9 Umweltauswirkungen von Photovoltaikanlagen

Vereinfacht gesagt, sprechen wir über die Auswirkungen von Solarenergiesystemen auf die Umwelt, wenn wir über die Umweltauswirkungen von Photovoltaikanlagen sprechen.

Die Sonne ist eine gewaltige Energiequelle, die erst vor kurzem entdeckt wurde. Sie bietet reichlich Ressourcen, aus denen nachhaltiger, sauberer und schadstofffreier Strom erzeugt werden kann , was bedeutet, dass keine Emissionen entstehen, die zur globalen Erwärmung beitragen.

In den letzten Jahren wurde festgestellt, dass Sonnenenergie erfasst und für die weltweite Nutzung gespeichert werden kann, in der Hoffnung, traditionelle Energiequellen irgendwann zu verdrängen. Da sich die Aufmerksamkeit aller auf umweltfreundlichere Energiequellen verlagert, ist Solarenergie immer wichtiger geworden.

Derzeit macht Solarenergie 1.7 % der weltweiten Stromproduktion aus. Sowohl die Produktionstechniken als auch die verwendeten Materialien haben erhebliche Fortschritte gemacht.

Umweltauswirkungen von Photovoltaikanlagen

Bevor Solarenergie als wirklich saubere Energiequelle genutzt werden kann, müssen noch einige Umwelthindernisse beseitigt werden. Unter ihnen sind

  • Bodennutzung
  • Wasserverbrauch
  • Auswirkungen auf Wasser-, Luft- und Bodenressourcen
  • Gefahrenstoffe
  • Produktion von Solarmodulen
  • Halbleiterreinigung
  • Schadstoffe und Solarmüll
  • Umweltrisiken des Bergbaus
  • Umweltauswirkungen des Transports von Solarmodulen 

1. Landnutzung

Größere Solarkraftwerke können je nach Standort Bedenken hinsichtlich Lebensraumverlust und Bodendegradation hervorrufen. Die benötigte Gesamtfläche variiert je nach Technologie, Standort, Topografie und Intensität der Sonneneinstrahlung.

Es wird geschätzt, dass Photovoltaikanlagen im Versorgungsmaßstab zwischen 3.5 und 10 Acres pro Megawatt benötigen, wohingegen CSP-Anlagen schätzungsweise zwischen 4 und 16.5 Acres pro Megawatt benötigen.

Solaranlagen haben geringere Chancen auf eine Koexistenz mit landwirtschaftlichen Nutzungen als Windkraftanlagen. Solaranlagen im Versorgungsmaßstab können jedoch ihre negativen Auswirkungen auf die Umwelt verringern, indem sie in weniger wünschenswerten Gebieten installiert werden, beispielsweise auf Brachflächen, ehemaligen Minenstandorten oder bestehenden Übertragungs- und Verkehrsleitungen.

Kleinere Solar-PV-Anlagen haben einen geringeren Einfluss auf die Landnutzung und können auf Wohn- oder Gewerbeimmobilien installiert werden.

2. Wasserverbrauch

Photovoltaik-Solarzellen können Strom erzeugen, ohne dass Wasser benötigt wird. Dennoch wird bei der Herstellung von Solar-PV-Komponenten wie bei jedem anderen Herstellungsprozess etwas Wasser verbraucht.

Wasser ist, wie auch in anderen thermischen Kraftwerken, für die Kühlung von solarthermischen Kraftwerken (CSP) unerlässlich . Die Art des Kühlsystems, der Standort und die Anlagenkonstruktion beeinflussen den Wasserverbrauch.

Für jede erzeugte Megawattstunde Strom entfernen CSP-Anlagen mit Kühltürmen und Nassumwälztechnologie 600–650 Gallonen Wasser. Da Wasser nicht als Dampf verloren geht, weisen CSP-Anlagen mit Durchlaufkühlungstechnologie höhere Wasserentnahmeraten, aber einen geringeren Gesamtwasserverbrauch auf.

Bei Einsatz der Trockenkühlungstechnologie wird in CSP-Anlagen fast 90 % weniger Wasser verbraucht. Mit diesen Wassereinsparungen sind jedoch eine geringere Effizienz und höhere Kosten verbunden. Darüber hinaus nimmt die Effizienz der Trockenkühlungstechnik oberhalb von 100 Grad Fahrenheit dramatisch ab.

3. Auswirkungen auf Wasser-, Luft- und Bodenressourcen

Die Entwicklung großflächiger Solaranlagen erfordert eine Planierung und Rodung, was die Entwässerungswege verändert, den Boden verdichtet und die Erosion verstärkt.

Der Wasserverbrauch von zentralen Turmkühlsystemen ist in ariden Gebieten ein Problem, da ein steigender Wasserbedarf die verfügbaren Ressourcen belasten und zu chemischen Leckagen aus den Anlagen führen könnte, die das Grundwasser oder die Umgebung verunreinigen könnten.

Der Bau von Solarkraftwerken kann ein Risiko für die Luftqualität darstellen, ähnlich wie die Entwicklung eines größeren Industriekomplexes. Zu diesen Gefahren gehören die Ausbreitung von durch den Boden übertragenen Krankheiten und ein Anstieg von Feinstaub in der Luft, der die Wasserversorgung verunreinigt.

4. Gefährliche Materialien

Bei der Herstellung von PV-Zellen werden viele gefährliche Verbindungen eingesetzt. Der Großteil dieser Materialien wird zur Reinigung und Reinigung der Halbleiteroberfläche verwendet. Zu diesen Substanzen gehören Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Fluorwasserstoff, 1,1,1-Trichlorethan und Aceton.

Sie sind vergleichbar mit denen, die im allgemeinen Halbleitergeschäft eingesetzt werden. Die Art der Zelle, der erforderliche Reinigungsgrad und die Größe des Siliziumwafers haben Einfluss auf die Menge und Art der verwendeten Chemikalien.

Es bestehen Bedenken für Arbeitnehmer, die Siliziumstaub einatmen. Um zu verhindern, dass Arbeiter giftigen Chemikalien ausgesetzt werden, und um sicherzustellen, dass Produktionsabfälle ordnungsgemäß entsorgt werden, müssen PV-Hersteller die US-amerikanischen Vorschriften einhalten.

Im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-Photovoltaikzellen enthalten Dünnschicht-PV-Zellen mehrere gefährlichere Bestandteile wie Galliumarsenid, Kupfer-Indium-Galliumdiselenid und Cadmiumtellurid. Eine unsachgemäße Handhabung und Entsorgung dieser Gegenstände kann erhebliche Risiken für die Umwelt oder die öffentliche Gesundheit darstellen.

Daher sind die Hersteller finanziell motiviert, dafür zu sorgen, dass diese äußerst wertvollen und oft ungewöhnlichen Materialien recycelt und nicht weggeworfen werden.

5. Produktion von Solarmodulen

Die Herstellung von Solarmodulen ist ressourcenintensiv und verbraucht Industriematerialien, fossile Brennstoffe und große Mengen Wasser. Hauptenergieträger ist Kohle, was mit höheren CO₂-Emissionen einhergeht.

Bei der Herstellung von Solarmodulen werden sowohl Natriumhydroxid als auch Flusssäure verwendet. Für beides sind strenge Regeln für den Umgang und die Beseitigung gefährlicher Abwässer erforderlich. In der Zwischenzeit müssen die Arbeiter in Anlagen, die Solarmodule herstellen, vor diesen gefährlichen Stoffen geschützt werden. Dabei handelt es sich um kontrollierte Schutzmaßnahmen.

Studien zufolge gelangen während des Produktionsprozesses Siliziumpartikel in die Umwelt und verursachen bei Personen, die nachweislich damit in Kontakt kommen, eine Silikose. Es wurde nachgewiesen, dass Personen, die während des Produktionsprozesses Siliziumpartikeln ausgesetzt sind, eine Silikose entwickeln können.

6. Halbleiterreinigung

Photovoltaikzellen (PV) bestehen aus Halbleiterwafern, die mit giftigen chemischen Substanzen gereinigt werden. Diese bestehen aus Schwefel- und Flusssäure.

Um Schäden zu beseitigen und die richtige Oberflächenstruktur zu erzeugen, ist dieser Reinigungsprozess von entscheidender Bedeutung. Flusssäure hingegen kann Gewebe angreifen und Knochen entkalken, was für eine ungeschützte Person tödlich ist. Es muss sehr sorgfältig gehandhabt und entsorgt werden.

Da Natriumhydroxid einfacher zu handhaben und zu entsorgen ist und ein geringeres Risiko für die Gesundheit der Mitarbeiter darstellt, ist es möglicherweise eine sicherere Option.

7. Schadstoffe und Solarmüll

Da die ersten paar installierten Modulsätze erst jetzt ablaufen, hat das Problem des Recyclings veralteter Solarmodule noch keine große Aufmerksamkeit erregt. Der Umgang mit abgelaufenen Photovoltaikmodulen wird angesichts des bevorstehenden Ablaufs zu einem kritischen Thema.

Obwohl Blei und Cadmium in Solarmodulen enthalten sind – beide sind dafür bekannt, Krebs zu verursachen – bestehen sie hauptsächlich aus Glas. Daher bestehen Bedenken hinsichtlich der Sicherheit der Schadstoffe. Die Entfernung von Verunreinigungen verursacht zusätzliche Kosten für das Recycling dieser Komponenten.

Derzeit werden veraltete Solarmodule häufig auf Mülldeponien entsorgt , da sie nicht ohne Weiteres wiederverwendet werden können. Da die Module schädliche Chemikalien enthalten, birgt diese Technik erhebliche Umweltrisiken.

Durch Regenwasser kann Cadmium freigesetzt und ausgeschwemmt werden, das dann in den Boden eindringt und die Umgebung verunreinigt.

8. Umweltrisiken des Bergbaus

Der Großteil der modernen Technologie verwendet bei ihrer Herstellung seltene Mineralien. Ebenso nutzen Photovoltaikmodule über 19 dieser seltenen Mineralien.

Dabei handelt es sich um begrenzte Ressourcen, die an vielen Orten auf der ganzen Welt fleißig geerntet werden. Während Nationen daran arbeiten, die Produktion erneuerbarer Energien zu steigern und die Nachfrage der Verbraucher nach Technologie zu befriedigen, besteht eine unglaublich hohe Nachfrage nach diesen Mineralien.

Untersuchungen deuten darauf hin, dass es nicht genug Indium geben wird, eine Komponente, die in Photovoltaikmodulen verwendet wird, um die enorme Nachfrage zu decken und diese grüne Revolution voranzutreiben.

Diese Ergebnisse sind alarmierend, und die Auswirkungen des Bergbaus verschärfen sie noch. Es ist nachgewiesen, dass der Bergbau Erdfälle, den Verlust der Artenvielfalt und die Vergiftung benachbarter Gewässer durch extrem saure Metallabfälle verursacht.

9. Umweltauswirkungen des Transports von Solarmodulen 

Transportbedingte Emissionen von Solaranlagen stellen ein zusätzliches Problem dar. Obwohl Solaranlagen weltweit hergestellt werden, erfolgt die Produktion hauptsächlich in China, den USA und Europa. Hinzu kommt, dass Bauteile für Solaranlagen, die in einem Land gefertigt werden, unter Umständen in ein anderes transportiert werden müssen.

Ehrlich gesagt ist es schwierig, den genauen CO₂-Fußabdruck jedes einzelnen Produktionsschritts von Solarmodulen zu bestimmen. Die Auswirkungen der Solarmodulproduktion auf die Umwelt sind bisher nicht umfassend erforscht oder dokumentiert worden.

Berichten zufolge versucht die Coalition on Materials Research Transparency jedoch , den CO2-Fußabdruck von Abbau, Herstellung und Transport von Solarmodulen zu quantifizieren und offenzulegen.

Es ist bemerkenswert, dass die Menge der bei der Herstellung von Solarmodulen entstehenden Kohlenstoffemissionen weitaus geringer ist als die von konventionellen Energieanlagen und noch viel geringer als die von Kohlebergbau , Fracking oder Ölbohrungen.

Ein häufiges Problem bei Solarmodulen ist jedoch, was mit ihnen nach ihrer typischen 25-jährigen Lebensdauer passiert, die über die Leistung hinausgeht.

Fazit

Obwohl Solarenergie nicht einwandfrei ist, hat sie im Allgemeinen positive Auswirkungen auf die Umwelt und die Finanzen.

Ja, der Abbau und die Herstellung von Solarmodulen verbrauchen enorme Mengen an Energie, und ja, der Prozess erfordert den Einsatz von Chemikalien. Im Gegensatz zu den Daten deuten diese beiden unbestreitbaren Tatsachen jedoch nicht darauf hin, dass Solarmodule insgesamt einen negativen Effekt haben.

In weniger als zwei Jahren wird die zur Herstellung eines Solarpanels aufgewendete Energie zurückgewonnen sein. Auch wenn Solarenergie bei der Produktion und Verarbeitung berücksichtigt wird, sind die Emissionen drei- bis 3-mal geringer als bei der Produktion der gleichen Energiemenge mit fossilen Brennstoffen. 

Die Nutzung von Solarenergie verursacht weniger Emissionen als die Nutzung fossiler Brennstoffe, insbesondere Kohle, was sie zu einer sehr vorteilhaften Technologie macht.

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