Die graue Energie bezeichnet die gesamte Energie, die für die Herstellung und Lieferung einer Ware aufgewendet wird. Die Amortisationszeit der grauen Energie gibt an, wie lange es dauert, bis die Erzeugungskapazität die gleiche Menge an nutzbarer Energie erzeugt, die für ihre Erzeugung verwendet wurde.
Die Energierückgewinnungszeit für ein Solarmodul kann in Australien deutlich unter einem Jahr liegen, und die Laufzeit einer kompletten Solaranlage auf einem Dach kann weniger als zwei Jahre betragen.
Um einen Nettoenergiegewinn zu gewährleisten, muss der Energieaufwand für die Herstellung erneuerbarer Energietechnologien berücksichtigt werden. Für einen erfolgreichen Betrieb muss der Energieaufwand einer Solarzelle geringer sein als ihre gesamte Energieausbeute.
Die Herstellung einer Solarzelle erfordert viele Verarbeitungsschritte, und die gebundene Energie sollte auf ein Minimum reduziert werden. Die folgenden Abschnitte erläutern einige der wichtigsten Schritte der gebundenen Energie in Silizium-Solarzellen.
Siliziumverarbeitung
Zur Herstellung von metallurgischem Silizium wird Quarzsand (Siliziumdioxid) durch carbothermische Reduktion gewonnen. Bei diesem Verfahren werden pro Kilogramm produziertem metallurgischen Silizium 20 kWh verbraucht.
Metallurgisches Silizium muss anschließend durch eine Salzsäurereaktion bei 300 °C und eine darauffolgende Wasserstoffbehandlung bei 1100 °C zu Silizium in Elektronikqualität raffiniert werden. Dieses Verfahren verbraucht 100 kWh Silizium in Elektronikqualität pro Kilogramm.
Dieses Silizium wird anschließend bei 1400 °C geschmolzen und kristallisiert, wofür 290 kWh/kg Silizium-Einkristall benötigt werden. Diese Siliziumart eignet sich für den Einsatz in Solarzellen. Nach Berücksichtigung der Materialverluste in den einzelnen Prozessschritten werden durch diese Verfahren 460 kWh Energie pro Kilogramm Silizium-Einkristall gewonnen.
Solarzellenproduktion
Eine Mehrdrahtsäge wird verwendet, um einen Silizium-Einkristall in Wafer zu spalten, wobei 40 bis 50 % als Staub verloren gehen. Anschließend werden verschiedene Hochtemperaturprozesse wie Diffusion, Oxidation, Abscheidung und Temperung durchgeführt.
Dadurch erhöht sich die gespeicherte Energie der Solarzelle um 120 kWh/m².
Lesen Sie auch: Was sind dezentrale Energieressourcen?
Modulmontage
Das Modul besteht aus einer Glasfrontplatte, einem Vergussmaterial, einer Solarzelle, einem Kupferband, einer Folienrückseite und einem Aluminiumprofil. Bei der Montage fallen 190 kWh/m² graue Energiekosten an.
Stützstruktur
Anschließend wird das Modul üblicherweise im Freiland oder auf einem Dach installiert. Im Freiland muss das Modul durch Beton, Zement und Stahl stabilisiert werden. Konstruktion und Bauteile erhöhen den Energieaufwand um 500 kWh/m² . Dächer verfügen bereits über ein Tragsystem, wodurch der Energieaufwand auf 200 kWh/m² sinkt.
