Umweltauswirkungen: Solarmodule sind zwar ein wichtiger Bestandteil des Energiemixes, doch bei der Herstellung dieser Produkte werden gefährliche Chemikalien verwendet. So werden beispielsweise Aceton, Fluorwasserstoff, Schwefelsäure, Trichlorethan und andere Stoffe zur Reinigung der Oberflächen von Halbleiterzellen verwendet. Darüber hinaus erfordert der Bau großer Solarkraftwerke umfangreiche Landrodungen, die den Lebensraum von Wildtieren bedrohen. Auch der Herstellungsprozess verbraucht beträchtliche Ressourcen.
Die Verwendung von Photovoltaikmodulen – gibt es Anlass zur Sorge?
Einige Menschen haben Bedenken hinsichtlich der Umweltauswirkungen von Fotovoltaikanlagen geäußert. Einige befürchten, dass diese Paneele schädliche Chemikalien produzieren oder schädliche Partikel in die Umwelt emittieren können. Einige Module können sogar Silikose verursachen. Außerdem werden bei der Herstellung dieser Paneele seltene Mineralien abgebaut, und zwar in großem Umfang auf der ganzen Welt. Dies hat zu Erdfällen, zum Verlust der Artenvielfalt und zur Verschmutzung von Bächen und Flüssen geführt.
Einige der größten Umweltprobleme im Zusammenhang mit der Solarenergienutzung betreffen die Entsorgung von PV-Modulen. Nach Angaben der Internationalen Agentur für erneuerbare Energien (IRENA) fallen bei Photovoltaikanlagen große Mengen an Abfall an. Bis zu den 2030er Jahren kann diese Menge 78 Millionen Tonnen erreichen. Das ist eine schwindelerregende Zahl. Und diese Zahlen basieren auf der Annahme, dass die Paneele während ihrer gesamten 30-jährigen Lebensdauer an Ort und Stelle bleiben. Ein vorzeitiger Austausch ist dabei nicht berücksichtigt.
Es gibt auch Bedenken hinsichtlich der Entsorgung gebrauchter Platten. Die Paneele selbst enthalten eine Menge Schwermetalle, die den Boden und das Grundwasser verschmutzen können. Diese Chemikalien beeinträchtigen nicht nur das Ökosystem, sondern können auch für die menschliche Gesundheit schädlich sein. So hat sich beispielsweise herausgestellt, dass Blei schädliche Auswirkungen auf die Entwicklung von Kindern hat, und Cadmium ist ein bekanntes Karzinogen.
Ein weiteres Problem ist die Brandgefahr. Aufgrund der hohen Temperaturen, die Solarzellen erzeugen, besteht ein hohes Brandrisiko. Glücklicherweise wird der größte Teil der überschüssigen Elektrizität, die von diesen Modulen erzeugt wird, in Batterien gespeichert, die sich im Haus befinden. Sie können bis zu 600 Volt an direkter elektrischer Energie speichern. Stehen die Batterien jedoch im Freien, können sie aufgeladen bleiben und einen Brand auslösen. Dies kann zu schweren elektrischen Schäden führen und in einigen Fällen sogar Menschen töten.
Auswirkungen auf die Umwelt
Beim Bau und Rückbau von Solaranlagen entstehen Feinstaub und andere Schadstoffe, die schwerwiegende Auswirkungen auf nahe gelegene Gebiete haben können. Diese Schadstoffe können das Grundwasser verunreinigen und die Qualität des örtlichen Trinkwassers beeinträchtigen. Außerdem können Solaranlagen die Entwässerungskanäle verändern und zu verstärktem Abfluss und Erosion führen. Glücklicherweise gibt es technische Maßnahmen, um diese Auswirkungen zu mildern. Solarenergieanlagen stellen auch ein Gesundheitsrisiko für die örtliche Tier- und Pflanzenwelt dar. Zu diesen Gefahren gehören die Beschädigung von Lebensräumen, die Verringerung der vorhandenen Wildtierpopulationen und die Verschmutzung von Wasserressourcen.
Bei einigen Verfahren zur Herstellung von Solarmodulen entstehen gefährliche Nebenprodukte wie Flusssäure, Methylmercurylsulfonat und Siliziumtetrachlorid sowie saure und alkalische Abwässer. Diese Stoffe, die mit dem Abwasser entsorgt werden, sind nicht recycelbar und können Wasserlebewesen schädigen.
Die mit Solarmodulen verbundenen Treibhausgasemissionen sind deutlich geringer als die von herkömmlichen Energiequellen. Laut einer in Nature Energy veröffentlichten Studie liegen die Lebenszyklusemissionen von Solarmodulen bei 6 g CO2-Äquivalent pro Kilowattstunde und damit weit unter denen von Kohle, Kernkraft und Gas mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS). Solarmodule sind nicht nur kostengünstiger, sondern können auch die Energierechnung um die Hälfte senken.
Derzeit haben PV-Module eine Lebensdauer von bis zu 30 Jahren. Es ist also unwahrscheinlich, dass sie auf einer Mülldeponie landen. Aus diesem Grund haben die PV-Hersteller ein vielversprechendes Recyclingprogramm gestartet, das als “Cradle-to-Cradle”-Recycling bekannt ist. Ziel dieses Recyclings ist es, die Menge an Energie und anderen Ressourcen zu verringern, die für die Herstellung neuer PV-Paneele benötigt werden.
Trotz der Vorteile der erneuerbaren Energien steht die Photovoltaikindustrie weiterhin vor einer Reihe von Umweltproblemen. Für die Herstellung von PV-Zellen werden große Mengen an Chemikalien, Gasen und Lösungsmitteln benötigt. Viele dieser Chemikalien sind hochgiftig und schädlich für die menschliche Gesundheit und die Umwelt. Glücklicherweise haben Verbesserungen bei den Materialien, den Produktionsverfahren und den Kosten dazu beigetragen, dass sich die Photovoltaikindustrie zu einer nachhaltigeren, sauberen Energiequelle entwickelt hat.
Solarenergie hat viele weitere Vorteile für die Umwelt. Als alternative Energiequelle können Solarmodule dazu beitragen, giftigen Smog zu reduzieren oder sogar zu beseitigen. Solarenergie erzeugt auch weniger Kohlendioxid als fossile Brennstoffe. Das bedeutet, dass die Solarenergie zur Bekämpfung des Klimawandels beitragen kann.
Analyse der Leistungsdegradation von Fotovoltaikmodulen
Die Leistungsdegradation gebrauchter Fotovoltaikmodule variiert je nach der in den Modulen verwendeten Technologie. Die Degradationsrate von kristallinen Siliziummodulen beträgt etwa 0,8 % pro Jahr, während die Degradationsrate von Dünnschicht-Photovoltaikmodulen etwa 1,0 % pro Jahr beträgt. Dies sind die durchschnittlichen Raten.
Die Degradationsrate von gebrauchten PV-Modulen hängt weitgehend von den Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Einstrahlung ab. Sie ist jedoch nicht völlig unabhängig von den optischen Mängeln. Um die Auswirkungen dieser Umweltfaktoren auf die Leistung von gebrauchten Photovoltaikmodulen zu verstehen, sind weitere Forschungen erforderlich.
Eine der Möglichkeiten, die Effizienz gebrauchter PV-Paneele zu bewerten, ist die Durchführung eines PID-Experiments. Das PID-Experiment misst die Verlustleistung eines PV-Moduls. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verlustleistung des gebrauchten PV-Moduls 2-4 mal so hoch ist wie die des ursprünglichen Moduls.
Eine weitere Möglichkeit zur Bewertung der Degradationsrate gebrauchter Photovoltaikmodule ist die Betrachtung der Lebensdauer der Module. Je nach Art der Technologie können sie zehn bis fünfzehn Jahre halten. Die Degradationsrate von m-Si- und p-Si-Modulen ist höher als die von amorphem Silizium.
Die Degradationsrate von PV-Modulen wird durch die hohe Spannung zwischen den Verkapselungen und der vorderen Glasoberfläche beeinflusst. Die vordere Glasfläche ist in der Regel über die Unterkonstruktion der Zelle oder den Rahmen geerdet. Je höher die Degradationsrate ist, desto größer ist der Energieverlust der PV-Anlage.
Um die Leistungsdegradation von gebrauchten Photovoltaikmodulen zu beurteilen, wurden die Spannung (V) und der Strom (I) der Module gemessen und analysiert. Die inhomogene Alterung der PV-Zellen ist eine der Ursachen für die Degradation. Dadurch verringert sich die Leistung des Moduls und der Widerstand gegen Strom erhöht sich.
Der Test wurde mit c-Si-PV-Modulen durchgeführt, die auf einer Betonplatte montiert waren. Die Degradation von Voc und Isc wurde in Intervallen von 1500 h im Vergleich zu einem nicht montierten PV-Modul gemessen. Das auf Beton montierte PV-Modul zeigte eine schnellere Degradationsrate als das Referenz-PV-Modul.
In Photovoltaikmodulen verwendete Chemikalien
Die bei der Herstellung von PV-Geräten verwendeten Chemikalien sind oft giftig. Die potenziellen Risiken variieren jedoch je nach den Eigenschaften des jeweiligen Materials und der Umgebung, in der es verwendet wird. Um als gefährlich zu gelten, muss eine Chemikalie in einer ausreichend hohen Konzentration vorhanden sein, um gesundheitliche Auswirkungen zu verursachen. Im Fall von PV-Geräten sind in erster Linie die Arbeiter in den Produktionsstätten exponiert.
Während einige Feuerwehrleute über die Brandgefahr besorgt sind, ist es wichtig zu wissen, dass nur ein kleiner Teil eines PV-Paneels brennbar ist. Zu diesen Komponenten gehören das dünne Polymer, mit dem die PV-Zellen eingekapselt sind, die Kunststoff-Anschlussdose auf der Rückseite und die Isolierung der Kabel. Der Rest des PV-Panels besteht vollständig aus nicht brennbaren Materialien. Außerdem enthalten die Paneele eine oder zwei Schichten Schutzglas, die fast drei Viertel ihres Gewichts ausmachen.
Silizium-PV-Paneele enthalten neben Blei auch Spuren anderer Metalle. Diese Chemikalien sind für den Menschen nicht schädlich, könnten aber für andere Arten giftig sein. Es ist jedoch möglich, dass die in Silizium-PV-Paneelen enthaltenen Materialien gesundheitliche Probleme verursachen können, wenn sie in Grundwasserquellen gelangen.
Obwohl Solarmodule umweltfreundlich sind, gibt es Umwelt- und Gesundheitsbedenken im Zusammenhang mit ihnen. Diese Paneele nutzen ineffiziente Ressourcen und stellen ein Gesundheitsrisiko dar. So gehen beispielsweise 80 Prozent des Rohsiliziums im Produktionsprozess verloren. Außerdem entsteht bei der Herstellung von PV-Paneelen Siliziumstaub, der beim Einatmen gesundheitsschädlich ist. Glücklicherweise wurde der Herstellungsprozess in den Vereinigten Staaten reguliert, um diese Risiken zu verringern.
North Carolina hat innerhalb weniger Jahre von null auf über 400 Solaranlagen zugelegt. In dieser Zeit wurden in öffentlichen Anhörungen im ganzen Bundesstaat Bedenken über die gesundheitlichen Auswirkungen von PV-Paneelen geäußert. Darüber hinaus führte das North Carolina Clean Energy Technology Center umfangreiche Untersuchungen zu den gesundheitlichen Auswirkungen von Solarmodulen durch, die in einem Weißbuch zusammengefasst wurden, in dem diese Bedenken ausführlich dargelegt werden.
Silizium, das in PV-Zellen verwendet wird, ist zwar reichlich vorhanden, aber der Herstellungsprozess umfasst Hochtemperaturverfahren. Dabei werden die Sauerstoffmoleküle entfernt. Nach diesem Prozess wird das Silizium durch Zugabe geringer Mengen von Bor und Phosphor zu einer PV-Zelle veredelt. Diese Verbindungen sind zwar weit verbreitet, haben aber einen hohen Giftigkeitsgrad.
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