Umweltdumping versus Technikexzellenz - Wie Marktveränderungen und Technologieentwicklung die Ökobilanz von Solarstrom beeinflussen

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1 Umweltdumping versus Technikexzellenz - Wie Marktveränderungen und Technologieentwicklung die Ökobilanz von Solarstrom beeinflussen Rolf Frischknecht, Matthias Stucki, Karin Flury ESU-services GmbH, Uster, Schweiz E S U 10. Nationale Photovoltaik-Tagung 2012 TRAFO Baden, Schweiz, 23. März 2012

2 Quelle: Page 2

3 NZZ Page 3

4 NZZ Page 4

5 Schlüsselfragen Wie hoch sind die Umweltauswirkungen von heutigem Solarstrom, wenn der gesamte Lebenszyklus von Solaranlagen beurteilt wird? Wie beeinflusst die Herstellung in China die Umweltperformance von Solarstrom? Wie kann die Umweltperformance von Solarstrom optimiert werden? Page 5

6 Methode der Ökobilanz Systematische Analyse der Umweltauswirkungen über den ganzen Lebenszyklus Beurteilung aller Emissionen in Luft, Boden und Wasser Ermittlung der Ressourcenverbräuche wie Energie, Land und Mineralien Page 6

7 Systemumfang Solarstrom Herstellung der Ausgangsmaterialien Produktion der Solarzellen, Wafer und Module Herstellung von Montagesystem und Wechselrichter Anlagebau, -betrieb und -entsorgung Page 7

8 Methode der Ökobilanz in der ISO Norm Rahmen einer Ökobilanz Life Cycle Assessment Framework Goal and Scope Definition Sachbilanz Inventory Analysis Auswertung Interpretation Direkte Anwendungen: - Entwicklung und Verbesserung von Produkten - strategische Planung - politische Entscheidungsprozesse - Marketing - sonstige Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens Wirkungsabschätzung Impact Assessment Page 8

9 Hauptcharakteristika der Anlage Anlagegrösse (Nennleistung) Zelltechnologie 3 kw p Multikristalline Siliziumzellen Zelleffizienz 14,4 % Moduleffizienz 2025: 17 22%; 2050: 18 25% Standort Schweiz Modultyp Gerahmte Paneele * Montagesystem Aufgesetzt auf Schrägdach * Lebensdauer der Anlage Ertrag 30 Jahre 922 kwh / kw p * Anlage 2025 und 2050: dachintegrierte, rahmenlose Laminate Page 9

10 Hauptcharakteristika Fallbeispiel Standort: Uster Sunpower E19 / 240 Monokristallin Moduleffizienz: 19.3% Fläche: 32 m 2 Leistung: 6.48 kwp Page 10 Ertrag: ca kwh/kwp

11 nicht-erneuerbare Energie [MJ-eq/kWh] installierte Kapazität in der Schweiz (MWp) Entwicklung Vergangenheit Zukunft (pessimistisch) Zukunft (realistisch-optimistisch) Zukunft (sehr optimistisch) installierte Leistung [MW] Page 11 Quelle: NEEDS 2007

12 Modellierung: Herkunft Module & Silizium 20 % electronic grade silicon from Germany 46 % solar grade silicon from Germany 9 % solar grade silicon from Norway 25% solar grade silicon from US solar and electronic grade silicon from China manufacturing of ingot, wafer and cells in Europe manufacturing of ingot, wafer and cells in China 66% modules manufactured in Europe 34% modules imported from China Page 12 photovoltaic installations in Central Europe

13 Vergleich verschiedener Technologien gco 2 -eq./kwh Multi-Si 13.6% Mono-Si 14.0% Mono-Si 19.0% a-si 6.5% aufgesetzt CIS 10.8% intergriert ribbon-si 12.5% CdTe 11.7% 1/3 Import aus China europäisch europäisch 2/3 aus Malaysia Page kwh/kwp 1000 kwh/kwp 922 kwh/kwp

14 Umweltbelastungsanteile der Prozess-Stufen Silizium Wafer PV-Zelle PV-Modul Wechselrichter Elektrische Installationen Montagesystem Betrieb erneuerbare Energie nicht erneuerbare Energie Klimawandel Überdüngung Versauerung Feinstaub Sommersmog Humantoxizität 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Page 14

15 Resultate Die wichtigsten Beiträge zu den Umweltbelastungen von Solarstrom kommen aus der Siliziumproduktion und der Herstellung von Wafer, Solarzellen, Modulen und dem Montagesystem. Der Verbrauch nicht-erneuerbarer Energie wurde seit den 90er Jahren stetig reduziert. Strom aus CdTe-Laminaten hat einen tieferen CO 2 - Fussabdruck als Strom aus siliziumbasierten Paneelen. Page 15

16 Europa ist führend im Bau von PV-Anlagen Page 16 Quelle: Jäger-Waldau 2011

17 Enormes Wachstum der chinesischen Produktion Page 17 Schweiz importiert Module aus China Quelle: Jäger-Waldau 2011

18 Umweltvergehen in China Page 18 NZZ

19 Vergleich der Treibhausgasemissionen durch chinesische und europäische PV-Module gco2-eq/kwh Schiffstransport Stromverbrauch in Fotovoltaikindustrie Treibhausgase aus anderen Prozessen - Page 19 Solarstrom aus Anlage mit europäischen Paneelen (2006 Technologie) Solarstrom aus Anlage mit europäischen Paneelen (2011 Technologie) Solarstrom aus Anlage mit chinesischen Paneelen (2011 Technologie)

20 Resultate Europa ist Marktführer beim Bau von Fotovoltaik-Anlagen China ist Marktführer bei der Fotovoltaik-Produktion Technologische Fortschritte werden durch die Produktionsverlagerung nach Asien überkompensiert Strom aus PV-Anlagen chinesischer Herkunft hat um 70 % höhere Treibhausgas-Emissionen als Solarstrom aus Anlagen europäischer Herkunft Page 20

21 Umweltauswirkungen von PV Je nach Technologie zwischen 35 und 80 g CO 2 -eq pro kwh (ab Klemme) wesentliche Komponenten: Herstellung Silizium, Wafer, Solarzellen, Module und Montagesystem Weitere Reduktionen infolge zukünftiger technischer Entwicklung zu erwarten Page 21

22 Einfluss Chinesische Produktion Stromintensive Siliziumherstellung Kein (nachweislicher) Einsatz erneuerbaren Stroms Deutliche Erhöhung der Umweltintensität von Solarstrom aus chinesischen Modulen Vereinfachte Bilanzierung Informationslage chinesische Produktion verbessern Page 22

23 Optimierung Umweltperformance Strahlungsintensive Standorte und Ausrichtung Europäische Module mit hoher Effizienz CdTe Module Ressourcenschonende Montagesysteme Solarstrom ersetzt Strom aus Kohle-, Gas- oder Atomkraftwerken Page 23

24 Quelle: Niedrig-Emissions-Haus dank Solarstrom! Page 24

25 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Rolf Frischknecht ESU-services, Uster, Schweiz Verdankung: Die hier vorgestellten Arbeiten wurden ermöglicht dank finanzieller Unterstützung durch das Schweizerische Bundesamt für Energie (BFE). Page 25

26 Energierückzahldauer entspricht der Zeit, bis eine Fotovoltaik-Anlage durch ihre Stromproduktion den Verbrauch nicht erneuerbarer Primärenergie um so viel reduziert hat, wie für die Herstellung der Anlage benötigt wurde. Referenzsystem: Bedarf an nicht erneuerbarer Primärenergie des europäischen Strommixes Page 26

27 Energie-Rückzahldauer von PV-Anlagen Page 27

28 Reduktionspotenzial entspricht der Menge Emissionen oder Abfall, welche eine Fotovoltaik-Anlage im Laufe ihrer Lebensdauer durch ihre Stromproduktion reduzieren hilft. Emissionen und Abfälle, welche während der Herstellung der Anlage verursacht wurden, werden in Abzug gebracht. Referenzsystem: Strommix des Landes, in welchem die Anlage installiert wird Page 28

29 Treibhausgas-Reduktionspotenzial von PV-Anlagen Page 29

30 Reduktion radioaktiver Abfälle durch Solarstrom Page 30

31 Resultate In Südeuropa beträgt die Energie-Rückzahldauer weniger als 2 Jahre Optimal ausgerichtete Anlagen mit Zellen hoher Effizienz erreichen auch im Mittelland Energierückzahldauern von 2.5 Jahren 1 kwp Solaranlage kann während ihrer Lebensdauer folgende Umweltbelastungen reduzieren: Mehr als 35 Tonnen Treibhausgase (Griechenland) Mehr als 210 cm 3 hochradioaktive Abfälle (Frankreich) Page 31