Das Geschäftsmodell

SMA Solar Technology AG (SMA Solar) ist ein deutscher Entwickler und Hersteller von Systemtechnik für die Solarindustrie. Zum Produktportfolio gehören Solar-Wechselrichter, Überwachungssysteme für Solaranlagen, Ladelösungen für E-Autos und intelligente Energiemanagementsysteme. Das Segment Home Solutions richtet sich an private Haushalte und bietet Wechselrichter für eigene Solaranlagen bis zu 12kW, Speicherkomponenten und Ladestationen für E-Autos. Für gewerbliche Kunden bietet das Segment Business Solutions vergleichbare Leistungen wie für Privatkunden im größeren Maßstab an. Hier kommen Wechselrichter mit Kapazitäten zwischen 12kW und 110kW zum Einsatz. Das Segment Large Scale & Project Solutions richtet sich an Versorger, deren Solarparkkapazitäten bis in den Megawattbereich reichen. Hierfür vertreibt das Unternehmen Zentralwechselrichter und großangelegte Speicherlösungen. Mit diesem Geschäftsmodell liefert SMA Solar eine Schlüsselkomponente für die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien und leistet damit einen elementaren Beitrag zum Umstieg auf nachhaltige Energiequellen.

Einblick ins Produktsortiment – Quelle: SMA Solar Technology AG

Position in der Wertschöpfungskette

SMA Solar stellt Wechselrichter für verschiedene Anwendungszwecke her. Dafür muss das Unternehmen einzelne Vorprodukte von Zulieferern beziehen, die selbst wiederum Rohstoffe für die eigenen Fertigungsprozesse einkaufen. Bei Wechselrichtern sind dies allgemein Schaltkreise, Widerstände, Kondensatoren, Transformatoren, Metallteile und Plastikbauteile. Diese werden von SMA Solars Zulieferern dann zu Leiterplatten, Gehäusen, Kabeln etc. verarbeitet, sodass schließlich nach der Lieferung in SMA Solars Werken finale Wechselrichter entstehen können. Als elementarer Bestandteil von Solaranlagen, unabhängig ob für kleinere Aufdachanlagen oder große leistungsfähige Freiflächenanlagen, werden die Wechselrichter dann von Kunden von SMA Solar bezogen. Dazu zählen zum einen Privatpersonen und Gewerbe, die auf den Dächern ihrer Immobilien selbst Strom generieren wollen, sowie Versorger und sog. Independent Power Producers (IPPs), die mit ihren Solarparks exklusiv Strom für vertraglich gebundene Kunden (z.B. Unternehmen) generieren.

Wechselrichter spielen also eine wichtige Rolle bei der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. Solar- und Windparks produzieren Gleichstrom (DC), der durch Wechselrichter dann in Wechselstrom (AC) gewandelt wird, sodass dieser ins Netz eingespeist und letztlich von Haushalten und Gewerben genutzt werden kann. Neben der Funktion als Stromwandler, bieten Wechselrichter noch weitere Funktionen: Sie reagieren auf äußere Faktoren wie Beschattung des Moduls und Außentemperatur und optimieren somit die Stromgenerierung. Zur Vermeidung von Netzüberlastungen überwachen Wechselrichter verschiedene Parameter des Stromnetzes. Im Falle von Grenzwertüberschreitungen werden die Solaranlagen vom Netz getrennt und sorgen so für dessen Stabilität. Gleichzeitig überwachen Wechselrichter auch die Funktionsweise der Solaranlage selbst. Durch ihre Überwachungsfunktionen tragen sie zum reibungslosen Einspeisen von erneuerbaren Energien in das Stromnetz bei.

Rohstoffe & Vorprodukte

Die Wahl des Wechselrichters bzw. dessen Kapazität richtet sich nach dessen Verwendung und dem Standort der Solarmodule. Aufdachanlagen werden überwiegend bei privaten Haushalten installiert und benötigen aufgrund ihrer geringen Kapazität nur Modulwechselrichter mit Kapazitäten im ein- bis niedrigen zweistelligen kW-Bereich. Bei mittelgroßen Solaranlagen, z. B. auf gewerblich genutzten Immobilien, werden häufig ganze Reihen von Solarmodulen installiert. Sog. String- und Multistringwechselrichter steuern und wandeln den Strom dieser Module. Solarparks mit Kapazitäten im Megawattbereich dienen der kommerziellen Stromerzeugung. Am Standort dieser Solarparks werden daher tonnenschwere Zentralwechselrichter mit ebenfalls Kapazitäten im Megawattbereich installiert.

Betrachtet man in einem Modell die Ökobilanz von drei beispielhaften SMA Solar Wechselrichtern für die oben genannten Anwendungsgebiete, so zeigen sich zum einen unterschiedliche Masseanteile und zum anderen deutliche Unterschiede bei der anteiligen CO₂e Belastung der jeweiligen Komponenten. Rund 60% eines ca. 9kg schweren 2,5kW Wechselrichters für Aufdachanlagen entfallen auf das Gehäuse, welches häufig aus Aluminium besteht, gefolgt von ca. 15% für Leiterplatten und sonstigen kleineren Bauteilen, wie Kabel, Stecker, kleine Drosseln etc. Trotz des geringen Masseanteils ist die Herstellung der Leiterplatten für über 85% (also 96,8kg CO₂e) des Treibhauspotenzial verantwortlich. Besonders die energieintensive Herstellung der aus Silizium bestehenden Steuerungschips und Leistungselektronik fallen hier ins Gewicht. Allein die Emissionen für die Herstellung von Silizium, aus dem dann Chips für die Bestückung der Leiterplatten hergestellt werden können, liegen bereits bei 65,7kg CO₂e. Der anschließende Prozess der Leiterplattenfertigung ist ebenfalls noch einmal sehr energieintensiv. Die Herstellung des Aluminiumgehäuses fällt mit um die 10% dagegen deutlich geringer aus. Insgesamt liegt das Treibhauspotenzial (ohne Abzug positiver Effekte durch Recycling am Lebensende) für die Herstellung eines 2,5kW Wechselrichters bei 113,9kg CO₂e. Aspekte wie z. B. der Transport, Verbrauchsmittel am Produktionsstandort, Verpackungen etc. haben nur einen marginalen Impact im unteren einstelligen Prozentbereich.

Im direkten Vergleich machen bei einem 61kg schweren 25kW Wechselrichter bspw. für gewerbliche Aufdachanlagen bereits um die 70% der Masse Drosseln mit hohem Kupferanteil aus. Sie harmonisieren Ausgangsspannung und -strom der Solarmodule und sorgen somit auch für einen effizienten Wirkungsgrad. Trotz geringen Masseanteils von weniger als 5%, sticht auch bei dieser Größe der Wechselrichter die CO₂e Belastung des Siliziums aus der Chipproduktion hervor. Der reine Materialinput von Kupfer schlägt mit 2,8kg CO₂e je Kilogramm erstmal weniger ins Gewicht. Aufgrund des hohen Masseanteils macht der Rohstoff zusammen mit den bei der Verarbeitung zu Drosseln entstandenen Emissionen, dann aber doch um die 50% des Treibhauspotenzial aus. Im Gegensatz zum 2,5kW Wechselrichter ist die CO₂e Belastung von Transport, Verbrauchsmitteln, etc. sowohl beim 25kW als auch beim 2,2MW System vernachlässigbar gering. Die restlichen Komponenten erzeugen in etwa zu gleichen Teilen Treibhausemissionen. Insgesamt liegt das Treibhauspotenzial bei 325kg CO₂e.

Ein Zentralwechselrichter mit gut 4.000kg Gewicht und 2,2MW Kapazität hat aufgrund seiner Komplexität sehr abweichende Massezusammensetzungen. Relevant für die Masse sind v. a. das Aluminiumgehäuse, die Drosseln und Stacks, sowie weitere Schalt- und Kabelkomponenten. Bei dem Treibhauspotenzial liegen die verschiedenen Komponenten meist um die 15%, sodass kein Bestandteil wirklich hervorsticht. Die Herstellung eines solchen Zentralwechselrichters verursacht ein Treibhauspotenzial von 16.940kg CO₂e.

Auffällig ist, dass mit steigender Leistungsfähigkeit sowohl das absolute Treibhauspotenzial je kWp abnimmt, ebenso wie der Anteil der Herstellung am gesamten Treibhauspotenzial (inkl. Transport, Verbrauchsmittel am Produktionsstandort, Verpackungen etc.). Fallen beim 2,5kW und 25kW Wechselrichter noch 45,6kg bzw. 13kgCO₂e je kWp an, sind es beim Zentralwechselrichter nur noch 7,7kg. Der Anteil der Herstellung des Wechselrichters am gesamten Treibhauspotenzial sinkt dabei von 85% beim kleinsten Wechselrichter zu 65% beim 25kW Wechselrichter zu schließlich noch 50% beim 2,2MW Wechselrichter. Diese Entwicklung geht maßgeblich auf den relativ geringeren Materialeinsatz je kW Wechselrichterleistung zurück, ebenso auf den abnehmenden Masseanteil der Leiterplatten bzw. der Chipkomponenten. Hingegen nimmt der Anteil des Eigenstromverbrauchs während der Nutzungsphase mit steigender Kapazität zu.

Produktion

In der Herstellung von Wechselrichtern werden hauptsächlich zugelieferte Komponenten verbaut und generell weniger am Produktionsstandort selbst erzeugt. Der Großteil der energieaufwendigen Herstellungsprozesse findet also bei SMA Solars Zulieferern statt. Dennoch fallen bei SMA Solar energieintensive Arbeiten an, um die Wechselrichter final fertigzustellen.  

Seit 2020 wird der Hauptstandort in Kassel komplett mit erneuerbarem Strom versorgt. Zusätzlich wurde das Werk mit betriebseigenen Solaranlagen ausgestattet. Diese konnten 2021 bereits 36% des Strombedarfs des Standortes decken. Bis zum Jahr 2025 ist es das Ziel, weltweit alle Niederlassungen von SMA Solar zu 100% mit erneuerbarem Strom zu betreiben. Im Jahr 2021 konnten bereits 98% erreicht werden. Der Energieverbrauch je produzierter kW Wechselrichter-Leistung betrug 2021 am Hauptstandort 2,64kWh/kW und global 3,35kWh/kW. Dieser Wert lag somit höher als noch ein Jahr zuvor. Die Steigerung der Energieintensität der SMA Gruppe ging auf den gestiegenen Verbrauch von Erdgas im Zusammenhang mit einer höheren Wasserspeicherungstemperatur aufgrund von Hygieneproblemen zurück. 

Die direkten (Scope 1) und indirekten (Scope 2) Emissionen, also Emissionen im Zusammenhang mit den eigenen (Produktions-)Standorten und der dort bezogenen Energie, reduzierte SMA Solar von 2020 auf 2021 um mehr als die Hälfte. Kombiniert betrugen die Scope 1 und 2 Emissionen 2021 934,04 Tonnen CO₂e. Bei einem Umsatz von € 983,7 Mio. sind das rund 0,95 Tonnen CO₂e je einer Million Umsatz. 2020 betrug dieser Wert noch 2,20 Tonnen CO₂e je umgesetzter Million. Grund für diese drastische Reduktion war der Umstieg des polnischen Produktionsstandortes auf erneuerbaren Strom. Gerade in Polen macht Kohle einen großen Teil des Strommixes aus, sodass jede dort verbrauchte kWh Strom einen sehr negativen Einfluss auf die Umwelt hat. Positiv zu bewerten ist das Bestreben des Unternehmens, CO₂-Kompensationen nur noch dann durchzuführen, sollte es keine andere Möglichkeit der Emissionsvermeidung geben. Zuletzt lagen diese Kompensationen bei 286,7 Tonnen CO₂e. Darüber hinaus plant SMA Solar die Bemühungen entlang der Wertschöpfungskette auszuweiten und in dem Zusammenhang auch die Scope 3 Emissionen zu berichten.

Produktionsstandort in Kassel – Quelle: SMA Solar Technology AG

Recycling

Nach dem Ende der Nutzungsdauer, also der betrieblichen Verwendung, eines Wechselrichters von gut 20 Jahren werden dessen einzelne Komponenten schließlich entsorgt, wobei viele davon in Recyclingprozessen wieder aufbereitet und deren Rohmaterialien dem Wertstoffkreislauf zurückgeführt werden können. Durch die Verwendung solcher Sekundärrohstoffe können die Umweltauswirkungen aus der Produktion von Primärrohstoffen vermieden werden. Diese Substitution führt zu einer Kreislaufschließung, welche sowohl Ressourcenverbrauch als auch Emissionsausstoß reduziert. Je mehr Masse eines Rohstoffs einer Komponente recycelt und folglich als Sekundärmaterial genutzt werden kann, desto höher sind die dadurch vermiedenen Emissionen, die bei der Primärproduktion entstanden wären. Dies lässt sich leicht an einigen Beispielen zeigen. Die Herstellung von Primäraluminium ist äußerst energieintensiv. Die Herstellung einer Tonne stößt 11,9 Tonnen CO₂e aus. Bei sekundärem Aluminium ist es hingegen nur eine Tonne. Die Sekundärproduktion stößt also nicht einmal 10% der Emissionen aus, die bei der Primärproduktion entstanden wären. Auch bei Kupfer lässt sich dieser Effekt beobachten, wenngleich nicht so stark. Fallen bei der Primärproduktion 2,9 Tonnen CO₂e je Tonne Kupfer an, so sind es bei der Sekundärproduktion nur noch 1,7 Tonnen. Es können demnach mehr als 40% der Emissionen vermieden werden.  

Bei 2,5kW Wechselrichtern ist dieser Anteil sehr gering, da Kupfer- und Stahlkomponenten in nur geringem Maße eingesetzt werden. Der große Teil an Aluminium für das Gehäuse resultiert in keiner Recyclinggutschrift, da die von uns verwendete Quelle bei der Bilanzierung des Wechselrichters bereits von der Verwendung von Sekundäraluminium ausgeht, sodass dessen Recycling nicht doppelt gezählt werden kann. Bei Wechselrichtern für Gewerbe erhöht sich der Anteil von Kupfer- und Stahlkomponenten, sodass hieraus größere Vorteile aus Recyclingprozessen entstehen. Gleiches gilt für den Zentralwechselrichter, bei dem der positive Einfluss durch Recycling am höchsten ist.

Wie bei jedem produzierenden Unternehmen fallen auch bei SMA Solar Abfälle während der Herstellungsprozesse an. Global betrachtet ergibt sich bei dem Unternehmen eine Recyclingquote von 92%. Im Jahr 2021 produzierte SMA Solar insgesamt 2.413 Tonnen Abfall. Am Hauptstandort erzielte SMA Solar eine Quote von 0,105 Tonnen je produzierter Tonne Produkt. Bis 2025 soll dieser Wert auf 0,069 Tonnen fallen.  

Da die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien zu erheblichen CO₂-Vermeidungen aus der Verbrennung fossiler Energieträger führen kann, überträgt sich dieser positive Effekt auch auf SMA Solar. Gleichzeitig führen die Produkte und Leistungen des Unternehmens dazu, dass sich Gewerbe und Haushalte bis zu einem gewissen Grad autark durch eigens produzierten Strom versorgen können. Durch den nun reduzierten Strombedarf muss weniger Strom aus dem öffentlichen Netz entnommen werden, was den Bedarf nach konventionell erzeugtem Strom ebenso senkt. Die Analyse zeigt, dass das Geschäftsmodell SMA Solars einen positiven Impact erzielt. Vorgelagerte sowie in eigenen Produktionsschritten entstandene Emissionen werden durch die Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien und dem dadurch vermiedenen Ausstoß aus konventioneller Stromerzeugung aufgewogen. Das Unternehmen selbst gibt an, weltweit in 190 Ländern eine Gesamtleistung von rund 113GW installiert zu haben. Diese würden somit jährlich den Ausstoß von rund 76 Mio. Tonnen CO₂e vermeiden.

Quellen

Das Treibhauspotenzial weist den potenziellen Beitrag einer Technologie/Material/Ressource zur Erderwärmung aus.

https://www.sma.de/nachhaltigkeit/umwelt-energie

https://cdn.sma.de/fileadmin/content/global/Investor_Relations/Documents/Publications/Finanzberichte/2021/Geschaeftsbericht-SMA-Gruppe-2021.pdf?v=1652358405

[1] https://www.ske-solar.com/wp-content/uploads/2021/01/Zertifikat-Product-Carbon-Footprint-Report-f%C3%BCr-Huawei-SUN2000-6KTL-L1-Wechselrichter.pdf

Hengstler et al. Aktualisierung und Bewertung der Ökobilanzen von Windenergie- und Photovoltaikanlagen unter Berücksichtigung aktueller Technologieentwicklungen. Dessau-Roßlau, 2021

https://www.probas.umweltbundesamt.de/php/prozessdetails.php?id={303F418F-B78D-11D3-B42D-D55858B09E14}

https://www.probas.umweltbundesamt.de/php/prozessdetails.php?id={86ED7557-CF47-4C5F-9964-66659832A6EB}

https://www.probas.umweltbundesamt.de/php/prozessdetails.php?id={D67F9971-D39A-4EAB-B872-A593687A3DB1}

https://www.probas.umweltbundesamt.de/php/prozessdetails.php?id={3492B409-0B8D-4CF1-B421-66547769222B}

https://www.probas.umweltbundesamt.de/php/prozessdetails.php?id={11FF6357-F8AB-4A9D-B072-2459C74C9BA7}