Abschnitt 03 Systemtypen, Modultypen und Systemkomponenten. Marcus Rennhofer

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1 Abschnitt 03 Systemtypen, Modultypen und Systemkomponenten Marcus Rennhofer

2 Inhalt Hierarchischer Aufbau Zellen / Module / Systeme Technologieübersicht Kristalline Typen Dünnschichttypen Exoten Wirkungsgrade Systemkomponenten Wechselrichter Batterien Elektrik Systemübersicht Inselsystem Netzgekoppelt Hybridsystem

3 1. Hierarchischer Aufbau : Solarzelle oder ziehen: Czochralski (Ziehen aus dem Tiegel)

4 1. Hierarchischer Aufbau : Modul /1

5 1. Hierarchischer Aufbau : Modul /2

6 1. Hierarchischer Aufbau : Zelle - Modul - System Zelle Modul Generator / Anlage

7 1. Hierarchischer Aufbau : Schaltzeichen

8 2. Technologietypen: Familien- Stammbaum Zelltypen Kristalline Hybrid Dünnschicht Polykristallin Monokristallin / Wafer Monokristallin / Rück Monokristallin / Kugel HIT (mono + a-si) µsi/a-si (Multi-Junction) Mono Si Dünschicht Amorphes Silizium CuInSe / CuInGaSe CdTe GaAs / InGaAs organische Farbstoffe CZTS

9 2. Technologietypen: Monokristallin ~ 250 m Si-Zelle Czochralski: Reinheit Polysilizium > % (6N) bis Halbleiter-Si > 9N Si-Einkristall Si-Modul

10 2. Technologietypen: Polykristallin Polykristalline Zelle ( multikristallin ) EFG-Siliziumzelle Einkristallines Korn Domäne String-Ribbon-Siliziumzelle

11 2. Technologietypen: Dünnschichtphotovoltaik

12 2. Technologietypen: a-si z.b., a-si, a-si/µsi, a-si:h ~ 10 m

13 2. Technologietypen: CdTe ~ 1 m Cd: bedenklich für Umwelt (?)

14 2. Technologietypen: CIS / CIGS CIS CuInSe 2 CIGS Cu(In,Ga)(S,Se) 2 ~ 1 m

15 2. Technologietypen: Exoten: Rückseitenkontaktiert h ~ 24% NEU!!!!! Modul: 333 W

16 2. Technologietypen: Exoten: Farbstoffzelle / Grätzel Viele technische Probleme: e-transport Ionen-Beweglichkeit Ohmsche Verluste Strömungsdynamik korrosiv Vorteile: preiswert einfach Rohstoffe verfügbar flexibel transparent

17 2. Technologietypen: Exoten: Organische Solarzelle Polymer-Fulleren- Nanopartikel-Gemisch: h < 9% altert rasch (< 5a)

18 2. Technologietypen: Exoten: CZTS Cu 2 ZnSn(S,Se) 4 h ~ 4% - 11% IBM

19 2. Technologietypen: Exoten: GaAs / GaInAs h > 30% ESA-Ziel 2017: 34-37% Helmholzzentrum Berlin EUR /m2

20 2. Technologietypen: Exoten: Monokristalline Kugelzellen

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23 2. Technologietypen: Vergleich Kristallin + Hohe und stabile Zellwirkungsgrade + Ausgereifte Zelltechnologie + Farb- und Formenvielfalt - Eingeschränkte Größe (Zellraster) - Inhomogene Optik - Fehlende Transparenz & Flexibilität - Hoher Si-Verbrauch - Aufwändige und kostenintensiv - Hohes Gewicht - Prozesstemperaturen >900 C Dünnschicht + Hohes Kostenreduktionspotential + Homogene Erscheinung + Beschichtung großer Flächen + Farb- und Formenvielfalt + Semitransparenz + geringe Schichtdicken & Mat. Verbrauch + Niedrige Prozesstemperaturen < 600 C - Geringere Wirkungsgrade - Mangende Langzeitstabilität - Produktionsreife

24 2. Technologietypen: Vergleich Kristallin Dünnschicht + + Hohe Zellwirkungsgrade + Hohe Flächenleistungsdichte + Farb- und Formenvielfalt + Prozesstemperaturen < 600 C - - Inhomogene Optik - Aufwändige und kostenintensiv - Geringere Wirkungsgrade - Mangende Langzeitstabilität

25 2. Technologietypen: Vergleich

26 3. Systemkomponenten DC Trennschalter Netzbetrieb Anschlußkasten / Überspannungsschutz

27 3. Systemkomponenten Inselbetrieb

28 3. Systemtypen: Inselanlagen Denkbare Anwendungen: Freistehende Häuser (Berghütten) Netzferne Versorgung (Entwicklungsländer) Netzferne Infrastruktur (Wetterstationen, Verkehrsleitung ) Hausboot mit PV Mongolische Neue Donau, Jurte mit Wien PV ATB-Becker

29 3. Systemtypen: Netzgekoppelt Typische Anwendung: Einfamilienhaus Industriedach Freifeldanlage Augsburger Passivhaus Zentrum ATB-Becker

30 3. Systemtypen: Hybridanlagen Inselbetrieb & Netzkopplung Möglich, verschiedene Erzeuger Schiestlhaus Hochschwab ATB-Becker

31 Solarkraftwerk: Beispiele Anlagen:10-40 MW

32 Solarkraftwerk: Beispiele Anlagen: MW Perovo Ukraine Activ-Solar

33 2. Technologietypen: Rohstoffverfügbarkeit Faulstich, TU-München

34 2. Technologietypen: Rohstoffverfügbarkeit Faulstich, TU-München

35 2. Technologietypen: Rohstoffverfügbarkeit Faulstich, TU-München

36 Motivation: Technische Rohstoffverfügbarkeit Faulstich, TU-München

37 2. Technologietypen: Rohstoffverfügbarkeit Technologie c-si, a-si CdTe CIS/CIGS Effizienz >20% <10% >10% >15% Verfügbarkeit t t [t/a] P = 113 P = 600, R = 800 Reichweite [a] In-Preis: 2002: 97 $/kg 2005: 827 $/kg P = Produktion, R = Recycling SiO 2 27% Erdkruste = Si Te-Produktion: 113 t/a Beiprodukt der Cu, Ni- Industrie

38 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! VO SS : Module & Systeme