Klima-Glossar: Photovoltaik
Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) produzieren aus Sonnenlicht Strom. Das Sonnenlicht steht langfristig und in sehr großem Ausmaß zur Verfügung. Damit zählt die Photovoltaik zu den erneuerbaren Energiequellen. Die Regierung will PV deswegen in den nächsten Jahren stark ausbauen, bis 2030 sollen laut Regierungsziel Anlagen mit 11 Terrawattstunden (TWh) installiert werden. Was aber noch zu Diskussionen führt, ist wo die PV-Anlagen angebracht werden sollen.
Eine PV-Anlage besteht aus mehreren Modulen, die wiederum aus miteinander verbundenen Solarzellen bestehen. In den Solarzellen gibt es drei verschiedene Schichten des Halbleiters Silizium. Die obere Schicht ist positiv geladen, die untere Schicht negativ. Dazwischen befindet sich die sogenannte Grenzschicht, die aus reinem Silizium besteht und elektrisch neutral ist. Wenn Sonnenlicht auf die Solarzelle trifft, werden die Elektronen in der negativ geladenen Schicht angeregt und es entsteht Spannung. Die positiv geladene Schicht zieht die Elektronen aus der negativ geladenen Schicht an. Wenn die Spannung hoch genug ist, können die Elektronen die Grenzschicht überwinden.
Die Elektronen werden über die Elektroden, also Leiter, in den externen Stromkreis abgeführt. Die Elektroden sind dabei oft aus Silber und überziehen die Solarzelle auf der Ober- und Unterseite wie ein Netz. In den Solarzellen entsteht Gleichstrom, aus den meisten Steckdosen kommt aber Wechselstrom. Ein Wechselrichter wandelt den Gleichstrom zu Wechselstrom um.
Mehr als 90 Prozent der Solarzellen bestehen aus Silizium, dem zweithäufigsten Element der Erde. Silizium kommt in der Natur als Quarzsand vor. Man unterscheidet grundsätzlich zwischen polykristallinen und monokristallinen Solarmodule. Die monokristallinen Module sind effizienter und teurer als polykristalline Module, aber auch aufwendiger in der Herstellung. Daneben gibt es noch Dünnschichtmodule, die etwa 5 bis 10 Prozent des Markts ausmachen. Die Module sind dünner, flexibler und leichter, haben aber einen geringeren Wirkungsgrad. Solarzellen können durchschnittlich etwa 20 Prozent der einfallenden Sonneneinstrahlung in Strom umwandeln.
Lebensdauer maximal 30 Jahre
Die Lebensdauer einer PV-Anlage beträgt bei guter Qualität rund 25 bis 30 Jahre. Technisch würden PV-Anlagen länger funktionieren, wären sie nicht der Witterung ausgesetzt, allerdings verlieren sie mit der Zeit geringfügig an Leistung.
Im Betrieb stößt eine PV-Anlage keine Treibhausgase aus, bei der Erzeugung der Solarzellen fallen aber Emissionen an. 2021 wurden durch die Herstellung der Solarzellen weltweit rund 106 Millionen Tonnen CO2 emittiert, zeigen Zahlen der Internationalen Energieagentur (IEA). Der größte Teil der Emissionen entfällt auf die Förderung der Rohstoffe. Über 90 Prozent der im Juni 2022 in die EU importierten PV-Anlagen kamen aus China, wie von der Brüsseler Denkfabrik Bruegel ausgewertete Eurostat-Daten zeigen. Dort werden die Module laut der IEA größtenteils mit Kohle-Strom hergestellt, dennoch müssen Photovoltaikanlagen aus China nur etwa vier bis acht Monate in Betrieb sein, um die Emissionen auszugleichen, die bei der Produktion entstanden sind.
In den vergangenen zehn Jahren hat China über 50 Mrd. Dollar (48,6 Mrd. Euro) in die Produktion von PV investiert, also zehnmal so viel wie Europa, wie die IEA schreibt. Von 2009 bis 2019 seien die Kosten für die Herstellung von PV-Anlagen um 89 Prozent gesunken. Das liege auch daran, dass sich PV gut für Massenfertigung eigne, erklärte der Energieexperte Thomas Kienberger von der Montanuniversität Leoben im Gespräch mit der APA.
Photovoltaik trug laut Zahlen des Umweltministeriums (BMK) Ende 2021 etwas mehr als 4 Prozent zur österreichischen Stromerzeugung bei. Ende des Jahres 2021 lag die Gesamtleistung der Photovoltaikanlagen bei 2,8 Gigawatt (GW), 0,77 GW davon wurden 2021 installiert. 2022 wurden laut vorläufigen Zahlen PV-Anlagen mit einer Leistung von geschätzten 1 bis 1,4 GW installiert, also ungefähr doppelt so viel, wie im Jahr davor. Die Gesamtleistung der PV-Anlagen in Österreich betrug Ende 2022 somit rund 4 GW.
Importe und Exporte sollen Schwankungen ausgleichen
Bis 2030 sollen laut Regierungsprogramm 100 Prozent des Stroms national bilanziell aus erneuerbaren Energiequellen kommen. Der jährliche Strombedarf soll also aus erneuerbaren Energiequellen gedeckt werden, Schwankungen werden dabei weiterhin über Importe und Exporte ausgeglichen. Dazu braucht es bis 2030 einen Zubau von erneuerbaren Energiequellen von etwa 27 TWh. Davon sollen 11 TWh durch PV-Anlagen gedeckt werden. Um das Regierungsziel zu erreichen, müssen bis 2030 jedes Jahr PV-Anlagen mit einer Leistung von etwa 1,2 GW installiert werden. Ausgehend von der Entwicklung der letzten Jahre schätzen Expertinnen und Experten dieses Ziel als machbar ein.
Diese 11 TWh entsprechen nach jetzigem Stand der Technik PV-Anlagen mit einer Fläche von rund 92 Quadratkilometer, also etwa der Fläche von Linz. Welche Flächen dafür konkret genutzt werden sollen, sorgt für große Diskussionen. Das technische Potenzial der dafür geeigneten Dachflächen in Österreich beträgt etwa 21,5 TWh, bei Freiflächen (wenig genutzten Ackerflächen) sind es rund 32 TWh, wie Kienberger erklärte. Der jährliche Strombedarf insgesamt betrage aktuell etwa 71 TWh, werde zukünftig aber noch steigen.
Mit 2030 ist der Ausbau von PV und erneuerbarer Energie nicht abgeschlossen. "Die sehr starken Zuwächse brauchen wir eigentlich insbesondere zwischen 2030 und 2040. Weil vor allem dann die sogenannte Elektrifizierung der Industrie realisiert werden wird", so Robert Tichler vom Energieinstitut der JKU Linz zur APA. Das und der Ausbau von E-Mobilität tragen dazu bei, dass der Energiebedarf steigen werde. Neben dem Ausbau von erneuerbaren Energiequellen ist aber auch ein umfangreicher Netzausbau notwendig. Die aktuellen Netze sind nicht dafür ausgelegt, dass Haushalte nicht nur Strom konsumieren, sondern auch produzieren. Laut Angaben des Branchenverbands Oesterreichs Energie müssen bis 2030 rund 40.000 Kilometer Leitung verlegt werden.