IES. Wie lange scheint die Sonne noch? !! Alter der Sonne: 4.5 Mia. Jahre!! Lebenserwartung: min. 10 Mia. Jahre

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1 Institut für Energiesysteme Photovoltaik Dr. Luc Feitknecht, Dozent, ENERGYSTEME Wie lange scheint die Sonne noch?!! Alter der Sonne: 4.5 Mia. Jahre!! Lebenserwartung: min. 10 Mia. Jahre 2

2 ENERGYSTEME Potentialabschätzung PVGIS: onlinetool min. 450 kwh/kwp max kwh/kwp 3 ENERGYSTEME Wie funktioniert eine Solarzelle? 1.! Sonnenlicht (keine Wärme) 2.! Absortion (keine Reflektion und Transmission) 3.! UV-Licht: viel Energie IR-Licht wenig Energie 4.! Photoelektrischer Effekt beschreibt, wie Lichtenergie in elektrische Energie umgewandelt werden kann 4

3 ENERGYSTEME Einfache Messung einer Solarzelle 1.! Bei viel Licht kann viel Strom gewandelt werden 100% Licht 100% Strom 5 ENERGYSTEME Einfache Messung einer Solarzelle 2. Bei wenig Licht kann wenig Strom umgewandelt werden 50% Licht Wichtig: Solarzellen funktionieren auch noch bei bewölktem Wetter. 50% Strom 6

4 ENERGYSTEME Standardbedingungen in der Photovoltaik Modulverkäufer: kw p Stromkäufer: kwh Ref: Solar Powerbox, TNC 7 ENERGYSTEME Eine einzelne Solarzelle genügt meistens nicht! Einzelne Solarzellen werden verschaltet: Serienschaltung erhöht die Spannung Parallelschaltung erhöht den Strom Bauelement: 1 Wafer 8

5 ENERGYSTEME Kristallines Silizium Solarmodul Ref: Solar Powerbox, TNC 9 ENERGYSTEME Und bei den Dünnschichtmodulen? Eine Beschichtung = eine Solarzelle Achtung, ohne Unterteilung: hoher Strom, kleine Spannung Lösung: Zerschneiden und Serienverschalten Bauelement: 1 Glasplatte 10

6 ENERGYSTEME Laserstrukturierung: Monolithische Serienverschaltung a-si Solar Cell Cell n Cell n+1 Cell n+2 Glas TCO Zelle Rückseitenkontakt Ref: Unaxis 11 ENERGYSTEME Erstes Modul aus Oerlikon Solar FAB1200, April 2007 Ref: Ersol Thin-Film GmbH 12

7 ENERGYSTEME Applied Materials (AKT) SUNFAB Kunden:!! Signet Solar GmbH (D)!! Sunfilm (D)!! Malibu, Q-Cells (D)!! Masdar PV GmbH (D)!! Moncada Energy Group (I)!! T-Solar (E)!! Genesis (Hg)!! Green Energy Technologies (TW)!! Moser Baer Votovoltaic Ltd. (In) 13 ENERGYSTEME Handelsübliche Solarzellen 14

8 ENERGYSTEME Grossanlagen Dünnschicht Silizium Siliziumwafer (c-si) Ref: PV-tour, TNC 15 ENERGYSTEME Erste Solaranwendungen!! 1958: Satelliten, Vanguard I!! 1979: Solar Taschenrechner Source:

9 ENERGYSTEME Rückblick amorphes Silizium 1973 Dundee, Scottland: Spear & LeComber abscheidung von amorphen Siliziumschichten mittels Gasphasenabscheidung (SiH 4 -Plasma) 1976 RCA Princeton (USA): Carlson & Wronski stellen erste amorphe Zelle mit 2.4% Effizienz her Industrialisierung erste Generation 2002 Weltweit 7 kommerzielle Modulhersteller mit einem Jahresausstoss von 85MW 10 MW p Produktionslinie von BP Solar, USA ENERGYSTEME Amorphe (a-si) Module seit 1988 in Betrieb!! ARCO Solar G4000: Amorphe Module aus der Pionierzeit (erster Generation Markteinführung 1986) 18

10 ENERGYSTEME Isolierte a-si Module bringen 8-9% Mehrertrag Source: I. Pola, SUPSI, Thin Film Industry Forum Berlin, ENERGYSTEME Von der Solarzelle zur Solaranlage!! Solarzellen werden aus Silizium Wafern hergestellt!! Solarmodule sind verschaltete Solarzellen!! Solaranlagen sind verschaltete Solarmodule Solar Zelle Solar Modul Solar Generator 20

11 ENERGYSTEME Solargenerator!! Solarmodule werden auch wieder seriell- / parallel verschaltet m ENERGYSTEME Die Sonne verzeiht leichte Südabweichungen!! Ausrichtung nach Süden ist am besten!!! Sogar 45 Abweichung nach Ost / West verursachen keine grossen Verluste.!! Flachdachmontage verursacht grösseren Verlust.!! In Fassaden sind die Verluste am höchsten. 22

12 ENERGYSTEME Diese PV-Anlagen sind auch 23 ENERGYSTEME Tips für die PV-Anlage Schattenwurf in unmittelbarer Nähe vermeiden!! Ein Mast mag nur einen kleinen Schatten auf ein Modul werfen, wegen der Zellenverschaltung legt er jedoch das ganze Modul lahm!!! Hindernisse im fernen Horizont (Berge, Gebäude, Bäume) reduzieren geringfügig den Ertrag 70% der Energie wird zwischen 10h 00 und 15h 00 generiert. 24

13 ENERGYSTEME Die meisten Module mögen s kühl! Bereits ein Abstand Modul-Hauswand von ca cm eralubt eine Kühlungszirkulation zur Ertragssteigerung. 25 ENERGYSTEME Energiesysteme: Photovoltaik Ref: 26

14 ENERGYSTEME BIPV: Building Integrated Photovoltaics Die bebauten Flächen zu dezentralen Energiequellen aufstocken. 27 ENERGYSTEME PV Beispiele: Solardachziegel Laumans GmbH, Brüggen Sunslates, Atlantis Energy Systems Panotron Solarenergiesystem 28

15 ENERGYSTEME PV Beispiele: Solardachziegel Panotron Prefa 29 ENERGYSTEME PV Beispiele: Fassaden!! Ins Gebäude integrierte PV Flexible Dreischicht Dünnschicht-Silizium Module von UNI- SOLAR. Wirkungsgrad 8% Erwarteter Jahresertrag: kwh/a Erwarteter Spezifischer Ertrag: 694 kwh/kwp Thyssen Werke in Duisburg Beeckerswerth Source:

16 ENERGYSTEME Das Netzwerk als Speicher Ref: Swisssolar, Solar Powerbox 31 ENERGYSTEME Ein typischer Tag in einem PV-Haushalt, Zentraleuropa Ref: Swisssolar, Solar Powerbox 32

17 ENERGYSTEME PV Beispiele: Inselanlagen Parking meter Leglerhütte 2273 m Mongolien Expedition Laos 33 ENERGYSTEME Photovoltaik jetzt! IEA Studie: 657 PV Anlagen von Häuslebauer Mittelwert Anlagenkosten: 16 USD/W -> 8 USD/W in 15 Jahren Mittelwert der Effizienz: 11.5% -> 12.5% in 15 Jahren Ref: T.Nordmann, EUPVSEC 2007 Milano Fazit: Die PV-Anlagenpreise sinken schneller als die Moduleffizienz steigt. Zuwarten lohnt sich kaum. 34

18 ENERGYSTEME Wo steht die Schweizer PV Produktion?!! Früher Start der Pioniere in der Schweiz: - Tour de Sol 1989: - Spirit of Biel 1990:!! Seit 2002 den Anschluss an Deutschland verpasst! 35 ENERGYSTEME PV-Land Schweiz Ref.: 36

19 ENERGYSTEME Ref.: 37 ENERGYSTEME Masseinheiten Arbeit! kwh = Kilowattstunde! MWh = Megawattstunde (10 3 kwh) = 1000 kwh! GWh = Gigawattstunde (10 6 kwh) = 1 Mio. kwh! TWh = Terawattstunde (10 9 kwh) = 1 Mrd. kwh Leistung! kw = Kilowatt (10 3 Watt)! MW = Megawatt (10 6 Watt) = 1000 kw Umrechnungsfaktoren 1 kwh = 3,60! 10 6 Joule (J) 1 J = 277,8! 10-9 kwh Ref.: 38

20 ENERGYSTEME Stromverbrauch in der Schweiz 2008 Mrd. kwh % Endverbrauch % Haushalt % Landwirtschaft, Gartenbau Industrie, verarbeitendes Gewerbe % % Dienstleistungen % Verkehr % Ref.: 39 ENERGYSTEME Welchen Strom verbraucht die Schweiz? 0.038% des Schweizer Gesammtverbrauchs kommt aus Sonnenenergie oder Ca. 0.12% des Schweizer Haushaltsstoms kommt aus Sonnenenergie Ref.: 40

21 ENERGYSTEME Jährliche PV Weltproduktion Effektive Marktentwicklung:!! auf 30% Kurve!! auf 35% Kurve!! Seit 2004 auf 40% Kurve Bei Verdoppelung der Weltproduktion sinken Preise um 20% 41 ENERGYSTEME Die 5 grössten PV-Anlagen: Spainien dominiert Die Rangliste Solarpark Waldpolenz ( kw), Brandis/Leipzig Solarpark (500 kw), Morbacher Energielandschaft Sources: top50pv.php 42

22 ENERGYSTEME Ambitionierte Projekte: Solar Autorennen durch Australien!! 1987 Event 3. Platzierung Ingenieurschule Biel (CH) Durchschnittsgeschw Km/h!! 1990 Event 1. Platzierung Ingenieurschule Biel (CH) Durchschnittsgeschw Km/h 43 ENERGYSTEME Ambitionierte Projekte: Flug Rund um den Globus nur mit Solarenergie. 44

23 ENERGYSTEME Masterstudiengang am : Energiesysteme!"#$%&'(')'*(+,-$ "./0&*1//$2$ ($!"#$%"&'("&)*&"$%+&""#$,* -.$%'/0&#$*(1*234&"0$3* 5#637$,8*9.25:;** <=*>.?5@A6"+#$*7B*C&DB$"*3$,*E25* >"$%F7$,G,#$B$* 815/9+145$2$:45;,<$ <H*?&F$;*I$J$7),*<*4())$%*?&F*K%(* L(0D$*M*N=*5#6"3$"*&),*!"#$",74J(0D$* O$F7""P *<QR=SRS=<=* >"3$P *<TR=QRS=<=* U6%,#&FP*E("#&F* V"3$%6"F$"*4(%W$D&)#$";*&+#6$))$*!"1(,P* DXKPYY7",'#6#$R"#WR0DY7$,* 45 ENERGYSTEME Zusammenfassung!! Sonnenenergie hat Potential!! Funktionsweise einer Solarzelle (dünn / dick)!! Wir kaufen kw peak, verkaufen aber dem EW kwh!! Kombination von PV in Gebäuden macht Sinn in der Schweiz!! Gefühl entwickeln für! Von wo kommt der Strom?! Wohin geht der Strom?!! Weltweiter PV Markt wächst bisher unabhängig von Finanzkriesen Foto: L:Feitknecht 46