modulrand zu einem zentralen Bereich geführt, an dem später die Anschlussdose angebracht wird. Auf die aufgebrachten Zellen kommt eine weitere Lage der transparenten Schutzfolie und danach eine stabilere, in der Regel weiße (in manchen Fällen auch schwarze) Folie (aus Tedlar), die das Modul später rückseitig schützen soll. Dieser Glas-Zellen-Folienverbund wird mittels eines thermischen Verfahrens laminiert, sodass eine relativ feste Modulplatte entsteht.
Es gibt auch Module, bei denen sich auch auf der Rückseite eine Glasscheibe befindet (Glas-Glas-Laminate). Der Vorteil hier: eine höhere Belastungsmöglichkeit.
Schließlich wird an der Rückseite die Modulanschlussdose mit den beiden Anschlussleitungen (Plus / Minus) aufgeklebt und das Modul erhält in der Regel einen Aluminiumrahmen, was ihm abermals höhere Stabilität verleiht.
Ein solches gefertigtes Modul mit beispielsweise 60 Zellen und den Standardabmessungen von etwa 1,68 mal 1,00 Meter hat heutzutage eine Leistung von 320 Watt bis 340 Watt und eine Leerlaufspannung (Spannung, die an einem nicht angeschlossenen Modul ansteht) von etwa 40 Volt. Je nach Format und Zellanzahl können sich abweichende Modulmaße und -leistungen ergeben. Tendenziell geht die Entwicklung hin zu größeren Formaten mit rund 2,00 mal 1,00 Metern und einer Leistung von rund 380 Watt bis 450 Watt.
Die Serienfertigung von Solarmodulen geschieht heute in teilweise oder weitgehend automatisierten Produktionsanlagen, auch mit Hilfe von Robotern.
Die Nennleistung eines Moduls wird dabei mit Toleranzangaben angegeben. Waren früher Toleranzen von bis zu +/- 10 Prozent möglich, werden durch moderne Fertigung sowie Zellvorsortierung heutzutage überwiegend plussortierte Module gefertigt.
Wenn man mit der Sonne als kostenlos zur Verfügung stehendem Energiespender Strom erzeugen kann, läge es zunächst auf der Hand zu vermuten, Solar- oder PV-Anlagen seien in ihrer Umweltbilanz mindestens neutral zu bewerten. Hier müssen allerdings einige Punkte unterschieden werden, denn bekanntlich ist längst nicht alles Gold, was glänzt. Der Betrieb einer Photovoltaikanlage kann ökologisch nicht allein für sich bewertet werden, sondern es bedarf immer der Betrachtung eines Vorher und eines Nachher.
Grundsätzlich ist anerkannt, dass Solarstrom weitaus geringere Umweltschäden verursacht als Energieerzeugung aus fossilen Energieträgern und der Kernkraft. Somit werden die externen Kosten der Energieerzeugung, wie zum Beispiel Beseitigung von Umweltschäden, erforderliche Rekultivierungsmaßnahmen, Endlager … gesenkt.
Stromkosten nach Erzeugungsart
Energieerzeuger |
Stromgestehungskosten [ct/kWh] |
Externe Kosten [ct/kWh] |
Atomstrom (Stand 2019) |
ca. 1,0 |
24 bis 28 |
Braunkohle (Stand 2017) |
ca. 3,4 bis 4,7 |
22 bis 24 |
Photovoltaik |
ca. 4 bis 12 * |
ca. 1,0 |
* je nach Anlagengröße |
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Noch im Jahr 2011 betrugen die Kosten der Vermeidung von CO2-Emissionen durch Photovoltaik 320 Euro je Tonne CO2 und lagen damit höher als bei anderen erneuerbaren Energiequellen. Durch die starke Kostensenkung innerhalb der Photovoltaik sind die CO2-Vermeidungskosten einer Hausdachanlage in Deutschland jedoch auf etwa 17–70 Euro je Tonne CO2 gefallen, womit die Solarstromerzeugung günstiger ist als die Kosten für Klimawandelfolgeschäden, die aktuell auf 80 Euro je Tonne CO2 veranschlagt werden. In sonnenreicheren Gegenden der Welt werden sogar Vorteile von bis zu 380 Euro je Tonne vermiedener CO2-Emissionen erzielt.
Wie viel CO2-Emissionen durch Photovoltaik tatsächlich vermieden werden, hängt auch von der Koordination des Erneuerbare-Energien-Gesetzes mit dem EU-Emissionshandel ab; außerdem von der für die Herstellung der Module verwendeten Energieform.