Konstruktiver Modulaufbau (1)

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1 Konstruktiver Modulaufbau (1) Standardmodul Sondermodul Anschlussdose Glasscheibe/ Folienverbund Kleberfolie/Gießharz Zellenverbund Kleberfolie/Gießharz Vorderseitenglas Rahmen Innere Isolierglasscheibe VSG Luftzwischenraum Glasscheibe/Folienverbund Kleberfolie/Gießharz Zellenverbund Kleberfolie/Gießharz Vorderseitiges Glas VSG: Verbund-Sicherheitsglas

2 Konstruktiver Modulaufbau (2) Solarzellenstrang Laminatschichtung Rückseitenglas PVB-Folie/Gießharz Zellenverbund PVB-Folie/Gießharz Vorderseitenglas PVB: Polyvinyl-Butyral

3 Aufbau von Photovoltaik-Verglasungen (1) Einfachverglasung Isolierverglasung ESG Zellen Folien ESG Zellen ESG ESG Zellen VSG aus TVG ESG Zellen ESG Luftzwischenraum ESG/SPG/Drahtglas ESG Zellen ESG Luftzwischenraum VSG aus SPG ESG: Einscheiben-Sicherheitsglas VSG: Verbund-Sicherheitsglas TVG: Teilvorgespanntes Glas SPG: Spiegelglas

4 Aufbau von Photovoltaik-Verglasungen (2) Einfachverglasung Rückseitiger Folienverbund Zellenverbund Vorderseitiges Glas Rückseitiges Glas VSG Zellenverbund Vorderseitiges Glas VSG: Verbund-Sicherheitsglas

5 Aufbau von Photovoltaik-Verglasungen (3) Isolierverglasung Isolierglasscheibe Luftzwischenraum Glasscheibe/Folienverbund Zellenverbund Vorderseitiges Glas Isolierglasscheibe VSG Luftzwischenraum Glasscheibe/Folienverbund Zellenverbund Vorderseitiges Glas VSG: Verbund-Sicherheitsglas

6 Aufbau und Funktion einer Silizium-Solarzelle Vorderseitenkontakt pn-übergang (elektrisches Feld) n-schicht 0,03 mm 0,3 mm p-schicht elektrische Energie Rückseitenkontakt (ganzflächig)

7 Fertigung kristalliner Silizium-Solarmodule (1) Herstellung der Siliziumscheiben Polykristalline Silizium-Nuggets (Reinheit 1:10 9 ) p-dotierte Silizium-Schmelze (Borzusatz) Oktaederrohr Säule Bandziehen Tiegelziehprozess Blockgießen Besäumen Sägen in Prismen Scheiben schneiden (Laser) Scheiben sägen (Drahtsäge)

8 Fertigung kristalliner Silizium-Solarmodule (2) Herstellung der Solarzellen p-schicht n-schicht Wegätzen der p-schicht auf der Rückseite und an den Kanten p-schicht n-schicht Phosphor-Diffusion Siebdruck Rückseitenkontakt Vorderseitenkontakt Antireflexschicht Elektrische Vermessung der Solarzellen Sortieren nach Wirkungsgrad

9 Fertigung kristalliner Silizium-Solarmodule (3) Zusammenbau des Moduls Verschalten von Einzelzellen Funktionstest des Solarzellenstrangs Laminieren Rahmung/ Montage der Anschlussdose Abschlusskontrolle/ Vermessung des Solarmoduls

10 Auslegung einer Photovoltaik-Anlage Beispiel: 5 kw-anlage auf Einfamilienhaus Elektrische Energie in kwh Elektrische Energie in kwh Jan Feb März April Mai Juni Juli Aug Sept Okt Nov Dez Jan Feb März April Mai Juni Juli Aug Sept Okt Nov Dez Eigenerzeugung PV-Anlage kwh/a Haushaltsstromverbrauch kwh/a Selbstgenutzte Energie kwh/a Netzeinspeisung kwh/a

11 Ausrichtung der Generatorfläche Neigungswinkel W N % 95% 90% 85% 80 75% 65% 70% Osten/Westen O S 0 Süden 10 20

12 Hinterlüftung der Generatorfläche ca. 15 cm ca. 5 cm 0 cm gut hinterlüftet ohne Temperaturverluste schlecht hinterlüftet ca. 5% Temperaturverluste nicht hinterlüftet ca. 10% Temperaturverluste

13 Abschattung der Generatorfläche (1) ohne Abschattungsverluste ca. 90% Abschattungsverluste des Moduls ca. 90% Abschattungsverluste des gesamten Generatorstrangs

14 Abschattung der Generatorfläche (2) Verschattung durch Gebäudegeometrie Verschattung durch Dachdurchstöße Verschattung durch tiefe Abdeckleisten und Bepflanzung

15 Solarzellenkennlinien (1) Strom-/Spannungskennlinie mit Leistungsverlauf Solarzellen-Strom in A 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Solarzellen-Leistung in W 1,5 1,0 0,5 Solarzelle: polykristallines Silizium 10 cm x 10 cm 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Strom-/Spannungskennlinie Leistungskennlinie in W Solarzellen-Spannung in V T = 25 C Punkt maximaler Leistung (MPP) E = 1000 W/m 2

16 Solarzellenkennlinien (2) Parallelschaltung Strom im Solarzellenstrang in A 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 2 Solarzellen parallel 1 Solarzelle T = 25 C E = 1000 W/m 2 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Spannung im Solarzellenstrang in V

17 Solarzellenkennlinien (3) Reihenschaltung Strom im Solarzellenstrang in A 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 2 Solarzellen in Serie T = 25 C Spannung im Solarzellenstrang in V 1 Solarzelle E=1000 W/m 2

18 Solarzellenkennlinien (4) Einfluss der Bestrahlung Temperatureinfluss Solarzellenstrom in A 3,0 Solarzellenstrom in A 3,0 2,5 2,5 2,0 2,0 1,5 1,5 1,0 1,0 0,5 0,5 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 E=1000 W/m 2 E=250 W/m 2 Solarzellen- Spannung in V 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 T=60 T=25 T=0 Solarzellen- Spannung in V E=500 W/m 2 E=100 W/m 2 T = 25 C E=1000 W/m 2

19 Solarmodulkennlinien Strom-/Spannungskennlinien in Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung und der Modultemperatur Solarmodul-Strom in A 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 Solarmodul: 36 Solarzellen á 10 cm x 10 cm E = 1000 W/m 2 T = 25 C (STC) E = 800 W/m 2 E = 1000 W/m 2 T = 45 C (NOCT) T = 60 C Solarmodul-Spannung in V STC: standard test conditions NOCT: normal operating conditions temperature

20 Der Wechselrichter zur Netzkopplung (1) Zentraler Wechselrichter mit intelligenten Solargenerator-Anschlusskasten Zentraler Multistrang- Wechselrichter Strangorientierter zentraler Wechselrichter mit vorgeschalteten Gleichspannungswandlern (Hochsetzsteller) Strangwechselrichter Modulorientierte Wechselrichter EVU EVU EVU EVU EVU EVU EVU Spannungsniveau des Solargenerators relativ niedrig variabel relativ hoch 220 V Wechselspannung für alle Module im Generatorfeld Anordnung der Module gleiche Einbaubedingungen erforderlich für Module im jeweiligen Generatorstrang (Stränge mit verschiedener Orientierung, Modulanzahl, Modultypen, Einbauart etc. möglich Verschiedene Einbaubedingungen für jedes Modul möglich Anlagenüberwachung nur gesamtes Generatorfeld jeder Generatorstrang jedes Einzelmodul

21 Der Wechselrichter zur Netzkopplung (2) Zentraler Wechselrichter Spannungsniveau des Solargenerators relativ niedrig Anordnung der Module gleiche Einbaubedingungen erforderlich für alle Module im Generatorfeld Anlagenüberwachung nur gesamtes jeder Generatorfeld Generatorstrang EVU EVU mit intelligenten Solargenerator-Anschlusskasten

22 Der Wechselrichter zur Netzkopplung (3) Zentraler Multistrang- Wechselrichter EVU Strangorientierter zentraler Wechselrichter EVU Spannungsniveau des Solargenerators variabel Anordnung der Module gleiche Einbaubedingungen erforderlich für Module im jeweiligen Generatorstrang (Stränge mit verschiedener Orientierung, Modulanzahl, Modultypen, Einbauart etc. möglich) Anlagenüberwachung jeder Generatorstrang mit vorgeschalteten Gleichspannungswandlern ( Hochsetzsteller)

23 Der Wechselrichter zur Netzkopplung (4) Strangwechselrichter Spannungsniveau des Solargenerators variabel relativ hoch Anordnung der Module gleiche Einbaubedingungen erforderlich Anlagenüberwachung gesamter Generatorstrang EVU EVU mit vorgeschalteten Gleichspannungswandlern ( Hochsetzsteller)

24 Der Wechselrichter zur Netzkopplung (5) Modulorientierte Wechselrichter Spannungsniveau des Solargenerators 220 V Wechselspannung Anordnung der Module verschiedene Einbaubedingungen für jedes Modul möglich Anlagenüberwachung jedes Einzelmodul EVU

25 PV-Stromerzeugung und Netzbezug im Privathausbereich Elektrische Leistung in kw 1 0,8 0,6 0,4 Substitution der Mittags-Lastspitze mit Photovoltaik-Anlage 0,2 [ISE] Uhrzeit Solare Stromerzeugung mit 2,5 kw-anlage Stromverbrauch Haushalt Netzbezug ( Photovoltaik-Normlastprofil )

26 Die netzgekoppelte Photovoltaik-Anlage (1) Volleinspeisung ins Stromnetz unternehmerischer Anlagenbetrieb mit Vorsteuerabzugsberechtigung und Umsatzsteuerpflicht zwei Stromzähler jeweils für Strombezug und Stomeinspeisung Solargenerator Solargenerator- Anschlusskasten Verbraucher Hausverteilung Zähler Strombezug Zähler Solarstrom-Erzeugung Wechselrichter Gleichstrom- Hauptschalter

27 Die netzgekoppelte Photovoltaik-Anlage (2) Volleinspeisung ins Stromnetz Eigenstrombezug unabhängig von der Solarstromerzeugung Elektrische Leistung in kw 1 0,8 0,6 0,4 0, Uhrzeit Netzbezug (Normlastprofil Haushaltskunde ) [ISE]

28 Die netzgekoppelte Photovoltaik-Anlage (3) Überschusseinspeisung und anteilige Eigenbedarfsdeckung privater Anlagenbetrieb Wechselrichter Solargenerator Verbraucher Stockwerksverteiler Gleichstrom- Hauptschalter zwei Stromzähler für Strombezug und -einspeisung; evtl. zusätzlich ein Solarstromzähler alternativ: saldierende Stromverrechnung über vorhandenen Stromzähler Verbraucher Solargenerator- Anschlusskasten Montagevereinfachung möglich bei Direkteinspeisung ins Hausstromnetz im Dachstock Hausverteilung * öffenliches Netz * 2 Zähler für Strombezug und -einspeisung,

29 Die netzgekoppelte Photovoltaik-Anlage (4) Überschusseinspeisung und anteilige Eigenbedarfsdeckung Elektrische Leistung in kw 1 0,8 0,6 Solarstrom wird zu ca % selbst genutzt Verringerung des Strombezugs vor allem während der Mittagsspitzenlastzeit 0,4 0, Netzbezug [ISE] bei Netzparallelbetrieb einer 2,5 kw-anlage ( PV-Normlastprofil ohne Mittagsspitze) Uhrzeit

30 Photovoltaik-Anlagen in der Gebäudehülle Sonnenschutzmarkise (starr/einachsig nachgeführt) Flachdach (starr/ein- oder zweiachsig nachgeführt Schrägdach Sheddach Kaltfassade Sonnenschutzlamellen (starr/einachsig nachgeführt) Warmfassade (Oberlicht/Fenster) Glasanbau Kalt/Warmfassade (Brüstung/Attika) Erschließungszone Atrium/ Wintergarten Membran- und Seilnetzkonstruktion

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