Das Wichtigste in Kürze
Der Erntefaktor sagt, wie oft eine Anlage die Energie wieder einspielt, die für Herstellung, Betrieb und Entsorgung nötig war. Photovoltaik hat eine klar positive Energiebilanz: Eine Solaranlage in Deutschland liefert ein Vielfaches der eingesetzten Energie.
- Erntefaktor Photovoltaik in Deutschland: 11 bis 18 laut Fraunhofer ISE, bei 25 bis 30 Jahren Lebensdauer
- Energetische Amortisation: durchschnittlich 1 bis 2 Jahre laut Umweltbundesamt, ohne Batteriespeicher
- Marktübliche monokristalline Module: unter 1,3 Jahre laut Fraunhofer ISE
- Daraus errechnet: Erntefaktor rund 18 bis 22 (eigene Rechnung von Solar.red)
- Windenergie an Land zum Vergleich: energetische Amortisation nach etwa 3 bis 5 Monaten laut Umweltbundesamt
- Englische Abkürzung: ERoEI oder EROI, Energy Returned on Energy Invested
Was ist der Erntefaktor?
Der Erntefaktor ist das Verhältnis zwischen der Energie, die ein Kraftwerk über seine Lebensdauer liefert, und der Energie, die für seinen Lebenszyklus aufgewendet wird. So beschreibt es das Fraunhofer ISE. Ein Erntefaktor von 15 heißt: Die Anlage gibt 15-mal so viel Energie zurück, wie in ihr steckt.
International heißt die Kennzahl ERoEI oder kurz EROI. Das steht für Energy Returned on Energy Invested, also zurückgewonnene Energie geteilt durch eingesetzte Energie. Bei einem Wert von genau 1 hätte die Anlage nur ihre eigene Herstellung ausgeglichen. Alles darüber ist Gewinn.
Die eingesetzte Energie wird oft graue Energie genannt. Fachleute sprechen vom kumulierten Energieaufwand. Gemeint ist alles, was vor dem ersten Sonnenstrahl und nach dem letzten anfällt: Gewinnung der Rohstoffe, Herstellung von Solarzellen, Modulen, Gestell und Wechselrichter, Transport, Montage und Entsorgung.
Eng verwandt ist die energetische Amortisationszeit. Sie gibt an, wie lange eine Anlage laufen muss, bis sie die eingesetzte Energie wieder erzeugt hat. Der Erntefaktor betrachtet dagegen die gesamte Laufzeit. Mit Geld haben beide Größen nichts zu tun.
Wie wird der Erntefaktor berechnet?
Der Erntefaktor ergibt sich, indem man die gesamte Energieerzeugung über die Lebensdauer durch den kumulierten Energieaufwand teilt. Die Formel ist einfach, schwierig ist die Ermittlung des Aufwands. Dafür braucht es eine Ökobilanz der gesamten Lieferkette.
Erntefaktor = erzeugte Energie über die Lebensdauer ÷ kumulierter Energieaufwand
Wer die energetische Amortisationszeit kennt, kann abkürzen. Nach dieser Zeit hat die Anlage ihren Aufwand einmal eingespielt. Der Erntefaktor ist dann die Zahl der Betriebsjahre geteilt durch die Amortisationszeit. Weil Module mit den Jahren etwas nachlassen, zählt jedes spätere Jahr geringfügig weniger. Diesen Verlust nennt man Degradation.
Energetische Amortisationszeit: 1,6 Jahre. Lebensdauer: 30 Jahre. Ertragsverlust: 0,35 % pro Jahr.
Durch den Ertragsverlust entsprechen 30 Betriebsjahre dem Ertrag von 28,5 vollen Jahren.
Erntefaktor: 28,5 ÷ 1,6 = rund 18
Das Ergebnis trifft den oberen Wert der Spanne von 11 bis 18, die das Fraunhofer ISE nennt. Der untere Wert ergibt sich mit 2,1 Jahren Amortisationszeit und 25 Jahren Lebensdauer: 24,0 ÷ 2,1 = rund 11. Die Rechnung von Solar.red bildet die Spanne also nach.
Wie hoch ist der Erntefaktor von Photovoltaik?
Der Erntefaktor von Photovoltaikanlagen in Deutschland liegt nach Angaben des Fraunhofer ISE bei 11 bis 18. Die Spanne beruht auf einer Analyse im Auftrag des Umweltbundesamts. Sie rechnet mit 1.200 Kilowattstunden Einstrahlung pro Quadratmeter und Jahr auf Modulebene, 25 bis 30 Jahren Lebensdauer und 0,35 % Ertragsverlust pro Jahr.
| Modultyp und Datenstand | Energetische Amortisation | Erntefaktor bei 25 Jahren | Erntefaktor bei 30 Jahren |
|---|---|---|---|
| Monokristallin, Analyse für das Umweltbundesamt | 2,1 Jahre | rund 11 | rund 14 |
| Multikristallin, Analyse für das Umweltbundesamt | 1,6 Jahre | rund 15 | rund 18 |
| Monokristallin, jüngere Produktionsdaten | unter 1,3 Jahre | über 18 | über 22 |
Die dritte Zeile zeigt, wohin die Entwicklung geht. Für Anlagen mit marktüblichen monokristallinen Modulen nennt das Fraunhofer ISE auf Basis jüngerer Produktionsdaten eine Amortisationszeit von unter 1,3 Jahren. Dünnere Siliziumscheiben und sparsamere Fabriken senken den Aufwand. Daraus ergibt sich rechnerisch ein Erntefaktor von rund 18 bis 22.
Dass multikristalline Module in der älteren Analyse besser abschneiden als monokristalline, überrascht viele. Der Grund liegt in der Herstellung: Das Ziehen eines Einkristalls braucht mehr Energie als das Gießen eines Siliziumblocks. Der höhere Wirkungsgrad gleicht das nur zum Teil aus.
Erntefaktor-Rechner
Mit dem Rechner ermitteln Sie den Erntefaktor aus drei Werten: energetische Amortisationszeit, Lebensdauer und jährlicher Ertragsverlust. Voreingestellt sind die Annahmen des Fraunhofer ISE für marktübliche monokristalline Module.
Erntefaktor berechnen
Vereinfachte Rechnung von Solar.red: Summe der Jahreserträge unter Berücksichtigung des Ertragsverlusts, geteilt durch die Amortisationszeit. Energie für einen Tausch von Bauteilen während der Laufzeit ist nicht enthalten.
Wovon der Erntefaktor abhängt
Der Erntefaktor hängt von zwei Seiten ab: wie viel Energie in der Anlage steckt und wie viel sie über die Jahre liefert. Laut Fraunhofer ISE schwanken Amortisationszeit und Erntefaktor mit der Technik und dem Standort. Fünf Größen bestimmen das Ergebnis.
| Einflussgröße | Wirkung auf den Erntefaktor | Warum |
|---|---|---|
| Lebensdauer | Steigt mit jedem Betriebsjahr | Der Aufwand fällt einmal an, der Ertrag jedes Jahr |
| Einstrahlung am Standort | Steigt mit mehr Sonne | Mehr Ertrag bei gleichem Herstellungsaufwand |
| Herstellungsort | Steigt bei Fertigung in Europa | Höherer Anteil von Ökostrom in der Produktion |
| Ertragsverlust der Module | Sinkt bei schnellerem Nachlassen | Spätere Jahre liefern weniger |
| Batteriespeicher | Sinkt etwas | Zusätzlicher Herstellungsaufwand ohne zusätzliche Erzeugung |
Die Lebensdauer ist der stärkste Hebel. Das Umweltbundesamt nennt für Solarmodule im Regelfall 25 bis 30 Jahre. Jedes Jahr darüber hinaus erhöht den Erntefaktor, ohne dass neue Energie investiert werden muss. Mehr dazu steht im Beitrag zur Lebensdauer von Solarmodulen und Speichern.
Beim Standort zählt die Globalstrahlung. Die Werte des Fraunhofer ISE gelten für 1.200 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr auf Modulebene. An sonnigeren Orten erzeugt dieselbe Anlage mehr Strom, der Erntefaktor steigt im selben Verhältnis. Das Gegenteil bewirken Verschattung und eine ungünstige Ausrichtung.
Auch die Herkunft der Bauteile spielt eine Rolle. Eine Fertigung in Europa verkürzt die Amortisationszeit laut Fraunhofer ISE weiter, weil dort mehr Ökostrom in die Produktion fließt als bei Importware aus China.
Photovoltaik und Windenergie im Vergleich
Windenergieanlagen an Land spielen ihren Energieaufwand schneller ein als Photovoltaikanlagen. Laut Umweltbundesamt amortisieren sie sich nach etwa drei bis fünf Monaten energetisch. Das Amt nennt diesen Wert im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energien sehr kurz.
| Technik | Energetische Amortisation | Anmerkung |
|---|---|---|
| Photovoltaik | durchschnittlich 1 bis 2 Jahre | Anlagen ohne Batteriespeicher |
| Windenergie an Land | etwa 3 bis 5 Monate | Bezogen auf den deutschen Strommix |
Für den Erntefaktor heißt das: Bei gleicher Laufzeit liegt Wind vorn. Beide Techniken liefern aber ein Vielfaches der eingesetzten Energie, und sie ergänzen sich. Wind weht vor allem im Winterhalbjahr, die Sonne scheint vor allem im Sommer.
Für Wasserkraft, Biomasse und fossile Kraftwerke kursieren viele Erntefaktoren. Sie stammen aus Studien mit unterschiedlichen Rechenwegen und sind untereinander kaum vergleichbar. Diese Seite nennt deshalb nur Werte, die sich auf eine einheitliche Quelle stützen.
Praxis: Was der Erntefaktor für Ihre Anlage bedeutet
Für die eigene Solaranlage bedeutet der Erntefaktor vor allem eines: Sie ist energetisch längst im Plus, bevor sie sich finanziell rechnet. Nach ein bis zwei Jahren hat sie ihre Herstellungsenergie eingespielt. Alles danach ist Gewinn für die Energiebilanz.
Die energetische Amortisation vergleicht Kilowattstunden mit Kilowattstunden. Die finanzielle Amortisation vergleicht Kosten mit Ersparnis und hängt von Strompreis, Eigenverbrauch und Vergütung ab. Sie dauert deutlich länger. Wie sie sich berechnet, zeigt der Beitrag zur Wirtschaftlichkeit der Photovoltaik.
Wer den Erntefaktor der eigenen Anlage hochhalten will, muss vor allem eines tun: sie lange betreiben. Daraus folgen ein paar einfache Regeln.
- Anlage so lange laufen lassen, wie sie sicher Strom liefert
- Defekte Bauteile reparieren oder einzeln tauschen, nicht die ganze Anlage
- Verschattung vermeiden und Ausrichtung bei der Planung prüfen
- Ertrag regelmäßig kontrollieren, damit Ausfälle früh auffallen
- Alte Module fachgerecht entsorgen lassen, damit Glas und Aluminium wiederverwertet werden
Ein voreiliger Tausch gegen leistungsstärkere Module verschlechtert die Bilanz der alten Anlage, weil ihre Herstellungsenergie dann auf weniger Betriebsjahre verteilt wird. Welchen Ertrag ein Dach bringen kann, lässt sich mit dem Solarrechner abschätzen.
Häufige Fragen zum Erntefaktor
Was ist ein guter Erntefaktor für eine Photovoltaikanlage?
Für Photovoltaikanlagen in Deutschland nennt das Fraunhofer ISE Erntefaktoren von 11 bis 18. Die Anlage liefert über ihre Lebensdauer also 11- bis 18-mal so viel Energie, wie für ihren Lebenszyklus aufgewendet wurde. Grundlage sind 25 bis 30 Jahre Lebensdauer, 0,35 Prozent Ertragsverlust pro Jahr und eine Einstrahlung von 1.200 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr auf Modulebene.
Wie lange dauert die energetische Amortisation einer Solaranlage?
Photovoltaikanlagen ohne Batteriespeicher amortisieren sich in Deutschland laut Umweltbundesamt nach durchschnittlich ein bis zwei Jahren energetisch. Das Fraunhofer ISE nennt für Anlagen mit marktüblichen monokristallinen Modulen auf Basis jüngerer Produktionsdaten weniger als 1,3 Jahre.
Was ist der Unterschied zwischen Erntefaktor und energetischer Amortisationszeit?
Die energetische Amortisationszeit sagt, wie lange eine Anlage laufen muss, bis sie die investierte Energie wieder erzeugt hat. Der Erntefaktor sagt, wie oft sie das über ihre gesamte Lebensdauer schafft. Beide Größen hängen zusammen: Teilt man die Lebensdauer durch die Amortisationszeit, ergibt sich näherungsweise der Erntefaktor.
Hat Photovoltaik eine positive Energiebilanz?
Ja. Laut Fraunhofer ISE verbraucht die Herstellung von Solarmodulen nicht mehr Energie, als sie im Betrieb liefern. Bei einer energetischen Amortisation nach ein bis zwei Jahren und einer Lebensdauer von 25 bis 30 Jahren erzeugt eine Anlage ein Vielfaches der eingesetzten Energie.
Welche Solarzellen haben den besten Erntefaktor?
In einer Analyse im Auftrag des Umweltbundesamts lagen multikristalline Module mit 1,6 Jahren energetischer Amortisation vor monokristallinen mit 2,1 Jahren, weil ihre Herstellung weniger Energie braucht. Für marktübliche monokristalline Module nennt das Fraunhofer ISE auf Basis jüngerer Produktionsdaten weniger als 1,3 Jahre. Entscheidend ist der Energieaufwand der Herstellung, nicht allein der Wirkungsgrad.
Wie unterscheidet sich der Erntefaktor von Photovoltaik und Windenergie?
Windenergieanlagen an Land amortisieren sich laut Umweltbundesamt nach etwa drei bis fünf Monaten energetisch, Photovoltaikanlagen in Deutschland nach durchschnittlich ein bis zwei Jahren. Wind erreicht deshalb bei gleicher Laufzeit einen höheren Erntefaktor. Beide Techniken liefern ein Vielfaches der eingesetzten Energie.
Wie beeinflusst der Standort den Erntefaktor einer PV-Anlage?
Der Erntefaktor steigt mit der Einstrahlung, weil dieselbe Anlage mehr Strom erzeugt, ohne dass ihre Herstellung mehr Energie kostet. Die Werte des Fraunhofer ISE gelten für 1.200 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr auf Modulebene. Verschattung und ungünstige Ausrichtung senken den Ertrag und damit den Erntefaktor.
Verschlechtert ein Batteriespeicher den Erntefaktor?
Ein Batteriespeicher erhöht den Energieaufwand der Herstellung, ohne dass die Anlage mehr Strom erzeugt. Der Erntefaktor der Gesamtanlage sinkt dadurch etwas. Das Umweltbundesamt gibt seine Amortisationszeit von ein bis zwei Jahren deshalb ausdrücklich für Anlagen ohne Batteriespeicher an.
Ist der Erntefaktor dasselbe wie der Wirkungsgrad?
Nein. Der Wirkungsgrad sagt, welchen Anteil des Sonnenlichts ein Modul in Strom umwandelt. Der Erntefaktor vergleicht die gesamte Stromerzeugung über die Lebensdauer mit der Energie für Herstellung, Betrieb und Entsorgung. Ein Modul mit hohem Wirkungsgrad kann einen schlechteren Erntefaktor haben, wenn seine Herstellung viel Energie braucht.
Fazit
Der Erntefaktor zeigt, wie oft eine Anlage ihre eigene Herstellungsenergie zurückgibt. Für Photovoltaik in Deutschland nennt das Fraunhofer ISE Werte von 11 bis 18. Mit marktüblichen monokristallinen Modulen und einer Amortisationszeit unter 1,3 Jahren sind rechnerisch rund 18 bis 22 erreichbar.
Die Frage, ob eine Solaranlage mehr Energie verbraucht, als sie liefert, ist damit beantwortet: Sie liefert ein Vielfaches. Den größten Einfluss hat die Laufzeit. Wer seine Anlage lange betreibt und gut pflegt, holt energetisch das meiste heraus.
Quellen und Methodik
Amortisationszeiten, Annahmen und die Spanne von 11 bis 18 stammen aus den Fakten zur Photovoltaik des Fraunhofer ISE, das sich auf eine Analyse im Auftrag des Umweltbundesamts stützt. Die Werte für Wind und die Durchschnittswerte für Photovoltaik nennt das Umweltbundesamt. Alle übrigen Erntefaktoren hat Solar.red aus Amortisationszeit, Lebensdauer und Ertragsverlust selbst berechnet und so gekennzeichnet. Die Tabelle der Einflussgrößen ist eine qualitative Einordnung.
- Fraunhofer ISE: Recent Facts about Photovoltaics in Germany - Definition, Amortisationszeiten, Erntefaktor 11 bis 18, Annahmen
- Umweltbundesamt: Photovoltaik - energetische Amortisation, Lebensdauer
- Umweltbundesamt: Windenergie an Land - energetische Amortisation von Windenergieanlagen
Hinweis: Solar.red steht in keiner geschäftlichen Verbindung mit dem Fraunhofer ISE oder dem Umweltbundesamt. Die genannten Werte sind Richtwerte aus Ökobilanzen und eigenen Rechnungen. Der Erntefaktor einer einzelnen Anlage hängt von Bauteilen, Standort und Laufzeit ab.
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