asgäsägg^sbs^^ Andreas Wagner Photovoltaik Engineering Handbuch für Planung, Entwicklung und Anwendung 4. Auflage ö Springer Vieweg

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1 asgäsägg^sbs^^ Andreas Wagner Photovoltaik Engineering Handbuch für Planung, Entwicklung und Anwendung 4. Auflage ö Springer Vieweg

2 Vorwort V VII Symbolverzeichnis XI 1 Einführung Eine kurze Geschichte der Photovoltaik Photovoltaische Anwendungstechnik Literatur 5 2 Solares Strahlungsangebot Spektrum des Sonnenlichtes Astronomische Gegebenheiten Einstrahlung auf die Horizontale Einstrahlung auf die geneigte Fläche Einstrahlung auf die nachgefühlte Fläche Literatur 43 3 Solargenerator Ersatzschaltbild und Kennlinie der Solarzelle Ideale Solarzelle Ersatzschaltbilder mit konzentrierten Elementen Effektive Solarzellen-Kennlinie Kennlinien-Gleichung Berechnung der Gleichungsparameter Approximationsfunktion für die Steigung M Berechnungsbeispiel zur effektiven Solarzellen-Kennlinie Verlustwiderstände Serien-Innenwiderstand Rs Rs-Messung unter freiem Himmel Rs-Messung aus nur einer Solarzellen-Kennlinie Einfluss der Bestrahlungsstärke auf den Rs Parallel-Innenwiderstand Rp 68

3 VIII 3.4 Messung der Kennlinie Ausgewählte Prinzipschaltbilder zur Kennlinienmessung Realisierung eines Kennlinien-Messgerätes Qualitätskontrolle vor Ort Peakleistungsmessung Innenwiderstandsmessung Matchverluste Verlustbegrenzung durch Bypass-Diode Internes Mismatching Verluste durch Staub-Belag Literatur Komponenten von PV-Systemen Inselsysteme und Netzeinspeisesysteme Batterie Laderegler Wechselrichter Europäischer Wirkungsgrad Kalifornischer Wirkungsgrad Resultierender Wirkungsgrad bei Überdimensionierung Verbraucher Literatur Dimensionierung von PV-Inselanlagen Dimensionierung des Solargenerators Dimensionierung der Batterie Definition der Systemverfügbarkeit Verfügbarkeit als Zielgröße der Dimensionierung Einfluss der Batteriegröße auf die Verfügbarkeit Dimensionierung ausgewählter Anwendungen Solare Heimsysteme Dorfstromversorgungsanlagen Medizin-Kühlschrank Wochenendhaus Einfamilien-Wohnhaus Relaisfunkstation Literatur 176

4 IX 6 Energieversorgung mit PV-Anlagen Jahres-Energieertrag von PV-Systemen Kosten pro Kilowattstunde Aufzinsungsfaktor und Abzinsungsfaktor Barwertfaktor und Wiedergewinnungsfaktor Kosten-Annuitäten-Methode Ländliche Elektrifizierung mit Solar-Home-Systemen PV-Inselsystem vs. Netzerweiterung Einfamilien-Wohnhaus Netzeinspeiseanlage Literatur Energie-Ertragsgutachten Selbstverpflichtung der Ertragsgutachter Wetterdaten Systemkomponenten Standort, Vor-Ort-Termin, Verschattung Berechnungsverfahren Darstellung der Ergebnisse Vergleichendes Gutachten von drei PV-Anlagen Wohnhaus Iserlohn Sümmern, Brucknerstraße Wohnhaus Iserlohn Sümmern, Uhlenburg Kreuzkirche Sümmern, Kirschblütenweg Zusammenfassung Literatur 224 Anhang 225 A.l Solares Strahlungsangebot 226 A.l.l Spektrum des Sonnenlichtes 226 A.1.2 Astronomische Gegebenheiten 232 A.l.3 Deklination Januar bis Juni 242 A. 1.4 Deklination Juli bis Dezember 243 A. 1.5 Zeitgleichung Januar bis Juni 244 A.l.6 Zeitgleichung Juli bis Dezember 245 A.1.7 Einstrahlung auf die Horizontale 246 A.1.8 Einstrahlung auf geneigte Fläche 290 A.l.9 Jährliche Schwankung der Globalstrahlung 292

5 X A.2 Solargenerator 296 A.2.1 Effektive Solarzellen-Kennlinie 296 A.2.2 PV-Modul-Datensammlung 298 A.3 Ursachen für Minder-Leistung 413 A.4 Mathcad Grundlagen 416 A.5 Qualitätskontrolle 419 A.5.1 Ermittlung der Kennwerte 419 A.5.2 Peakleistung 420 A.5.3 Serien-Innenwiderstand Rs 422 A.5.4 Parallel-Innenwiderstand Rp 424 A.6 Matchverluste 425 A.7 Anlagenkomponenten 432 A.7.1 Bleibatterie 432 A.7.2 Wechselrichter 433 A.8 Systemdimensionierung 452 A.8.1 Täglicher Energiebedarf 452 A.8.2 Dimensionierung der Batterie 452 A.8.3 Dimensionierung des Solargenerators 453 A.8.4 Mittlere Verfügbarkeit 454 A.9 Energieversorgung mit PV-Anlagen 457 A.9.1 Energieertrag 457 A.9.2 Kosten pro Kilowattstunde 457 A.9.3 Kosten-Annuitäten-Methode 458 A.10CO2-Emission 460 A.ll Literatur 461 Sachverzeichnis 463