Der CO2-Fußabdruck einer Solaranlage oder eines Solarmoduls umfasst die gesamten Emissionen, die während des gesamten Lebenszyklus (Herstellung, Transport, Nutzung, Entsorgung) entstehen.  Die Herstellung von Solarmodulen, insbesondere die Produktion von Silizium, hat einen nicht unerheblichen CO2-Ausstoß.  Der "Solar-Fingerabdruck" ist eine Möglichkeit, die Umweltbelastung von Solarenergieprodukten zu bewerten und die Nachhaltigkeit zu verbessern. 

Über einen Zeitraum von 30 Jahren gerechnet ergibt sich pro erzeugter kWh Strom eine Co²-Immission von 56 g. Bei einem Windrad liegt dieser Wert bei 8 g.

Bis eine Solaranlage so viel Energie erzeugt hat, wie zu ihrer Herstellung benötigt wurde, dauert es zwischen ein und drei Jahren.
Dünnschichtmodule und polykristalline Module amortisieren sich dabei am schnellsten. Bei monokristallinen Modulen dauert es länger.
Danach trägt die Photovoltaikanlage erheblich zur Reduzierung von Treibhausgasen bei. Konventionelle Energieerzeugung auf der Basis fossiler Brennstoffe amortisiert sich dagegen nie, da ständig neue Brennstoffe benötigt werden.
Solaranlagen können besonders umweltfreundlich und nachhaltig produziert werden, wenn die Energie dafür selbst aus erneuerbaren Quellen stammt.

Eine weitere Kennzahl, mit der sich die Nachhaltigkeit von Solarenergie beurteilen lässt, ist der Erntefaktor. Er beschreibt das Verhältnis der zur Herstellung benötigten Energie zu jener, die die Anlage im Laufe ihrer Lebenszeit erzeugt hat.

Die angebene Leistung einer Solaranlage wir im Wp angegeben. Das ist der maximale Gleichstrom den eine Anlage unter Laborbedingungen erzeugen kann. STC: Einstrahlung=1.000 W/m² - Modultemperatur= 25°C. Es werden dabei bis zu 287 W/m² erzielt.
Unter Normalbedingungen (NOCT) sieht das anders aus. In Deutschland beträgt die durchschnittliche Einstrahlung=800 W/m² - Modultemperatur=45 °C - Wind=1 m/s. Die erzielte Leistung beträgt danach 218 W/m². 

Auf neuester Modultechnik ist eine Folie aufgebracht. Diese wandelt ein Teil des unreaktiven UV-Lichts in reaktives Licht um. Die Module sind aus durchsichtigem Glas und können auch reflektiertes Licht nutzen. (BIFACIAL-Module). Je nach Reflektionsgrad ist eine Leistungssteigerung von 15 % möglich.  Monokristaline N-Type HJT-Module mit TOPCon-Technik der Firma LUXOR aus Stuttgart erreich so Gleichstromleistungen von 256 W/m² im Feld. Das entspricht einem Wirkungsgrad von 32% unter Optimalbedingungen.

Ein N-Type HJT Solar-Modul ist ein Hochleistungs-Solarmodul, das die Heterojunction-Technologie (HJT) mit N-Typ-Silizium-Solarzellen kombiniert. Es zeichnet sich durch eine sehr hohe Effizienz (über 24 %) und einen geringen Temperaturkoeffizienten aus, was bedeutet, dass die Leistung auch bei steigenden Temperaturen weniger stark abnimmt. Die N-Typ-Technologie sorgt dabei für eine hohe Reinheit und Robustheit. 

Bestandteile und Funktionsweise

N-Typ-Silizium: Das Basismaterial ist N-Typ-Silizium, das mit Phosphor dotiert ist und einen Überschuss an negativen Ladungsträgern (Elektronen) hat.

Heterojunction-Technologie (HJT): Auf den N-Typ-Siliziumwafer werden auf beiden Seiten dünne Schichten aus amorphen Silizium und transparenten leitfähigen Oxidschichten (TCO) aufgebracht.

Doppelte Beschichtung: Diese Konstruktion unterdrückt Oberflächenrekombination und verhindert die Entstehung von Defekten, was die Effizienz steigert. 

Vorteile von N-Type HJT Solar-Modulen

Hoher Wirkungsgrad: Die Module erreichen sehr hohe Wirkungsgrade von über 24 %, wodurch sie mehr Strom pro Fläche erzeugen.

Geringe Leistungsverluste bei Hitze: Der niedrige Temperaturkoeffizient sorgt dafür, dass die Leistung auch bei hohen Temperaturen nur wenig abfällt.

Besseres Schwachlichtverhalten: Die Module erzielen auch bei schlechteren Lichtverhältnissen eine gute Leistung.

Langlebigkeit: Die N-Type-Technologie ist resistenter gegenüber Verunreinigungen und Korrosion, was zu einer längeren Lebensdauer beiträgt.

Bifazialität: Viele Module dieser Art sind bifazial, was bedeutet, dass sie Licht von beiden Seiten aufnehmen und so zusätzliche Energie durch Reflexionen gewinnen können. 

Bevor der Solarstrom in das Stromnetz eingespeist werden kann sind viele Bauelemente erforderlich und jedes Bauelement hat eine Verlustleistung. Bis in Hochspannungsebene wären das die Solarmodule an sich, die Wechselrichter, die Mittelspannungstransformatoren, die Kabelverbindungen zum Umspannwerk, die Hochspannungstransformatoren und die Verluste in den Hochspannungsleitungen. Wechslrichter und Transformatoren haben einen Wirkungsgrad von 98%. Kabelberluste liegen etwa bei 3% und in 110 kV Hochspannungsleitungen können bis zu 5 % Verluste auftreten. Je nach Länge der Leitung. Durchschnittlich liegen die Netzverluste bei 6%. Von den 800 W die pro m² auf eine PV-Anlage strahlen kommen beim Verbraucher bestmöglich noch 208 W an. Der Gesamtwirkungsgrad einer PV-Anlage liegt damit bei 26 %. Bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Strom gehen 68 % und durch Umwandlung im Stromnetz 6 % verloren.

In 2024 kostet eine PV-Anlage durchschnittlich 1.200,- pro kWp. Kredit 12.000,- Laufzeit: 10 Jahre zu 6% sind 15.987,- Rückzahlung. 
Beispiel Volleinspeisung ( 8 ct/kWh)
Erzeugter Strom in 20 Jahren: 185.091 kWh
Einspeisevergütung: 23.562,- EUR
Gewinn abzgl. Betriebskosten: 3.114,- EUR
Beispiel 75% Eigenverbrauch und 25% Einspeisung
Ersparte Stromkosten: 56.506,- EUR
Einspeisevergütung: 3.420,- EUR
Gewinn abzgl. Betriebskosten: 39.478,- EUR
ein sehr eindeutiges Ergebnis für den Eigenverbauch

Freiflächen-Photovoltaikanlagen erzeugen ca. 30 mal so viel Strom pro Jahr wie Biogasanlagen aus Biomasse von einer vergleichbaren Fläche. Im Gegensatz zu den riesigen Braunkohletagebauen können Photovoltaik-Flächen nach Nutzungsende wieder vollständig rückgebaut werden. Auch während der Nutzung können sie einen wertvollen Beitrag zur Biodiversität leisten.

Nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) sind (klassische) Freiflächen-PV-Anlagen nur auf folgenden Flächen förderfähig:

• bereits versiegelte Flächen wie Stellplätze

• Konversionsflächen wie Deponien, Abraumhalden, Truppenübungsplätze und Munitionsdepots

• Flächen in maximal 500 Meter Abstand längs von Autobahnen oder Schienenwegen

• Acker- oder Grünlandflächen in landwirtschaftlich benachteiligten Gebieten

• Parkplatzfächen

• landwirtschaftlichen Flächen bei gleichzeitiger landwirtschaftlicher Nutzung (Agri-PV)

• entwässerten landwirtschaftlich genutzten Moorböden, wenn diese mit der Solaranlage dauerhaft wiedervernässt werden (Moor-PV)

• künstlichen oder erheblich veränderten Gewässern (schwimmende bzw. Floating-PV)

In den meisten Solarzellen kommt Silizium als Halbleiter zum Einsatz. Silizium ist ein Element, das nahezu unbegrenzt verfügbar ist. Andere Solarzellentypen verwenden als Halbleiter Indium, Gallium, Tellur oder Selen, deren Verfügbarkeit deutlich eingeschränkter ist. Diese Anlagen machen jedoch nur einen kleinen Anteil der in Deutschland installierten Anlagen aus.

Solarzellen stoßen während ihres Einsatzes keine Schadstoffe aus, weshalb sie eine positive Umweltbilanz aufweisen. Sie verursachen daher nur sehr geringe sogenannte externe Kosten. Als externe Kosten bezeichnet man all diejenigen Kosten, die nicht vom Verursacher bezahlt werden und von der Allgemeinheit getragen werden (z. B. Kosten für Gesundheits- und Umweltschäden durch Abgase).

Die externen Kosten von Photovoltaikanlagen liegen bei etwa 2,1 Cent pro Kilowattstunde, laut einer Untersuchung des Umweltbundsamtes.

Das ist im Vergleich zu fossilen Energiequellen relativ wenig (Erdgas: 11,2 Cent, Braunkohle: 27,1 Cent).

Das bedeutet, für jede mit Braunkohle hergestellte Kilowattstunde zahlt der Verbraucher zusätzlich zum Strompreis mehr als zehnmal so viel für anderweitig auftretende Belastungen als für eine Kilowattstunde Photovoltaikstrom. Verglichen mit dem derzeitigen Energie-Mix spart jede Kilowattstunde aus PV statistisch über 8 Cent an externen Kosten ein, die ansonsten die Allgemeinheit tragen müsste.

Solaranlagen gehören zu den Elektrogeräten und fallen damit unter das Elektro- und Elektronikgerätegesetz (ElektroG). Sie müssen vom Hersteller kostenlos zurückgenommen und recycelt werden. Idealerweise nimmt der Installateur, der mit dem Abbau beauftragt ist, die Module und alle anderen Komponenten gleich mit. Anlagenbesitzer können die ausgemusterte Anlage aber auch zum nächstgelegenen Wertstoffhof bringen. Größere Anlagen müssen direkt beim Hersteller abgegeben werden.

Das ElektroG schreibt vor, dass mindestens 80 % der in den Modulen eingesetzten Materialien wiederverwendet werden müssen. Durch innovative Verfahren werden heute 95 % der Materialien mono- und polykristalliner Module recycelt. Die restlichen Stoffe einer Photovoltaikanlage lassen sich umweltfreundlich entsorgen.

Tatsächliche Effizienz und Nachhaltigkeit von Photovoltaik

Zwar wird bei der Herstellung der Solaranlagen viel Energie benötigt, insgesamt ist die Ökobilanz von Photovoltaik und Solarthermie aber positiv. Und sie wird in Zukunft noch besser ausfallen, denn die Module werden immer effizienter und erreichen eine zunehmend längere Lebensdauer.