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Energieaufwand zur Herstellung regenerativer Anlagen

Hartnäckig hält sich das Gerücht, dass Photovoltaikanlagen während ihrer Lebendauer nicht einmal die Energie einspielen, die für ihre Herstellung benötigt wird. Um es vorwegzunehmen: Dies ist schlicht und einfach falsch. Im Folgenden werden Kennwerte für verschiedene regenerative Anlagen aus verschiedenen Quellen angegeben.

Der kumulierte Energieaufwand gibt an, wieviel Primärenergie für die Herstellung, Nutzung und Beseitung einer Anlage anfällt. Er hängt stark von der Produktionsweise, der Auslastung der Fabrikanlagen sowie weiterer Faktoren ab. Bei der Photovoltaik spielt das Zellenmaterial eine entscheidende Rolle. Durch rationellere Herstellungsverfahren ist der Energieaufwand in den letzten Jahren deutlich gesunken.



Kumulierter Energieaufwand in kWh/kWp für die Photovoltaik
Quelle mono-Si poly-Si a-Si/µ-Si CIS/CIGS
Hagedorn 1989 12.200 - 20.500 9.000 - 20.000 7.500 - 13.300  
Adler 1993 11.400 - 17.900 6.300 - 13.600 4.200 - 9.800  
Adam, Schieferdecker 1997 11.000 7.500 5.500 790 - 2.990
Alsema, Frankl, Kato 1998 13.055 - 30.277 9.722 - 26.666 5.555  
Knapp, Jester 2000 *) 5.600     3.070
Ito et al. 2010 10.420 - 13.280 7.580 - 8.500 6.970 - 8.940 5.250 - 6.360
Kim, Fthenakis 2011       2.400 - 4.870
*) Knapp, Jester: kWhel / kWp,       alle anderen kWh(Primärenergie) / kWp

Kumulierter Energieaufwand in kWh/kW für Windkraftanlagen
Quelle kWh/kW
Hagedorn, Ilmberger 1992 5.000 - 45.000
Pick, Wagner, Bunk 1998 2.194 - 2.767


Kumulierter Energieaufwand in kWh/m² für Solarthermieanlagen
Quelle kWh/m²
Adler 1993 330 - 1.100


Die energetische Amortisationszeit (engl. pay-back time) gibt an, in welcher Zeit die Anlage die Energie abgegeben hat, die für die Herstellung benötigt wurde. Hierzu wird der kumulierte Energieaufwand durch die monatlich oder jährlich abgegebene Energie dividiert. Bei elektrischen Anlagen ist der Wirkungsgrad der Kraftwerke zu berücksichtigen, die durch die regenerativen Anlagen ersetzt werden. Die abgegebene Energie ist bei regenerativen Kraftwerken sehr stark vom Standort abhägig. Oftmals wird eine energetische Amortisationszeit auch für fossile und nukleare Kraftwerke angegeben. Hierbei wird jedoch der eingesetzte Brennstoff nicht berücksichtigt. Da fossile und nukleare Kraftwerke auch beim Betrieb erschöpfliche Energievorräte nutzen, ist die Angabe einer energetische Amortisation bei diesem Kraftwerken nicht sinnvoll.
Aus diesem Grund sollte eine andere Defintion der energetischen Amortisationszeit verwendet werden: Das Verhältnis des Energiegehalts der bei der Herstellung einer Anlage benötigten nicht erneuerbaren, also konventionellen Energieträger zu der durch den Betrieb einer Anlage eingesparten konventionellen Energieträger.

Hierbei ist zu beachten, dass der Energieaufwand in Form von konventioneller Primärenergie angegeben wird. Eine Photovoltaik- und Windkraftanlage erzeugt hingegen Endenergie (Strom). Bei der Umrechnung der Endenergie in Primärenergie muss noch der Wirkungsgrad eines konventionellen Kraftwerks berücksichtigt werden. Um die gleiche Menge an Strom wie eine Photovoltaik- oder Windkraftanlage zu erzeugen, muss beispielsweise knapp die dreifache Menge an Kohle (Primärenergie) in einem Kohlekraftwerk verbrannt werden.

Der Erntefaktor gibt an, wie oft eine regenerative Anlage in ihrer Lebenszeit den kumulierten Energieaufwand wieder abgibt beziehungsweise an anderer Stelle wieder einspart.



Energetische Amortisationszeit verschiedener Anlagen in Monaten
Technologie Photovoltaik
Deutschland
Photovoltaik
Südeuropa
Windkraft Solarthermie
(Brauchwasser)
Spanne der Amortisationszeit in Monaten 15 - >100 7 - 76 3 - 23 5 - 32
Gewählte realistische Amortisationszeit in Monaten mono-Si: 40
poly-Si: 30
amorph: 28
CIS: 17
mono-Si: 24
poly-Si: 18
amorph: 16
CIS: 10
5 10


Erntefaktor verschiedener regenerativer Anlagen
Technologie Photovoltaik
Deutschland
Photovoltaik
Südeuropa
Windkraft Solarthermie
(Brauchwasser)
Erntefaktor mono-Si: 7,5
poly-Si: 10
amorph: 11
CIS: 17
mono-Si: 12,5
poly-Si: 17
amorph: 19
CIS: 30
48 24


Quellen:
Adam, T.; Schieferdecker, B.: Methodik im Rahmen produktorientierter Betrachtungen. Energiewirtschaftliche Tagesfragen 47.Jg. (1997) Heft 11, S. 678-682

Adler, U.: Energetische Amortisation. Sonnenenergie 6/93, S. 10-12

Alsema, E.A.; Frankl, P.; Kato, K.: Energy pay-back Time of Photovoltaic Energy Systems: Present Status and Prospects. 2nd Word Conference and Exhibition on Photovoltaic Solar Energy Conversion. Vienna, 6-10 July 1998, S. 2125-2130.

Hagedorn, G.: Kumulierter Energieverbrauch und Erntefaktoren von Photovoltaik-Systemen. Energiewirtschaftliche Tagesfragen 39.Jg. (1989) Heft 11, S. 712-718

Hagedorn, G.; Ilmberger, F.: Kumulierter Energieverbrauch und Erntefaktoren von Windkraftanlagen. Energiewirtschaftliche Tagesfragen 42.Jg. (1992) Heft 1/2, S. 42-51

Ito, Masakazu; Kudo, Mitsuru; Nagura, Masashi; Kurokawa, Kosuke: A Comparative Study on Life-Cycle Analysis of 20 Different PV Modules Installed at a Hokuto Mega-Solar Plant. 25th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Valencia, 6-10 September 2010, S. 3900-3903.

Kim, H.C.; Fthenakis, V.:Energy Payback Time and Life-Cycle Greenhouse-Gas Emissions of CIGS PV: Best Current Estimates. 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Hamburg, 5-9 September 2011, S. 3826-3830.

Knapp, K.; Jester, T.: PV payback. Homepower #80, December 2000/January 2001, S. 42-46.

Pick, E.; Wagner, H-J.; Bunk, O.: Kumulierter Energieaufwand von Windkraftanlagen. BWK Bd. 50 (1998) Nr. 11/12, S. 52-55.

© 12/2011 by Volker Quaschning


Haftungsausschluss Solaranlagen, Photovoltaik, Solarthermie