Klimawandel Solarenergie sorgt nicht für globale Erwärmung
Zum Thema Solarenergie gibt es zahlreiche Mythen. Photovoltaik-Anlagen sollen zur globalen Erderwärmung beitragen und für mehr Hitze in den Städten sorgen, wird dabei oft behauptet. Wie ist das einzuordnen?
"Solarenergie sorgt für Erderwärmung" und verstärke den Hitzeeffekt in den Städten, wird immer wieder in sozialen Netzwerken behauptet. Durch die Reflexion von Sonnenstrahlen soll angeblich die Luft aufgeheizt werden und dadurch würden die Temperaturen steigen.
Doch diese Argumentation greift zu kurz. Es sind zwei Sachen, die man bei der Debatte unterscheiden muss: zum einen geht es um globale Erwärmung und zum anderen um das Mikroklima in Städten.
CO2-Emissionen bei Herstellung
Grundsätzlich ist es so, dass Solarmodule den größten Teil des Sonnenlichts absorbieren, davon aber nicht alles in Strom umwandeln. Ein Teil der Energie wird immer als Wärme an die Umgebung zurückgegeben. Mit Blick auf die globale Erwärmung geht es vor allem um die Herstellung von Solarmodulen.
"Zunächst einmal trägt jede Form der Nutzung von Energie zur globalen Erwärmung bei - durch die Herstellung der Energie- bzw. meist der Stromerzeugungsform, indem Kohlendioxid (CO2) bei der Energieerzeugung emittiert wird. Die Photovoltaik-Technologie emittiert kein CO2 im Betrieb, jedoch wird Energie zur Herstellung von PV-Modulen und Systemkomponenten benötigt", erklärt Sebastian Nold vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE.
Der CO2-Fußabdruck einer PV-Anlage hänge im Wesentlichen damit zusammen, welcher Strommix für deren Herstellung verwendet wurde, und somit, welche Stromerzeugungstechnologien dafür eingesetzt wurden. CO2 gilt als einer der Hauptverursacher für die globale Erwärmung. Der jährliche Ausstoß steigt global weiter an.
Deutlich weniger CO2-Ausstoß als bei Braunkohle
Deshalb muss bei der Diskussion über Solarenergie auch geschaut werden, wie der globale Effekt insgesamt ist. Und da überzeugt die Solarenergie, sagt das Fraunhofer ISE, weil sie weniger CO2 als fossile Energien erzeugt.
"PV-Strom ersetzt insbesondere Strom aus fossilen Kraftwerken, die im Betrieb nicht nur Abwärme erzeugen", heißt es in einem Faktencheck-Papier des Instituts, "sondern je nach Brennstoff" auch besonders viel CO2 freisetzen. "Das CO2 gelangt in die Atmosphäre und wirkt dort mit unbegrenzter Dauer als Treibhausgas. Im Vergleich mit fossilen Kraftwerken reduziert eine Stromerzeugung über Photovoltaik die Freisetzung von CO2 massiv und bremst damit den Treibhauseffekt wirksam."
Eine Kilowattstunde Solarstrom verursacht laut Zahlen des Umweltbundesamts einen Treibhauseffekt, der rund 40 Gramm Kohlendioxid entspricht. Eine Kilowattstunde Braunkohlestrom dagegen verursacht 1000 Gramm CO2 allein durch den Brennstoff.
Herstellung aus Deutschland ausgelagert
Das Fraunhofer ISE geht inzwischen sogar von weit besseren Werten aus. Nach einer aktuellen ISE-Studie verursacht eine Kilowattstunde Photovoltaik-Strom nur 20 Gramm CO2. Der Grund: Im vergangenen Jahrzehnt wurde der Herstellungsprozess von Solarzellen stark verbessert. Die Siliziumschicht in den Zellen ist weniger als halb so dick wie vorher, und beim Sägen des Siliziums entsteht weniger Abfall.
Für die Umweltbilanz der Solarenergie spielen aber noch viele andere Faktoren eine Rolle - auch, wo die Komponenten für Solaranlagen produziert werden. Andreas Schlumberger, Geschäftsführer beim Solar Cluster Baden-Württemberg, kritisiert, dass die Herstellung aus Deutschland ausgelagert wurde:
Alles hängt auch davon ab, wo man produziert. Der gegebenenfalls niedrigere Preis von Importware ist eben nur ein Aspekt. Einerseits ist es notwendig, die Energiewende schneller voranzubringen, aber in China gelten oft auch deutlich weniger Sozial- und Umweltstandards als bei uns. Dazu kommen die Umweltbelastungen durch den Transport. Deswegen ist es ein mehrfacher Schaden, dass wir die Herstellung, zumindest auf Ebene der PV-Module, bei uns so gut wie verloren haben und die benötigten Mengen selbst gar nicht mehr herstellen können."
Steigt die Umgebungstemperatur von Solaranlagen?
Doch was hat es mit der Behauptung auf sich, dass durch die Reflektion des Sonnenlichts durch dunkle Solarmodule die Umgebungstemperatur steigt? Physikalisch geht es dabei um den sogenannten Albedo-Effekt. Er bezeichnet den Anteil des von einer Oberfläche reflektierten Lichts oder der Strahlung im Vergleich zur eingestrahlten Menge und beschreibt die Fähigkeit einer Oberfläche, Sonnenergie zu reflektieren.
Dunkle Flächen, wie Dächer oder Solarmodule, absorbieren mehr Energie als helle Flächen, wie zum Beispiel Wüstensand oder Schnee, die mehr Sonnenlicht reflektieren. Je heller eine Oberfläche ist, desto höher ist der Albedo-Wert. Solarmodule beziehungsweise die Solarzellen sind in der Regel dunkelblau bis schwarz. "Dies ergibt sich daraus, dass sie optimiert wurden, möglichst viel des eingestrahlten Lichtes einzukoppeln, um dieses zu Stromerzeugung nutzen zu können", teilt das Fraunhofer ISE mit.
Erwärmung in der Wüste
Allgemein ist es also so, dass es darauf ankommt, "welche Art von Oberfläche ersetzt wird durch eine Oberfläche mit Solarpanels. Was ist da vorher gewesen und was wäre da stattdessen geplant gewesen?", sagt Matthias Mauder, Arbeitsgruppenleiter Urbane und Öko-Klimatologie am Karlsruher Institut für Technologie und Professor für Meteorologie an der Technischen Universität Dresden.
In Wüsten zum Beispiel findet man tatsächlich eine Erwärmung durch die Installation von Solaranlagen. "Solarpanels sind viel dunkler als die relativ helle Oberfläche, die man sonst in der Wüste hat und nehmen deswegen mehr Strahlung auf", sagt Mauder. Und das führe dann dazu, dass die Luft typischerweise wärmer ist über so einer Solaranlage als das ohne Solaranlage der Fall wäre. Genaue Zahlen gibt es dazu noch nicht, es besteht noch Forschungsbedarf.
Solaranlage auf einer Wiese in Sachsen
Weniger Hitze in der Stadt
In Städten sieht der Wärmeeffekt anders aus. Aufgrund der Farbe unterscheiden sich Photovoltaik-Module hinsichtlich der Absorption des eingestrahlten Lichts nicht wesentlich von Dachflächen, die ebenfalls nur einen geringen Teil des eingestrahlten Lichts reflektieren. Solarmodule "setzen jedoch einen Teil des eingestrahlten Lichts, etwa 20 bis 25 Prozent, in elektrische Energie um", heißt es von Fraunhofer ISE. Sie geben also nicht alle eingetroffene Energie zurück an die Umgebung. "Photovoltaik-Module führen somit eher zu einer Verringerung der Hitze in der Stadt." Nachzulesen ist das zum Beispiel in einer Veröffentlichung des Wissenschaftsverlags Frontier Media.
Auch Mauder von der TU Dresden betont, dass Studien tatsächlich eine Abkühlung in der Stadt gefunden haben, "weil dort typischerweise die Dächer mit dunkleren Flächen als zum Beispiel in der Wüste bedeckt sind. Das kann dann zu einer Abkühlung von einigen Zehntel Grad führen - zumindest, wenn man alle Dächer mit mit Solaranlagen bestückt".
Die Modelle, die in bisherigen Studien dazu gefunden wurden, waren allerdings relativ simpel. "Deswegen wollen wir das genauer untersuchen - mit detaillierteren Modellansätzen und auch detaillierteren Messungen", so Mauder. Zu der Frage, wie Solaranlagen das Klima vor Ort beeinflussen, hat er deshalb nun ein Forschungsprojekt bewilligt bekommen.
Speziell geht es darum, wie sich Solaranlagen auf Dächern in der Stadt auf das Stadtklima auswirken. Mauders Forschung dazu läuft erst seit etwa einem halben Jahr, deshalb gibt es noch keine Ergebnisse.
