Umweltbundesamt
zum Vergrößern anklickenPhotovoltaik nutzt die Sonnenenergie, indem die Strahlung der Sonne direkt in elektrische Energie umgewandelt wird. In Deutschland, aber auch weltweit wurden Photovoltaikanlagen in den vergangenen Jahren stetig zugebaut und leisten einen bedeutenden Beitrag zur Stromversorgung.
Bei der Photovoltaik (PV) kommen hauptsächlich mono- und polykristalline Solarzellen zum Einsatz. Solarzellen bestehen aus einem Halbleitermaterial, das unter dem Einfluss von Sonnenlicht Elektronen in Bewegung setzt und damit Strom erzeugt. Dieser Gleichstrom wird über einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt.
Das wichtigste Instrument für die Förderung der Photovoltaik ist das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). Die gesetzlich festgelegten Fördersätze je eingespeister Kilowattstunde (kWh) unterscheiden zwischen kleinen PV-Anlagen auf Einfamilienhäusern und größeren PV-Anlagen bis 1 Megawatt (MW). Hintergrund sind die höheren Kosten je Kilowatt installierter Leistung bei kleineren Anlagen. Über 1 MW hinausgehende PV-Anlagen auf Dächern und Freiflächen müssen an Ausschreibungen teilnehmen, die die Bundesnetzagentur durchführt. Dabei wird der Fördersatz wettbewerblich bestimmt.
Die Höhe der Vergütung hängt vom Zeitpunkt der Inbetriebnahme ab und wird über 20 Jahre gezahlt. Die Vergütung für neue Inbetriebnahmen sank in der Vergangenheit langsam ab, um die sinkenden Systemkosten der Photovoltaik abzubilden. Die jeweils aktuelle Vergütung für neue Inbetriebnahmen kann bei der Bundesnetzagentur eingesehen werden. Nach Inkrafttreten des EEG im April 2000 wurden Solaranlagen in erheblichem Umfang zugebaut, die Kosten sind seitdem um über 90 Prozent gesunken. Aktuelle Daten zur installierten Leistung und zur Bruttostromerzeugung in Deutschland finden Sie unter „Erneuerbare Energien in Zahlen“.
Die Stromerzeugungskosten unterscheiden sich zwischen Dach- und Freiflächenanlagen deutlich. Letztere kosten pro Kilowatt bis zu zwei Drittel weniger als Dachanlagen. Dachanlagen sind demgegenüber sehr kleinteilig, nehmen allerdings im Gegensatz zu Freiflächenanlagen keine zusätzlichen Flächen in Anspruch, weil die genutzte Fläche bereits durch das Gebäude selbst versiegelt ist. Für eine erfolgreiche Energiewende werden sowohl verbrauchsnahe Dachanlagen als auch schnell zu errichtende Freiflächenanlagen benötigt.
Karte Kraftwerke und Photovoltaikleistung in Deutschland, Stand Dezember 2024
Das Umweltbundesamt weist ausdrücklich darauf hin, dass diese Karte dem Urheberrecht unterliegt und nur zur nichtkommerziellen Nutzung verwendet werden darf.
Photovoltaikanlagen fallen nicht unter den Anwendungsbereich des europäischen Emissionshandels (EU-ETS): Der Emissionshandel gilt für emissionsintensive stationäre Anlagen der Industrie und Energiewirtschaft. Er verteuert die Nutzung klimaschädlicher fossiler Brennstoffe. Nutzer fossiler Brennstoffe müssen also Emissionsberechtigungen erwerben und gemäß ihrer Jahresemissionen einlösen, was diese Energiequellen relativ zu erneuerbaren Energien verteuert. Eine freiwillige Beteiligung von Photovoltaikanlagen am Emissionshandel sehen sowohl die EU-Emissionshandelsrichtline als auch das deutsche Treibhausgas-Emissionshandelsgesetz (TEHG) nicht vor. Dies gilt unabhängig davon, ob eine Photovoltaikanlage nach dem EEG gefördert wird oder diese Förderung nicht in Anspruch genommen wird, beispielsweise weil am Strommarkt höhere Erlöse erwartet werden.
Die Herstellung und das Recycling sind diejenigen Lebensphasen einer Photovoltaikanlage, in denen Umweltwirkungen entstehen. Im Betrieb treten keine nennenswerten Umweltwirkungen auf. Je länger die Betriebsphase, desto geringer sind folglich die Umweltwirkungen pro erzeugter Kilowattstunde PV-Strom. PV-Anlagen ohne Batteriespeicher amortisieren sich in Deutschland nach durchschnittlich ein bis zwei Jahren energetisch – nach dieser Zeit hat die Anlage so viel Energie produziert wie für Herstellung, Transport, Installation, Betrieb und Entsorgung aufgewendet werden müssen. Konventionelle Energieerzeugungsanlagen mit fossilen Brennstoffen wie Kohle oder Erdgas amortisieren sich demgegenüber nie energetisch, denn es muss im Betrieb immer mehr Energie in Form von Brennstoffen eingesetzt werden, als man an Nutzenergie erhält.
Bezogen auf eine Nutzungsdauer von 30 Jahren entstehen im Lebenszyklus einer Photovoltaikanlage pro erzeugter Kilowattstunde rechnerische Emissionen in Höhe von 43-63 g CO₂-Äquivalent/kWh (monokristalline Module). Dies ist das Ergebnis der 2021 abgeschlossenen Studie. In diesem Vorhaben wurde auch ein Ökobilanzrechner für Photovoltaikanlagen entwickelt, mit dem die Projektergebnisse auf individuelle Photovoltaikanlagen umgerechnet werden können. Laut Berechnungen im Rahmen der Emissionsbilanz erneuerbarer Energieträger 2022 vermeidet eine Photovoltaikanlage Emissionen hauptsächlich aus Steinkohle- und Gaskraftwerken in Höhe von 746 Gramm CO₂-Äquivalente/kWh. Der Netto-Vermeidungsfaktor der Photovoltaik liegt bei 690 Gramm CO₂-Äquivalente/kWh.
Die Lebensdauer eines Photovoltaikmoduls beträgt im Regelfall 25 bis 30 Jahre. Photovoltaikmodule, die mit Inkrafttreten des ersten EEG im Jahr 2000 installiert wurden, sind zumeist noch heute im Einsatz, und das, obwohl sie den Stand der Technik von vor 25 Jahren abbilden. Heutige Module werden meist mit 30 Jahren Leistungsgarantie verkauft.
Photovoltaikmodule fallen in den Anwendungsbereich des Elektro- und Elektronikgerätegesetzes (ElektroG). Altgeräte aus privaten Haushalten können z. B. über die öffentlich-rechtlichen Entsorgungsträger (z. B. kommunaler Wertstoffhof) kostenfrei entsorgt werden – siehe auch UBA-Umwelttipps „Wohin mit dem Elektroschrott?“. Die Module gelten auch dann als Altgeräte aus privaten Haushalten, wenn sie dort von einem Gewerbebetrieb abgebaut und vom Gewerbetreibenden beim öffentlich-rechtlichen Entsorgungsträger angeliefert werden. Photovoltaikmodule können zwar auch aus gewerblicher Nutzung (z. B. Freiflächenanlagen) stammen, gelten jedoch abfallseitig auch immer als Altgeräte aus privaten Haushalten bzw. sind diesen gleichgestellt, da sie als so genannte Dual-Use Geräte registriert werden.
Alle ordnungsgemäß gesammelten und zurückgenommen Elektroaltgeräte müssen nach der Sammlung einer Erstbehandlung zugeführt werden. Die Elektroaltgeräte-Behandlungsverordnung (EAG-BehandV) stellt dabei weitergehende Anforderungen an die Behandlung, Schadstoffentfrachtung und das Recycling von Altmodulen. Die Behandlung von Photovoltaikmodulen unterscheidet zurzeit noch zwischen kristallinen siliziumbasierten (c-Si) Modulen (> 95 % Marktanteil) und Dünnschichtmodulen (< 5 % Marktanteil). Kristalline siliziumbasierte Photovoltaikmodule werden beispielsweise in einem trockenmechanischen Verfahren aufbereitet. Dazu wird der Verbund zwischen Glas und Rückseitenfolie mechanisch gelöst und die entstehenden Fraktionen anschließend voneinander separiert. Die bei der Behandlung von Photovoltaikanlagen entstehenden Fraktionen (z. B. Glas, Aluminium, Kunststoff) werden größtenteils recycelt und ein kleiner Teil zur Energiegewinnung verbrannt oder gegebenenfalls beseitigt. Aktuell liegt die Quote für die Vorbereitung zur Wiederverwendung und das Recycling von alten Photovoltaikmodulen in Deutschland bei 92,4 %. Diese hohe Quote ergibt sich aufgrund der Zusammensetzung eines Photovoltaikmoduls aus überwiegend gut verwertbaren Rohstoffen wie Glas und Aluminium. Die entsprechenden Recycling- und Verwertungspfade für die genannten Fraktionen aus der Photovoltaikmodulbehandlung sind in der Industrie etabliert.
In Bezug auf Schadstoffe bestehen keine Bedenken gegen Photovoltaikanlagen, weder auf Privatdächern noch auf gewerblichen Dach- oder Freiflächen. Es werden fast nur noch kristalline Module eingesetzt, bei denen als Schadstoff geringe Mengen Blei in den Lötverbindungen enthalten sein können. In Dünnschichtmodulen wird Cadmium-Tellurid als Halbleitermaterial eingesetzt. Bei unbeschädigten Modulen besteht keine Gefahr der Emission von Schadstoffen. Ein Projekt der Universität Stuttgart hat die Schadstofffreisetzung aus Photovoltaik-Modulen für diejenigen Fälle untersucht, in denen das Deckglas gebrochen oder die Randversiegelung beschädigt wurde. Dies betrifft nicht den regulären Anlagenbetrieb, sondern einen (hochgradig) unsachgemäßen Abbau, Umgang und Entsorgung von ausgedienten Photovoltaikmodulen. Bei den Versuchen über sehr lange Zeiträume (bis zu 1,5 Jahren) konnten Schadstoffe über die seitlichen Bruchkanten eines Moduls ausgewaschen werden, nicht jedoch über das teils gesplitterte Frontglas. Somit wäre z. B. trotz Hagelschäden an einem installierten Modul kein Schadstoffaustritt zu erwarten.
„Für Mensch und Umwelt“ ist der Leitspruch des UBA und bringt auf den Punkt, wofür wir da sind. In diesem Video geben wir Einblick in unsere Arbeit.
