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Photovoltaik Vortrag für Energiearchitektur Dresden 1.Einführung 2.Geschichte 3.Physik 4.Technologien 5.Marktübersicht 6.Kosten und Energieertrag 7.Gestalterische.

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Präsentation zum Thema: "Photovoltaik Vortrag für Energiearchitektur Dresden 1.Einführung 2.Geschichte 3.Physik 4.Technologien 5.Marktübersicht 6.Kosten und Energieertrag 7.Gestalterische."—  Präsentation transkript:

1 Photovoltaik Vortrag für Energiearchitektur Dresden 1.Einführung 2.Geschichte 3.Physik 4.Technologien 5.Marktübersicht 6.Kosten und Energieertrag 7.Gestalterische Möglichkeiten 8.Eigene Einschätzung und Entwicklung

2 z. Z. nur 1/1000 der Energie aus Solarzellen Vorbereitet sein für den großen Run Lieber Module auf dem Dach als Aktien im Keller [Keine Wahlwerbung ] - Sonne strahlt jährlich das fache des derzeitigen weltweiten Energie- verbrauchs ein kWh Sonnenstrom = 700 kg CO 2 erspart – 94 Solarkraftwerke auf Dresdener Dächern (2,2 Mio kWh = 375 Erdum- rundungen mit Elektroauto ) -0,1% – 0,7 % aus Solarstrom -25 % der Dächer in Dresden für Solarstrom geeignet (bisher nur 0,1 % ) 1. Einführung

3 2. Geschichte 1839 – Entdeckung der Photovoltaischen Stromerzeugung durch Bequerel 1839 – Entdeckung der Photovoltaischen Stromerzeugung durch Bequerel 1957 – Erste Si-Solarzellen für die Raumfahrt 1957 – Erste Si-Solarzellen für die Raumfahrt 70-er/ 80-er Jahre Autonome Kleinanwendungen (kleine Solarzellen – Taschenrechner u. a. ) 70-er/ 80-er Jahre Autonome Kleinanwendungen (kleine Solarzellen – Taschenrechner u. a. ) Ab 90-erJahre großflächig und Kopplung an Netze (EEG Ab 90-erJahre großflächig und Kopplung an Netze (EEG zirka doppelter Preis als kWh so kostet ) zirka doppelter Preis als kWh so kostet )

4 2. Physik Zeichnung vom pn-Übergang mit Elektronentrennung – HL Meine Wahlpflichtfächer im Hauptdiplom: 1. Experimentelle Halbleiterphysik (HgCdTe ) 2. Optik und Spektroskopie (Lumineszenz ) Solarkonstante = 0,8 kW/ m 2 – 2,5 kW/ m 2 Verschiedene Solarzellentypen absorbieren zum Teil Unterschiedliche Wellenbereiche ! Tandem-Solarzellen

5 Funktion der Solarzelle Funktion der Solarzelle Interbandübergänge am p-n-Übergang Interbandübergänge am p-n-Übergang Grundsätzlich mit Bor vordotiert – dann unter hoher Wärme Diffusion von Phosphor

6 Nutzbare Energie = 13 % (bis 18 %, bis 28 % physikalische Grenze, Nutzbare Energie = 13 % (bis 18 %, bis 28 % physikalische Grenze, Neuester Rekord in Australien bei 48 % Wirkungsgrad ) Neuester Rekord in Australien bei 48 % Wirkungsgrad ) Überschüssige Photonenenrgie der kurzwelligen Strahlung = 32 % Überschüssige Photonenenrgie der kurzwelligen Strahlung = 32 % Zu geringe Photonenenergie der lanwelligen Strahlung = 23 % Zu geringe Photonenenergie der lanwelligen Strahlung = 23 % Potenzialgefälle besonders in Raumladungszone = 20 % Potenzialgefälle besonders in Raumladungszone = 20 % Rekombination = 8,5 % Rekombination = 8,5 % Reflexion und Abschattung durch Frontkontakte = 3 % Reflexion und Abschattung durch Frontkontakte = 3 % Stromwärmeverluste 0,5 % Stromwärmeverluste 0,5 %

7 3. Technologien 1. Monokristalline Zellen – aus Si-Wafern 1. Monokristalline Zellen – aus Si-Wafern Wirkungsgrad 16% bis 18% Wirkungsgrad 16% bis 18% 2. Polykristalline Zellen – aus Si-Blöcken Wirkungsgrad 13% bis 15% Wirkungsgrad 13% bis 15% 3. Dünnschichtzellen 3.1 Amorphes Silizium 3.2 Kupfer-Indium-Diselenid-Zellen (CIS ) 3.3. Kadmium-Tellurid-Zellen (CdTe )

8 HIT-Zelle amorphes Si Dünnschicht und Kristallinem Si HIT-Zelle amorphes Si Dünnschicht und Kristallinem Si Kugelsolarzellen Kugelsolarzellen Farbstoffzellen (ohne Si ) z. B. Titan-Dioxid Farbstoffzellen (ohne Si ) z. B. Titan-Dioxid (geringe Wirkungsgrade ) (geringe Wirkungsgrade ) Problem des Speicherns der Energie Problem des Speicherns der Energie Umwandlung in Wechselstrom Umwandlung in Wechselstrom Wirkungsgrad im Labor – bzw. in der Serienproduktion Wirkungsgrad im Labor – bzw. in der Serienproduktion

9 Solarzellen Solarmodule PV-Anlage Solarzellen Solarmodule PV-Anlage Mehrere Solarzellen in Reihe schalten – Addition des Stromes Mehrere Solarzellen in Reihe schalten – Addition des Stromes Mehrere Solarzellen parallel schalten – Addition der Spannung Mehrere Solarzellen parallel schalten – Addition der Spannung Oben Minuspol Oben Minuspol Unten Pluspol Unten Pluspol Vorne Glas Vorne Glas Hinten Kunststofffolie Hinten Kunststofffolie Verkapselungen Verkapselungen Alterung von Solarzellen vorhanden, aber sehr gering Alterung von Solarzellen vorhanden, aber sehr gering

10 4. Marktübersicht Große Produzenten: Große Produzenten: Q-Cells, Solarworld, Solarwatt, Arise, Sunfilm, Avanics u. v. a. Q-Cells, Solarworld, Solarwatt, Arise, Sunfilm, Avanics u. v. a. Viele kleine Installationsfirmen Viele kleine Installationsfirmen Weltmarkt der Photovoltaik nach Einsatzbereichen Weltmarkt der Photovoltaik nach Einsatzbereichen Netzgekoppelt 67 % Netzgekoppelt 67 % Netzunabhängig Industrieländer 8 % Netzunabhängig Industrieländer 8 % Netzunabhängig Entwicklungsländer 7 % Netzunabhängig Entwicklungsländer 7 % Kommunikationstechnik 7 % Kommunikationstechnik 7 % Konsumgüter 7 % Konsumgüter 7 % Solarkraftwerke > 100 kW 4 % Solarkraftwerke > 100 kW 4 %

11 Marktanteile der verschiedenen Zelltechnologien Marktanteile der verschiedenen Zelltechnologien Polykristalline Si-Zellen 51,6 % Polykristalline Si-Zellen 51,6 % Monokristalline Si-Zellen 36,4 % Monokristalline Si-Zellen 36,4 % Dünnschichttechnologien: Dünnschichttechnologien: Amorphe Si-Zellen 6,4 % Amorphe Si-Zellen 6,4 % Polykristallines Bandsilizium 4,7 % Polykristallines Bandsilizium 4,7 % Sonstige Dünnschichtzellen (CdTe, CIS ) Sonstige Dünnschichtzellen (CdTe, CIS )

12 5. Kosten und Energieertrag Simulationsprogramme vorhanden Simulationsprogramme vorhanden PV*Sol, SolEm, PV-Profit, SBS-Photovoltaik, PV-Kalk u. a. PV*Sol, SolEm, PV-Profit, SBS-Photovoltaik, PV-Kalk u. a. Umwandlung des erzeugten Gleichstromes in Wechselstrom für Einspeisung Umwandlung des erzeugten Gleichstromes in Wechselstrom für Einspeisung Abhängig von Verschattung, Sonnenstrahlung, Winkel, Modul u. a. Abhängig von Verschattung, Sonnenstrahlung, Winkel, Modul u. a. Mit Wechselrichter – Solargenerator (Zusatzkosten ) Mit Wechselrichter – Solargenerator (Zusatzkosten ) Richtlinien für Bauen und Elektro beachten Richtlinien für Bauen und Elektro beachten Alterung sehr gering aber vorhanden Alterung sehr gering aber vorhanden Investitionen hat man nach zirka fünf Jahren wieder rein Investitionen hat man nach zirka fünf Jahren wieder rein Herstellergarantie bis 20 Jahre Herstellergarantie bis 20 Jahre

13 Einspeisevergütung in ct/ kWh lt. EEG Einspeisevergütung in ct/ kWh lt. EEG 1000kW 1000kW In anderer Literatur andere Zahlen In anderer Literatur andere Zahlen Zum Vergleich bei DREWAG 20 ct pro kWh Zum Vergleich bei DREWAG 20 ct pro kWh

14 In unseren Breitengraden zirka 1 kW/ m 2 In unseren Breitengraden zirka 1 kW/ m kWh Strom pro Jahr bei 10 m kWh Strom pro Jahr bei 10 m 2 4-Personen-Haushalt etwa 4000 kWh 4-Personen-Haushalt etwa 4000 kWh Pro kW-peak zirka 6000 Euro Pro kW-peak zirka 6000 Euro Zirka 1000 kWh pro kW-peak Zirka 1000 kWh pro kW-peak (zirka Euro für 4 kWh-peak ) (zirka Euro für 4 kWh-peak ) Anlage mit 5 kW-peak – ca kWh Strom pro Jahr Anlage mit 5 kW-peak – ca kWh Strom pro Jahr 30 – 40 Jahre Lebensdauer 30 – 40 Jahre Lebensdauer 20 – 25 Jahre Leistungsgarantie 20 – 25 Jahre Leistungsgarantie

15 6. Gestalterische Möglichkeiten Kaltfassade – Solarzelle und Wand/ Dach sind getrennt/ mehrschalig mit Hinterlüftung Kaltfassade – Solarzelle und Wand/ Dach sind getrennt/ mehrschalig mit Hinterlüftung Warmfassade – Solarzelle in Wand/ Dach integriert/ geschlossene Außenhülle, beidseitig zugänglich (Solardachziegel ) Warmfassade – Solarzelle in Wand/ Dach integriert/ geschlossene Außenhülle, beidseitig zugänglich (Solardachziegel ) Auf-Dach – In-Dach Auf-Dach – In-Dach Baurecht, Normen, Richtlinien für Bauen und Elektro beachten Baurecht, Normen, Richtlinien für Bauen und Elektro beachten Farben der Antireflexionsschicht: Grün, Gold, Braun, Violett (je heller desto mehr Wirkungsgrad geht verloren ) Farben der Antireflexionsschicht: Grün, Gold, Braun, Violett (je heller desto mehr Wirkungsgrad geht verloren )

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17 Verschiedene Beispiele für Integration in Gebäuden Verschiedene Beispiele für Integration in Gebäuden

18 Energieautarkes Haus mit Solarenergie Halbdurchsichtige Solarzelle Buch zum Thema Bauen mit Solaranlagen

19 7. Eigene Einschätzung der Entwicklung Recycling von alten Solarzellen Vorbereitet sein für den Run Keine schädlichen Emissionen – kein störender Lärm wie bei Wind und Wasser Noch Entwicklungspotential in dieser Technologie, so daß mit Verbesserungen des Wirkungsgrades zu rechnen ist - Aber auch abwarten für höhere Wirkungsgrade Sonnenlicht ist unerschöpflich und kostenlos Durch staatliche Förderung preislich attraktiv Steuerliche Vorteile für gewerbliche Nutzung

20 Wissenswertes Zeitschriften: Zeitschriften: Photon – Das Solarstrommagazin Photon – Das Solarstrommagazin Sonne, Wind und Wärme – Das Branchenmagazin für alle erneuerbaren Energien Sonne, Wind und Wärme – Das Branchenmagazin für alle erneuerbaren Energien Sonnenenergie – Zeitschrift für erneuerbare Energien und Energieeffizienz Sonnenenergie – Zeitschrift für erneuerbare Energien und Energieeffizienz Institut für Solarzellenforschung Hameln – ISFH Institut für Solarzellenforschung Hameln – ISFH PIP – Progres in Photovoltaics PIP – Progres in Photovoltaics Interessante Filme auf der Internetseite von Q-Cells Interessante Filme auf der Internetseite von Q-Cells

21 Weiterführende Literatur Weiterführende Literatur


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