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Umweltaspekte

Auch bei Photovoltaik-Anlagen gibt es Einflüsse auf die Umwelt. Zum Beispiel bei der Herstellung, beim Flächenverbrauch und bei der Entsorgung der Module.

Da Photovoltaik-Anlagen während des Betriebs emissionsfrei sind, benötigen sie keine Mindestabstände zu bewohnten Gebieten, wie z. B. Windenergieanlagen. Sie können beispielsweise als Dachflächenanlagen direkt in bebaute Gebiete integriert werden. Wie bei allen Techniken muss dennoch auch hier die Frage nach den Umweltbelastungen gestellt werden.

Umweltbelastungen bei der Herstellung
Bei der Herstellung von Solarzellen wird viel Energie benötigt. Hinzu kommt weiterer Energiebedarf für Transport und Installation sowie später bei Abbau und Entsorgung. Solaranlagen liefern im Betrieb jedoch so viel Strom, dass sie nach bereits zwei bis drei Jahren die Energie erzeugt haben, die dafür verbraucht wurde. Bei einer erwarteten Lebensdauer von 20-30 Jahren produziert eine Solaranlage in Mitteleuropa also etwa zehnmal so viel Energie wie für ihre Herstellung, Transport, Installation, Abbau und Entsorgung benötigt wird.

Bei der Herstellung können je nach Verfahren auch umweltschädliche Stoffe eingesetzt werden. Beispielsweise kann bei der Herstellung von Dünnschichtzellen Stickstofftrifluorid eingesetzt werden, das als starkes Treibhausgas bekannt ist. Durch entsprechende Verfahren kann die Emission solcher Stoffe jedoch verhindert werden. Zudem verlieren Dünnschichtzellen derzeit an Bedeutung, da andere Techniken mit höherem Wirkungsgrad im Preis gesunken sind.

Die Gesamtumweltwirkung der Stromerzeugung aus PV hat die bifa Umweltinstitut GmbH (bifa) mit der durchschnittlichen Stromerzeugung aus fossilen Energieträgern verglichen. Die Studie aus 2013 kommt zu dem Ergebnis, dass PV-Strom nur 5-10 % der Umweltbelastungen fossiler Energieträger verursacht. Im Vergleich dazu sind die Unterschiede zwischen den einzelnen PV-Technologien gering.
Ressourcenverbrauch und Schadstoffausstoß
In den meisten Solarzellen kommt Silizium als Halbleiter zum Einsatz. Silizium ist ein Element, das nahezu unbegrenzt verfügbar ist. Andere Solarzellentypen verwenden als Halbleiter Indium, Gallium, Tellur oder Selen, deren Verfügbarkeit deutlich eingeschränkter ist. Diese Anlagen machen jedoch nur einen kleinen Anteil der in Deutschland installierten Anlagen aus.

Solarzellen stoßen während ihres Einsatzes keine Schadstoffe aus, weshalb sie eine positive Umweltbilanz aufweisen. Sie verursachen daher nur sehr geringe sogenannte externe Kosten. Als externe Kosten bezeichnet man all diejenigen Kosten, die nicht vom Verursacher bezahlt werden und von der Allgemeinheit getragen werden (z. B. Kosten für Gesundheits- und Umweltschäden durch Abgase).

Die externen Kosten von Photovoltaikanlagen liegen bei etwa 1,2 Cent pro Kilowattstunde, laut einer Untersuchung des Umweltbundsamtes (siehe Links und Downloads "Schätzung der Umweltkosten in den Bereichen Energie und Verkehr").
Das ist im Vergleich zu fossilen Energiequellen relativ wenig (Erdgas: 4,9 Cent, Braunkohle: 10,7 Cent).
Das bedeutet, für jede mit Braunkohle hergestellte Kilowattstunde zahlt der Verbraucher zusätzlich zum Strompreis mehr als zehnmal so viel für anderweitig auftretende Belastungen als für eine Kilowattstunde Photovoltaikstrom. Verglichen mit dem derzeitigen Energie-Mix spart jede Kilowattstunde aus PV statistisch über 6 Cent an externen Kosten ein, die ansonsten die Allgemeinheit tragen müsste.
Flächeninanspruchnahme von Freiflächenanlagen
Während bei Dachflächenanlagen der Flächenverbrauch keine Rolle spielt, wird die Nutzung von Freiflächen für Photovoltaikanlangen mitunter kritisch gesehen.

Dazu sollte beachtet werden:

Freiflächen-Photovoltaikanlagen erzeugen ca. 30 mal so viel Strom pro Jahr wie Biogasanlagen aus Biomasse von einer vergleichbaren Fläche. Im Gegensatz zu den riesigen Braunkohletagebauen, denen auch heute noch ganze Dörfer weichen müssen, können Photovoltaik-Flächen nach Nutzungsende wieder vollständig rückgebaut werden. Auch während der Nutzung können sie einen wertvollen Beitrag zur Biodiversität leisten.

Nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) werden seit 2010 nur noch Freiflächen-PV-Anlagen vergütet, die auf folgenden Flächen aufgestellt werden:
bereits versiegelte Flächen wie Stellplätze
sogenannte Konversionsflächen wie Deponien, Abraumhalden, Truppenübungsplätze und Munitionsdepots
Flächen in maximal 200 Meter Abstand von Autobahnen oder Bahnlinien
Im Rahmen der Ausschreibung zur Förderung von Freiflächenanlagen können in Bayern jährlich maximal 200 Gebote auf Ackerflächen einen Zuschlag erhalten. Bedingung dafür ist, dass die Flächen in benachteiligten Gebieten liegen. Dies sind Flächen, auf denen die landwirtschaftliche Produktion nur erschwert möglich ist oder die nur bedingt ertragsreich sind.
Eine Flächenkonkurrenz zu agrarisch genutzten Flächen existiert also kaum, zumindest nicht für Anlagen, die seit 2010 installiert wurden.
Freiflächenanlagen und Naturschutz
Werden bei der Gestaltung von PV-Freiflächenanlagen auch ökologische Aspekte berücksichtigt, können sie – insbesondere in agrarisch intensiv genutzten Regionen – für Kleintiere einen Rückzugsraum bilden.

Bei geschickter Einbindung von PV-Freiflächenanlagen in vorhandene Biotop-Strukturen und Landschaftsbild können PV-Freiflächenanlagen die Landschaft ökologisch aufwerten, beispielsweise durch:
Steigerung der Arten- und Strukturvielfalt durch Umwandlung von intensiv bewirtschaftetem Acker in extensives Grünland
Verbesserung der Biotopvernetzung
Reduzierung der Belastung durch Düngung und Pflanzenschutzmittel für die Schutzgüter Boden und Wasser
Reduzierung bzw. Unterlassung der Bodenbearbeitung

Mehr dazu im Praxis-Leitfaden für die ökologische Gestaltung von Photovoltaik-Freiflächenanlagen des Bayerischen Landesamtes für Umwelt.
Elektromagnetische Strahlung
Photovoltaikmodule erzeugen Gleichstrom. Die dabei auftretenden elektrischen und magnetischen Gleichfelder sind für die Gesundheit unproblematisch. Das elektrische Feld ist in wenigen Zentimetern kaum noch nachweisbar, das magnetische Feld nimmt im Abstand von 30 bis 50 cm Werte an, die dem natürlichen Erdmagnetfeld entsprechen.

Durch einen Wechselrichter erfolgt die notwendige Umwandlung in Wechselstrom. Dabei entstehen auch höherfrequente Wechselfelder. Ein durchdachter Aufbau der Anlage reduziert die Immissionen auf ein Minimum. So sollte der Wechselrichter beispielsweise nicht in unmittelbarer Nähe von Bereichen liegen, in denen sich Menschen dauerhaft aufhalten. Gute Wechselrichter für kleinere PV-Anlagen entsprechen der EU-Norm für die elektromagnetische Verträglichkeit von elektrischen und elektronischen Geräten für die Verwendung im Wohnbereich.
Schallbelastung
Mögliche Lärmquellen bei Photovoltaikanlagen sind der Wechselrichter und der Transformator. Eine mögliche Lärmbelästigung sollte bei der Installation von Dachanlagen oder Freiflächenanlagen in der Nähe von Wohnbebauung bedacht werden.
Bei kleineren Anlagen im Wohnbereich können Menschen mit gutem Gehör die meist sehr hohen Töne in unmittelbarer Nähe des Wechselrichters wahrnehmen.
Für größere Anlagen (ca. 1 MWp) empfiehlt es sich, vor Inbetriebnahme der Photovoltaikanlage einen Schallgutachter einzuschalten. Bei nachgeführten Freiflächenanlagen kann auch die Nachführung ein Geräusch verursachen, was jedoch bei fachmännisch installierten Anlagen in der Regel vernachlässigbar ist.
Brandgefahr und Verbrennungsprodukte
Im Rahmen eines Expertenworkshops (siehe Link "TÜV Rheinland" unten) wurde festgestellt, dass Photovoltaikanlagen im Vergleich mit anderen technischen Anlagen kein erhöhtes Brandrisiko darstellen. Auf eine fachgemäße Installation z. B. durch einen Handwerker ist jedoch unbedingt zu achten. Ein vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördertes Forschungsprojekt unterstützt diese Einschätzung. Die Ergebnisse sind in einem Leitfaden zusammengefasst, der Installateuren und Betreibern Empfehlungen gibt, wie sie die Risiken auch für ältere Anlagen minimal halten können.

TÜV Rheinland Energie und Umwelt GmbH, Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE), Branddirektion München und weitere:
Leitfaden "Bewertung des Brandrisikos in Photovoltaik-Anlagen und Erstellung von Sicherheitskonzepten zur Risikominimierung"

Dünnschichtzellen, wie Cadmiumtellurid-Zellen, können bei Bränden Schadstoffe freisetzen. Untersuchungen zufolge liegt bei Hausbränden die Belastung dadurch unterhalb der gesetzlich festgelegten Störfallbeurteilungswerte und ist somit geringer als durch andere Gebäudeteile.

Bayerisches Landesamt für Umwelt (LfU):
Berechnungen von Immissionen beim Brand einer Photovoltaik-Anlage aus Cadmiumtellurid-Modulen
Entsorgung von PV-Modulen
Es gibt derzeit allein in Bayern über 400.000 Photovoltaikanlagen. Diese müssen früher oder später gesichert entsorgt werden. Seit Anfang 2016 ist auf Grundlage des novellierten Elektrogerätegesetzes die kostenlose Abgabe von PV-Altmodulen in haushaltsüblichen Mengen an kommunalen Sammelstellen möglich.

In spezialisierten Behandlungsanlagen können die Hauptbestandteile (Glas, Aluminium, Kupfer) aus den Altmodulen zurückgewonnen und wiederverwertet werden. Teilweise werden bereits auch bestimmte Halbleitermaterialien (z. B. Cadmiumtellurid) recycelt.

Für den An- und Verkauf von gebrauchten Photovoltaikprodukten hat sich mittlerweile ein interessanter Zweitmarkt gebildet. Sind größere Mengen PV-Altmodule zu entsorgen, sollte man sich an den Installateur wenden oder direkt an ein Sammelsystem (z. B. das europaweiten Rücknahmesystem PV Cycle). Mit der Sammelstellensuche der "stiftung elektro-altgeräte register (ear)" kann man die nächst gelegene Sammelstelle herausfinden. Den Link hierzu finden Sie unter "Links und Downloads" am Ende dieser Seite.
Einbindung von PV-Anlagen in die Landschaft
  • Einbindung von PV in Landschaftsstrukturen: vor Wald (Foto: S. Lehner, LfU)
  • Einbindung von PV in Landschaftsstrukturen: Fernwirkung PV (Foto: Büro Wartner & Zeitzler)
  • Einbindung von PV in Landschaftsstrukturen: PV-Anlage mit Hecke (Foto: J. Ermisch, LfU)
  • Photovoltaik auf vorbelastetem Standort: neben Bahngleis (Foto: J. Ermisch, LfU)
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(insgesamt 4 Bilder)

Links und Downloads

Allgemein
Bayerisches Landesamt für Umwelt (LfU):
Praxis-Leitfaden für die ökologische Gestaltung von Photovoltaik-Freiflächenanlagen
Broschüre "Sonnenenergie" (S. 5 f.)
Umweltbundesamt:
Schätzung der Umweltkosten in den Bereichen Energie und Verkehr
Naturschutzbund Deutschland e.V. (NABU) und Unternehmensvereinigung Solarwirtschaft e.V. (Nachfolge-Organisation: Bundesverband Solarwirtschaft e.V. - BSW)
Kriterien für naturverträgliche Photovoltaik-Freiflächenanlagen
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE):
Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland
bifa Umweltinstitut GmbH:
Studie "Ökoeffizienzanalyse von Photovoltaikmodulen"
EnergieAgentur.NRW:
Broschüre "Klimaschutz mit Bürgerenergieanlagen"

Brandgefahr und Verbrennungsprodukte
Bayerisches Landesamt für Umwelt (LfU):
Studie "Berechnungen von Immissionen beim Brand einer Photovoltaik-Anlage aus Cadmiumtellurid-Modulen"
TÜV Rheinland Energie und Umwelt GmbH, Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE), Branddirektion München und weitere:
Leitfaden "Bewertung des Brandrisikos in Photovoltaik-Anlagen und Erstellung von Sicherheitskonzepten zur Risikominimierung"
BSW, BFSB, Berufsfeuerwehr München, DGS, ZVEH:
Broschüre "Brandschutzgerechte Planung, Errichtung und Instandhaltung von PV-Anlagen"
Deutscher Feuerwehrverband e. V. (DFV):
Handlungsempfehlungen Photovoltaikanlagen – Checkliste "Vorgehensweise im Schadensfall für stromerzeugende Solaranlagen“

Entsorgung von PV-Modulen
Bundesverband Solarwirtschaft (BSW):
Broschüre "Sicherer Umgang mit PV-Altmodulen"
SecondSol GmbH:
Zweitmarkt für Wiederverwendung von gebrauchten PV-Modulen