Vortrag für Energiearchitektur Dresden Photovoltaik Vortrag für Energiearchitektur Dresden Einführung Geschichte Physik Technologien Marktübersicht Kosten und Energieertrag Gestalterische Möglichkeiten Eigene Einschätzung und Entwicklung

1. Einführung Lieber Module auf dem Dach als Aktien im Keller Sonne strahlt jährlich das 15 000-fache des derzeitigen weltweiten Energie- verbrauchs ein 1000 kWh Sonnenstrom = 700 kg CO2 erspart 2008 – 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 % ) [Keine Wahlwerbung ] z. Z. nur 1/1000 der Energie aus Solarzellen Vorbereitet sein für den großen Run

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

2. Physik Zeichnung vom pn-Übergang mit Elektronentrennung – HL Meine Wahlpflichtfächer im Hauptdiplom: Experimentelle Halbleiterphysik (HgCdTe ) Optik und Spektroskopie (Lumineszenz ) Solarkonstante = 0,8 kW/ m2 – 2,5 kW/ m2 Verschiedene Solarzellentypen absorbieren zum Teil Unterschiedliche Wellenbereiche !  Tandem-Solarzellen

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

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

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

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

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

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

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

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

Einspeisevergütung in ct/ kWh lt. EEG <30kW 30–100kW 100kW 1000kW >1000kW 2009 43 41 40 33 32 2010 40 38 36 30 29 In anderer Literatur andere Zahlen Zum Vergleich bei DREWAG 20 ct pro kWh

In unseren Breitengraden zirka 1 kW/ m2 1000 kWh Strom pro Jahr bei 10 m2 4-Personen-Haushalt etwa 4000 kWh Pro kW-peak zirka 6000 Euro Zirka 1000 kWh pro kW-peak (zirka 22 000 Euro für 4 kWh-peak ) Anlage mit 5 kW-peak – ca. 5000 kWh Strom pro Jahr 30 – 40 Jahre Lebensdauer 20 – 25 Jahre Leistungsgarantie

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

Verschiedene Beispiele für Integration in Gebäuden

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

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

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

Weiterführende Literatur