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Klima und Energie Tel.: (49) 0681/ 302-2737; Fax /302-4676 (für größere

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Präsentation zum Thema: "Klima und Energie Tel.: (49) 0681/ 302-2737; Fax /302-4676 (für größere"—  Präsentation transkript:

1 Klima und Energie Tel.: (49) 0681/ ; Fax / (für größere Homepage: Dr. Gerhard Luther Universität des Saarlandes, FSt. Zukunftsenergie c/o Technische Physik – Bau E26 D Saarbrücken EU - Germany V_EKW3_0eUebersicht_SolarerStrom-PV.ppt

2 0. Klima <> Energie 1. Der Problemdruck - Warum müssen wir handeln 1.1 Ein Entwicklungsproblem 1.2 Ein Energieproblem (Endlichkeit der Ressourcen; Lieferengpässe : Preise) 1.3 Ein Klimaproblem 2. Wo stehen wir und was ist zu erwarten 2.1 CO2 und Energieeinsparung in BRD 1990 – Trend und Trend-brechende Aktivitäten: 2.2a Zum Reizthema: Vorzeitiges Abschalten der AKWs 3. Einige Trendbrecher zur CO2-Einsparung 3.1 Sonnenenergie ( Offshore Wind, Biomasse, Solarthermie, Solarer Strom – PV ) 3.2 Energieeinsparung beim Verbrauch 3.3 Fossile Kraftwerke hoher Effizienz Strategische Reserve: demnächst: 3.4 Fossile Kraftwerke mit CO2 Sequester 3.5 Solarthermische Kraftwerke im Süden vermutlich bald: 3.6 Kernkraftwerke der Generation IV (inhärent sicher, nachhaltig, Proliferations-gesichert) vielleicht: 3.7 Fusionsreaktor ( Iter, Demo, Proto, >> Standard FuKw) Klima und Energie Hier gehts weiter

3 Strom aus Sonnenwärme.21 Motivation und Hoffnungen auf thermische Solarktaftwerke.22 Konzentrierende Solarkollektoren: Entwicklung und Status (hier übernehme ich einen vorbildlichen Vortrag aus den FVS-Themen).23 Anlagen und aktuelle Projekte.24 F&E-Bedarf bei Sonnenkollektor en Photovoltaik ( PV).31 Solar Cell Physics.32 Solar Cell Materials.33 PV: Stand und Potenziale.34 Kostenreduktion.35 Förderung der PV durch Stromverbraucher und Staat 3.13 Direkte Sonnenenergie Solarthermie

4 Strom aus Sonnenwärme - Solarthermische Kraftwerke Strom aus Sonnenwärme

5 Strom aus Sonnenwärme Motivation und Hoffnungen auf thermische Solarktaftwerke Konzentrierende Solarkollektoren: Entwicklung und Status (hier übernehme ich einen vorbildlichen Vortrag aus den FVS-Themen) Anlagen und aktuelle Projekte F&E-Bedarf bei Sonnenkollektor en Hier nur kurze Übersicht: Ausführlichere Behandlung in EKW 2 im Zusammenhang mit Kraftwerksprozess, 3.5

6 1. Konzentrierende Solarkollektoren, da höhere Temperaturen erforderlich Spiegel oder Linsen als Auffangflächen ( das ist billiger als PV –Module) Nur das direkte Sonnenlicht wird genutzt Nachführung der Auffangfläche Das geht aber sehr viel besser in Sonnenländern als in unseren Breiten. 2. Einbindung in Kraftwerksprozess ermöglicht: kurzzeitige Zwischenspeicherung von Wärme Hybridbetrieb mit fossilem Brennstoff (H2?, Biomasse? ) möglich (Solaranlage ist sozusagen ein alternativer Kessel ) Solare Erwärmung des Arbeitsstoffes eines Dampfkraftwerkes:

7 Prinzipien der Solarkonzentration Solarturm Parabolrinnen Paraboloid BQuelle: DPG2005_Klima, Abb.10.1, p

8 Die fünf 30 MW SEGS Kraftwerke bei Kramer Junction, California, USA SEGS = Solar Electric Generating Systems Quelle: M. Geyer e.a.: Parabolrinnensysteme ; FVS - Themen2002 Solare Kraftwerke, Abb.1, p Anlagen und Projekte

9 Technische Daten der SEGS – Kraftwerke 350 MW, seit Jahren einwandfreier Betrieb Quelle: M. Geyer e.a.: Parabolrinnensysteme ; FVS - Themen2002 Solare Kraftwerke, Tabelle 1, p.15

10 BQuelle: DPG2005_Klima, Abb.10.2, p.84 Urquelle : BMU Erwartete Stromgestehungskosten solarthermischer Kraftwerke unter verschiedenen Randbedingungen

11 Quelle: SolarMillenium Pressefoto; SolarMillenium_EuroTroughDemoLoop_inCalifornia_vonOben_mitAuto.jpg

12 Am 11. Februar 2006 erfolgte in Boulder City, Nevada, USA, der erste Spatenstich für das 64 MW Solarkraftwerk Nevada Solar One. Herzstück sind die SCHOTT Solar-Receiver aus Mainz, EU-Germany. Nevada Solar One soll im Juni 2007 ans Netz gehen Quelle: Fa. Schott, Mainz

13 Photovoltaik PV

14 Photovoltaik ( PV) Solar Cell Physics Solar Cell Materials PV: Stand und Potentiale Kostenreduktion Förderung der PV durch Stromverbraucher und Staat

15 Die meisten Folien und Erklärungen habe ich übernommen von :

16 Quelle: J. Luther: Potenziale der Sonnenenergie –Heutige Technologien und Trends, Vortrag , Folie 6 (sehr wichtige Quelle für hervorragende Vorträge zu PV, Sonnenenrgie und RE)http://www.ise.fhg.de/german/vortraege_luther/index.html

17 Zum Original: Aktuell kompetent verständlich Auszug:

18 Dr. Karl Molter / FH Trier / Photovoltaics Technology Components and Systems Applications Clemson Summer School 6.5. – Dr. Karl Molter FH Trier Zum Original: Didaktisch gute Erklärung der Grundlagen

19 ISBN= Vieweg Verlag Braunschweig (1993) Sehr empfehlenswert bei physikalischem Grundwissen. Quelle: Physik der Solarzelle

20 Photovoltaik ( PV) Solarzelle Cell Physics Solar Cell Materials PV: Stand und Potenziale Kostenreduktion Förderung der PV durch Stromverbraucher und Staat

21 Dr. Karl Molter / FH Trier / 1. Solar Cell Physics Solar Cell and Photoelectric Effect The p/n-Junction Solar Cell Characteristics

22 Zu den Folien zu diesem Kapitel aus der Vorlesung von Dr. Molter: lokale Exzerptdatei lokale Exzerptdatei V_EKW3_0e1_Molter-2006_PV-01SolarCell_Physics.ppt Zum Original:

23 Ergänzung: 1. Kontaktpotentiale 2. Direkte (GaAs) und indirekte (Si, Ge) Halbleiter

24 Kontaktspannungen im thermischen Gleichgewicht Quelle:Rudolf Müller Grundlagen der Halbleiter-Elektronik, Springer Verlag Berlin 1971,ISBN X; Abb. 66, p _E1

25 Eine Messung der Diffusionsspannung an den Klemmen der verschieden dotierten Zonen ist im thermischen Gleichgewicht nicht möglich, da an den Kontakten zum Halbleiter unterschiedliche Kontaktspannungen entstehen, deren Differenz gleich der Diffusionsspannung ist. Sind alle Kontakte auf gleicher Temperatur, so ist in einem geschlossenen Kreis die algebraische Summe der Kontaktspannungen Null. Die Diffusionsspannung selbst ist die Kontaktspannung zwischen verschiedenen dotierten Halbleiterzonen. Die gegenseitige Kompensation der Kontaktspannungen folgt aus der konstanten Höhe des Fermi- Niveaus im thermischen Gleichgewicht. Quelle:Rudolf Müller Grundlagen der Halbleiter-Elektronik, Springer Verlag Berlin 1971,ISBN X; Abb.66, p.101

26 Quelle:Rudolf Müller Grundlagen der Halbleiter-Elektronik, Springer Verlag Berlin 1971,ISBN X; Abb 43.,p.73. Bänderstruktur von Ge, Si und GaAs Abb. 43. Bänderstruktur von Ge. Si und GaAs, [33]. Die Werte für die Bandabstände in Ge sind [60] entnommen. I Indirekte Halbleiter I I----- direkter Halbleiter -I Ge Si GaAs _E2

27 In dem behandelten eindimensionalen Modell zeigt der Wellenvektor k in Richtung dieser eindimensionalen Atomkette. In einem dreidimensionalen Kristallgitter hängt die Energie nicht nur vom Betrag, sondern auch von der Richtung des Ausbreitungsvektors ab; man erhält daher für verschiedene Richtungen verschiedene Abhängigkeiten E(k). Abb. 43 zeigt die Bänderstruktur für Ge, Si und GaAs für zwei bevorzugte Richtungen (mit den Miller-Indizes 111 und 100; s. z.B. Bd. 4 dieser Reihe ). Außer der Tatsache, daß für einen Energiewert mehrere k- Werte existieren (Überlappung von Bändern), fällt besonders auf, daß bei Ge und Si das Minimum des Leitungsbandes bei einem anderen k- Wert liegt als das Ma:ximum des Valenz bandes. Dies bedeutet, daß sich bei Elektron-Loch-Paarerzeugung bzw. bei Rekombination sowohl die Energie als auch der Impuls ändert (indirekte übergänge). Im Gegensatz dazu hat GaAs einen "direkten übergang", d.h. die Impulsänderung ist Null bei Generation bzw. Rekombination.

28 Optische Absorptionsspektren einiger relevanter Halbleiter Man sieht, dass im sichtbaren Spektralbereich kristallines Silicium trotz seiner niedrigeren Energielücke wesentlich schwächer absorbiert als GaAs. - BQuelle: W.Fuhs in D. Meissner (Hrg.): Solarzellen, physikalische Grundlagen und Anwendungen in der Photovoltaik, p.17, Abb.3 Si GaAs Absorptionskonstante aus dem Absorptionsgesetz exp d

29 Dr. Karl Molter / FH Trier / 2. Solar-cell Technologies Materials Technologies Market shares and development

30 Zu den Folien zu diesem Kapitel aus der Vorlesung von Dr. Molter: lokale Exzerptdatei Zum Original:

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32 PV: Stand und Potenziale

33 Quelle: J. Luther: Potenziale der Sonnenenergie –Heutige Technologien und Trends, Vortrag , Folie 8 (sehr wichtige Quelle für hervorragende Vorträge zu PV, Sonnenenrgie und RE)http://www.ise.fhg.de/german/vortraege_luther/index.html

34 Quelle: J. Luther: Hocheffiziente Photovoltaik –Stand und Potenziale, Vortrag , Folie 6

35 Quelle: J. Luther: Hocheffiziente Photovoltaik –Stand und Potenziale, Vortrag , Folie 16

36 Quelle: J. Luther: Hocheffiziente Photovoltaik –Stand und Potenziale, Vortrag , Folie 17

37 Quelle: J. Luther: PV Activities and Strategies at theFraunhofer ISE, Vortrag , Folie 6

38 Quelle: J. Luther: PV Activities and Strategies at theFraunhofer ISE, Vortrag , Folie 8

39 Quelle: J. Luther: PV Activities and Strategies at theFraunhofer ISE, Vortrag , Folie 13

40 Quelle: J. Luther: PV Activities and Strategies at theFraunhofer ISE, Vortrag , Folie 14

41 Quelle: J. Luther: PV Activities and Strategies at theFraunhofer ISE, Vortrag , Folie15 Relativ hohe Anforderungen an die witterungsbeständigen und langlebigen Module:

42 Quelle: J. Luther: Forschung und Entwicklung für eineNachhaltige Energieversorgung, Vortrag ;Folie24

43 BQuelle:Intersolar2006 – Freiburg, Messekatalog ; UrQuelle: Solarpromotion GmbH, Freiburg PV-Marktdaten in Deutschland

44 Hier nur: Kostenreduktion Photovoltaik,

45 Quelle: J. Luther: Hocheffiziente Photovoltaik – Stand und Potenziale, Vortrag ; Folie 3

46 Stand 2006_0529 wg. Überförderung in BRD boomt die Nachfrage, solar-grade Si wird knapp und die Preise steigen: Quelle: J. Luther: Perspektiven der technischen Nutzung der Sonnenenergie, Vortrag , Folie 10

47 Quelle: Bernreuter:Energie: Siliziumengpass begrenzt PV: Das graue Gold ist knapp, VDI- Nachrichten Nr.14 (2005), ; p.14 Die Produktion von Solarzellen, gemessen in MW, steigt weltweit. Das Silizium für Solarzellen kann seit 1998 nicht mehr alleine aus den Siliziumabfällen der Halbleiterindustrie gedeckt werden. Daher: Solarsilizium.

48 Neue Produktionskapazitäten für Solar Silizium sind weltweit im Aufbau. z.B. Erweitert die Firma Wacker Chemie AG ihre Produktionskapazitäten an polykristallinen reinst Silizium und möchte gerne Weltmarktführer (jetzt Nr.2) werden PolySilizium Produktion am Standort Burghausen: derzeit (2006) : [t/a] Anfang 2008 : [t/a] Ende 2009 : [t/a] Quelle: Wacker Chemie Pressemitteilung ,

49 Erfahrung als Kunde des Elektronik-Einzelhandels Sehr komisch, die Preise sind höher als vor 10 Jahren !! Ich werde der Sache nachgehen müssen

50 Currys to sell solar panels By Eoin Callan Published: July :10 | Last updated: July :10 Currys will this week become the first big UK retail chain to sell domestic solar power panels, giving homeowners the chanceto slash their energy bills. The company said it would cost the average three-bedroom household about £9,000 to buy and install the panels. This would be substantially cheaper than going to specialist suppliers, which currently charge up to £16,000, but it would still take an average household between seven and 18 years to recoup fully its costs. Homeowners could expect to reduce their energy bills by about 50 per cent, the company said. It added that public attitudes towards solar power had reached a tipping point because of soaring fuel prices and fears about climate change. We think the moment has arrived. We are anticipating interest from those concerned about rising energy costs, early adopters and the environmentally conscious, the company said.Currys has identified a clear demand for renewable energy solutions from customers. Market evaluation has revealed significant levels of interest. The move dovetails with government steps to encourage the growth of the sector by easing planning restrictions for solar panels and tax credits.Homes account for more than one-quarter of the UKs carbon dioxide emissions. The prices may be more than most consumers expect to spend in a Currys store but reflect a sharp fall in the cost of solar systems in recent years. Panels have come down in price by more than half in the past five years amid intense competition among global manufacturers. UK industry estimates for further price falls are 5 per cent a year, but global prices could drop more quickly, in line with a wider slide in the cost of electrical goods such as flat-panel televisions. The company will begin with three pilots at stores in Fulham, Croydon and West Thurrock. …………………………. … Copyright The Financial Times Limited :Eine gute Nachricht aus Großbritannien:

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52 Förderung der PV durch Stromverbraucher und Steuerzahler* * Die einst üppige steuerliche Förderung wurde mit Wirkung vom reduziert

53 Förderung der PV: 1. EEG und 2. Steuerabschreibung 1. EEG Übersetzt man die geschwollene juristische Prosa des EEG in eine effektive mathematische Sprache so gilt für die 20 Jahre lang gültige Einspeisevergütung P Bei normalen Dachanlagen (und Lärmschutzwände) bis 30 kWp: (1) P = P 0 * 0,95 (N-N0) mit P 0 = 57,4 [cent/kWh] ( bei Anlagen bis 30 kW peak ) N = Jahr der Inbetriebnahme der Anlage N 0 = 2004 AD

54 (2) P = (P 0 + P Zusatz )* 0,95 (N-N0) Bei allgemeinen Anlagen an /auf Gebäuden und Lärmschutzwänden: P Zusatz : bei Dachanlagen (und Lärmschutwänden) : P Zusatz = 0 [ct /kWh] bei Fassaden etc. : P Zusatz = 5 [ct /kWh] P 0 : bei Dachanlagen <= 30 kW p : P 0 = 57,4 [ct /kWh] ~ ~ mit ]30 – 100 [ kW p : P 0 = 54,6 ~ ~ mit >=100 kW p : P 0 = 54,0

55 (3) P = P 0 * 0,95 (N-N0) für N = 2004 und 2005 AD Bei Freiflächen und sonstigen Anlagen: Bei Freiflächen und sonstigen Anlagen : P 0 = 45,7 [ct /kWh] Und unverändert: N = Jahr der Inbetriebnahme der Anlage N 0 = 2004 AD (4) P = P 0 * 0,95 * 0,93 (N-N0+1) für N >= 2006

56 Direkte BQuelle: Gespeichert unter: EEG_2004_BGB-II pdf Das EEG : Der Antrieb für den Ausbau des RE- Stromes

57 Der einschlägige Gesetzestext 1a. Abnahmeverpflichtung - der geborene Netzzugang Die teuren Zauberworte: unverzüglich vorrangig

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59 1b. Fester Einspeisetarif für PV auf 20 Jahre Der einschlägige Gesetzestext

60 Hinzu kommen noch:

61 Förderung der PV: 1. EEG und 2. Steuerabschreibung 2. Steuerliche Begünstigung Siehe Vorbemerkung. Sorry, ich habe es nicht mehr geschafft, das auf einen kurzen Nenner zu bringen. Aber es lohnte sich. Nachbemerkung: seit können Verluste nur noch vorgetragen werden (also jetzt keine Verrechnung mit anderen Einkünften mehr möglich). 1. Vorbemekung: Ich blicke selber hier nur teilweise durch. In dem Prospekt des Beteiligungsfonds der voltwerk AG beansprucht das Kapitel 2 Steuerliche Aspekte immerhin 9 Druckseiten ; und schließt mit de r Empfehlung zum persönliche Steuerberater zu gehen. Dies lohnt sich auch, denn der eigentliche Reiz für betuchte Anleger liegt in der kurzfristigen (!!) steuerlichen Absetzbarkeit eines Großteils (ca. 80%) der Investitionskosten !! Achtung: ungültig seit

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63 Photovoltaics Technology Components and Systems Applications Clemson Summer School 6.5. – Dr. Karl Molter FH Trier Exzerpt aus : Zum Original:


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