Maximierung der ökologischen Einsparungen bei der Herstellung von Silizium-Photovoltaik bis 2035

Warum sauberere Solarmodule wichtig sind

Solarenergie gilt oft als umweltfreundliche Wunderlösung, doch die Produktion von Solarmodulen verbraucht weiterhin Energie und Rohstoffe. Während die Welt darum ringt, bis zur Jahrhundertmitte Zehntausende von Gigawatt Photovoltaik-Leistung zu installieren, können schon kleine Unterschiede in der Herstellungsweise weltweit große Effekte nach sich ziehen. Diese Studie stellt eine einfache Frage mit weitreichenden Folgen: Wenn die Industrie auf einen neuen, effizienteren Silizium-Solarzellentyp umsteigt, lassen sich dann auch die versteckten Umweltkosten der Produktion all dieser Module verringern?

Ein neuer Solarmodultyp betritt die Bühne

Der heutige Silizium-Solarmarkt bewegt sich rasch von einem älteren Design namens PERC zu einem leistungsfähigeren Design, das als TOPCon bekannt ist. Beide basieren auf ähnlichen Siliziumwafern, unterscheiden sich aber in der Oberflächenbehandlung und in der Art, wie Metallkontakte zur Stromabnahme aufgebracht werden. Diese technischen Feinheiten verleihen TOPCon-Zellen eine höhere Effizienz, sodass jedes Modul mehr Leistung pro Fläche erzeugen kann. Die Autorinnen und Autoren verwenden eine umfassende Lebenszyklusanalyse — von der Quarzsandgewinnung über Zell- und Modulmontage bis hin zum Versand der Module von Fabriken nach Zentraleuropa —, um zu prüfen, wie sich diese beiden Technologien pro erzeugter Leistungseinheit ökologisch gegenüberstellen.

Jeden Einfluss zählen, nicht nur Kohlenstoff

Statt sich nur auf klimaschädliche Emissionen zu konzentrieren, untersucht das Team 16 Arten von Umweltauswirkungen, darunter Luftverschmutzung, Schädigung von Ökosystemen, Flächennutzung sowie den Verbrauch fossiler Brennstoffe und Metalle. Für in China gefertigte und nach Europa verschiffte Module schneidet TOPCon in 15 von 16 Kategorien besser ab. Im Durchschnitt reduziert es die klimaschädlichen Emissionen um etwa 6,5 Prozent pro Watt im Vergleich zu PERC — hauptsächlich, weil die höhere Effizienz weniger Material- und Verarbeitungsaufwand für dieselbe Leistung erfordert. In einem Bereich schneidet TOPCon jedoch schlechter ab: beim Metallverbrauch. Das Design benötigt mehr Silber für die Zellkontakte, was den Druck auf knappe Ressourcen erhöht.

Wo die versteckten Fußabdrücke wirklich herkommen

Bei genauerer Betrachtung zeigt die Analyse einige zentrale „Hotspots“, die den Großteil des Fußabdrucks eines modernen Solarmoduls ausmachen. Die Herstellung der Siliziumwafer, insbesondere des hochreinen Materials, das aus Quarz zu großen Ingot‑Blöcken und dünnen Scheiben verarbeitet wird, ist bei weitem der energieintensivste Schritt und treibt einen Großteil der Klima‑ und Luftverschmutzungsfolgen. Da in vielen Regionen der dafür genutzte Strom noch aus fossilen Quellen stammt, prägt die Kohlenstoffintensität des lokalen Stromnetzes den endgültigen Fußabdruck des Moduls stark. Weitere Hotspots sind das Silber für die feinen Leiterbahnen auf den Zellen, die Kupferverkabelung und das Solarglas im fertigen Modul sowie die Brennstoffe, die in Schiffen und Lkw verbrannt werden, um Module aus asiatischen Fabriken in europäische Märkte zu transportieren.

Standort und zukünftige Stromnetze verändern alles

Die Autorinnen und Autoren blicken dann auf das Jahr 2035 voraus und kombinieren erwartete Verbesserungen bei der Moduleffizienz, dünneren Wafern und reduziertem Silberverbrauch mit Szenarien, wie sich die Stromnetze in Indien, China, den Vereinigten Staaten und Europa voraussichtlich entkoppeln werden. Sie stellen fest, dass die Herstellung von TOPCon-Modulen in Europa bereits etwa halb so hohe Klimaauswirkungen pro Watt hat wie die Herstellung derselben Module in Indien — vor allem, weil der europäische Strom weniger kohleabhängig ist. Wenn sich die Netze wie erwartet dekarbonisieren, sinkt der Herstellungsfußabdruck überall, besonders aber in Regionen, die am schnellsten auf erneuerbare Energien umsteigen. Im nächsten Jahrzehnt könnte eine stärkere Verlagerung der Produktion hin zu kohlenstoffarmen Stromsystemen bei gleichzeitiger schrittweiser Verbesserung der Modulgestaltung gegenüber dem business-as-usual etwa 8,2 Milliarden Tonnen CO2‑Äquivalent an Emissionen über die Lebensdauer der Module hinweg einsparen.

Klimagewinne und Ressourcenbelastung abwägen

Während sauberere Netze die Klima- und Luftverschmutzungsfolgen deutlich senken, erhöhen sie zugleich die Abhängigkeit von bestimmten kritischen Metallen, weil Wind‑ und Solaranlagen mehr dieser Materialien benötigen als fossile Kraftwerke. Mit steigendem Anteil erneuerbarer Energien sieht die Studie einen moderaten Anstieg des Indikators „Metallverbrauch“, insbesondere in Regionen mit großem Ausbau sauberer Energie. Für die Solarmodulproduktion sind die wirkungsvollsten Hebel die Steigerung der Moduleffizienz und die Reduzierung des Stromverbrauchs bei der Waferherstellung; eine Verringerung des Silbereinsatzes hilft vor allem bei der Deckung der Metallknappheit, hat aber in anderen Kategorien geringere Effekte. Sensitivitätsprüfungen und Unsicherheitsanalysen zeigen, dass TOPCon in den meisten Kategorien sehr wahrscheinlich ökologisch günstiger ist als PERC.

Was das für die Energiewende bedeutet

Für Nicht‑Fachleute lautet die Kernbotschaft: Nicht alle Solarmodule sind gleich, und wo wir sie herstellen, ist fast genauso wichtig wie welches Design wir wählen. Die neue TOPCon‑Technologie kann mehr Strom mit insgesamt geringeren Umweltschäden erzeugen als ihr Vorgänger — vorausgesetzt, die Branche reduziert zugleich ihren höheren Silberbedarf. Kombinieren Hersteller hocheffiziente Designs mit saubererem Strom, könnte der Solarausbau bis 2035 über die Lebensdauer der Module hinweg Milliarden Tonnen an CO2‑Emissionen vermeiden, was die Herstellkosten bei weitem überwiegt. Kurz gesagt: Intelligenteres Produzieren kann Solarenergie zu einem noch stärkeren Instrument zum Schutz des Planeten machen.

Zitation: Willis, B.L., Rigby, O.M., Pain, S.L. et al. Maximising environmental savings from silicon photovoltaics manufacturing to 2035. Nat Commun 17, 2311 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69165-x

Schlüsselwörter: solare Photovoltaik, Lebenszyklusanalyse, TOPCon-Solarzellen, kohlenstoffarme Herstellung, Übergang zu erneuerbaren Energien