2. Solarmodule und Solargeneratoren

Transkript

1 . olarmodul ud olargrator Di Halblitrthori ud dr Aufbau dr olarzll sid wstlichr Bstadtil vom il A. dism il dr Vorlsug wir ur kurz auf d Aufbau ud das Fuktiosprizip vo olarzll iggag. Zur Erzugug praktisch utzbarr paug wrd twa 3 bis 7 olarzll i ri gschaltt ud zum chutz gg mwltiflüss i im Ghäus zu im olarmodul zusammgfasst. olarmodul kö durch ri-/aralllschaltug zu olargrator bis i d MW-Brich zusammgschaltt wrd.. olarzll Moo- ud polykristalli i-olarzll bsth aus ir großflächig Diod mit ir lichtxpoirt prrschicht. Damit möglichst all Lichtquat i di Näh dr prrschicht glag kö, muss di dm Licht zugwadt Halblitrzo (üblich -i) mit,5 µm shr dü si. Auch di mtallisch Frotkotakt, di zur Erzilug is idrig widrstads ötig sid, dürf ur i shr kli il dr aktiv Fläch bschatt. Zur Erzilug ir grig flxio a dr Obrfläch dr olarzll muss lichtsitig zudm i Atirflxschicht aufgbracht wrd. rff Lichtquat auf di olarzll auf, so wird dabi auf Grud ds ir hotoffkts i Elktro-/Loch-aar rzugt. Durch das stark lktrisch Fld E i dr prrschicht wrd dis Elktro/Lochpaar schll gtrt, bvor si rkombiir kö. Auf di Elktro wirkt wg ihrr gativ Ladug i raft tgggstzt zur Fldrichtug; si samml sich dshalb i dr -Zo. Di Löchr wadr i Fldrichtug ud samml sich im raumladugsfri il dr p-zo. Di Lrlaufspaug ir olarzll ist immr twas klir als di Diffusiosspaug D. chlißt ma di a Frot- ud ücksit agbracht otakt übr i äußr litd Vrbidug kurz, so kö di durch d ir hotoffkt rzugt Ladugsträgr sofort aus d tsprchd Zo abfliß. Es fidt ki duktio dr aumladug ud ds lktrisch Flds statt, übr dr prrschicht ligt witrhi di Diffusiosspaug D ud s flißt für di ggb Bstrahlugsstärk i urzschlussstrom sc. sc ist bi ir olarzll proportioal dr Bstrahlugsstärk G. dr raxis wird di -chicht a dr Zllobrfläch mist wstlich stärkr dotirt als di p-chicht. i wird dshalb mit + bzicht. Da di olarzll als Gazs lktrisch utral si muss, rstrckt sich di usymmtrisch aumladugszo wit is p-gbit. Di ubluchtt olarzll ist i ormal Halblitrdiod, di i Durchlassstrom vo dr p- ach dr -it fliß lässt, w di paug übr dr Diod vo p ach grichtt ist. Bi Bluchtug wird zusätzlich i hotostrom sc rzugt, dr proportioal zur Bstrahlugsstärk G auf di olarzllfläch A Z ist ud vo dr -it zur p-it flißt. Di Ersatzschaltug vrdutlicht dis Zusammhag. Mit dm riwidrstad ud dm aralllwidrstad wrd di ir Vrlust dr hotozll dargstllt. C D Ersatzschaltug ir blastt olarzll (Lrlauf: =, urzschluss: = ) G. chk, 5.4 hotovoltaik ud olartchik FB chik, Abt. E+ 8

2 Für d trom dr olarzll i Abhägigkit dr paug gilt utr Vrachlässigug dr Widrstäd ud : mk C D C C C = urzschlussstrom dr olarzll = ättigugsstrom i prrrichtug (ugfähr Vrdopplug all ) D = trom durch di Diod = mpraturspaug (5,7 mv bi 5 C ud m = ) = mpratur i = Elmtarladug =,6-9 As k = Boltzmakostat =,38-3 Ws/ m = Emissioskoffizit ( m ) Für di vrifacht Ersatzschaltug ir olarzll gilt für di paug : m k C C l l (.) Für di Brchug dr Lrlaufspaug wird = gstzt. m k C C C l l l für C (.3) m Ggsatz zum urzschlussstrom C, dr proportioal zur Bstrahlugsstärk G ist, ist di Abhägigkit dr Lrlaufspaug vo dr Bstrahlugsstärk vil grigr. Mit stigdr mpratur sikt di Lrlaufspaug, wil mit dr mpratur xpotill astigt. dr vollstädig Ersatzschaltug mit ud sid di Vrhältiss twas komplizirtr. Di traszdt Glichug.4 ist ur itrativ lösbar. ( ) m k C (.4) Vrwdt ma bi ir olarzll di glich Zählrichtug für paug ud trom wi bi ir ormal Diod (Vrbrauchrzählsystm), so rhält ma di lii für di bluchtt ud di ubluchtt olarzll. Di lii dr bluchtt olarzll hat di glich Form wi di dr ubluchtt Zll; si ist ifach um C i di gativ tromrichtug vrschob, da dr hotostrom i umgkhrtr ichtug zum Diodstrom flißt (' = -). m. ud 3. Quadrat immt di olarzll Listug auf. m 4. Quadrat gibt si Listug ab. Durchbruchspaug Übrhitzugsgfahr. Quadrat C. Quadrat 3. Quadrat 4. Quadrat olarzll- Duklstrom --lii dr bluchtt olarzll lii ir ubluchtt ud bluchtt olarzll Bi dr Vrschaltug vo olarzll zu olarmodul trt ki roblm auf, w durch gigt Maßahm sichrgstllt wird, dass i bschattt olarzll im Durchlassbrich höchsts auch mit twa C blastt wird ud dass im prrbrich ki zu hoh paug auftrt, damit di Vrlustlistug a dr Zll icht zu groß wird. Zu groß Blastug kö di olarzll übrhitz ud damit das gaz olarmodul zrstör. G. chk, 5.4 hotovoltaik ud olartchik FB chik, Abt. E+ 9 (.)

3 Bi olarzll itrssirt vor allm das Vrhalt im 4. Quadrat, wo si Listug abgb kö. Mist wrd dshalb ur dis lii aggb, wobi für ud di Zählrichtug vo Gratorzählsystm vrwdt wrd, damit ud positiv wrd. Für kli paug ist i olarzll i aährd idal tromqull mit C. Erst bi paug i dr Näh dr Lrlaufspaug fällt dr trom rlativ stil ab, da di Diod gmäß dr Ersatzschaltug bgit zu lit. Außr für d trom itrssirt ma sich bsodrs für di Listug =, d olarzll soll zur roduktio lktrischr Ergi vrwdt wrd. W ma für jd ukt dr lii = f{} di Listug brcht, rhält ma di urv = f{}. Bi Lrlauf ud urzschluss gibt di olarzll 4, C = f{} M ki Listug ab. M 3,5 im bstimmt ukt, dr mit M (Maximum M owr oit) bzicht, M wird, wird di vo dr olarzll abggb Lis- = f{},5 tug maximal ud rricht d Wrt max = M. trom i A,,,3,4,5,6,7 paug i V lii = f{} ud = f{} ir mookristalli i-olarzll mit A Z cm, ir Bstrahlugsstärk G = kw/m ud ir Zlltmpratur vo 5 C Bi dr vrifacht chaltug dr olarzll ka durch Ablit ds mit Glichug (.) gbildt rodukts = ach i Glichug zur Bstimmug vo M hrglitt wrd: l M M (.5) Damit di Listug vo olarzll möglichst gut ausgützt wird, muss i agschlossr Vrbrauchr so gbaut wrd, dass r im odr gaz i dr Näh ds M arbitt. Dis ist i dr raxis icht gaz so ifach, d di Lag ds M ist vo vrschid Faktor (Eistrahlug, mpratur, Exmplarstruug, Altrug) abhägig. Ei chaltug, di dafür sorgt, dass i Vrbrauchr immr im M arbitt, wird M (Maximum owr oit rackr) odr auch kürzr M (Maximum owr rackr) gat. Di maximal Listug max = M = M M, wlch di olarzll im M abgb ka, ist immr klir als das rodukt aus Lrlaufspaug ud urzschlussstrom C. Da i hotovoltaikalag immr sowohl Lrlaufspaug wi urzschlussstrom aushalt muss, ist das Vrhältis vo max zu C b dm Wirkugsgrad i Maß für di Güt ir olarzll. Diss Vrhältis hißt Füllfaktor FF: Füllfaktor FF max (.6) C Bi kommrzill rhältlich olarzll ligt dr Füllfaktor FF twa zwisch 6% ud 8%. Bi Laborzll kö Wrt bis twa 85% rricht wrd. Di lii ir olarzll ist vo dr Bstrahlugsstärk ud vo dr Zlltmpratur abhägig. Di lii = f{} mit dr Bstrahlugsstärk als aramtr bi kostatr Listug i W G. chk, 5.4 hotovoltaik ud olartchik FB chik, Abt. E+

4 trom i A Zlltmpratur zig, dass dr urzschlussstrom proportioal zur Bstrahlugsstärk ist. Mit stigdr Bstrahlugsstärk immt di Lrlaufspaug dagg ur wig zu. Brits bi shr klir Eistrahlug ist di paug rcht groß. Dis muss bi Arbit a hotovoltaikalag mit höhr paug brücksichtigt wrd. lii = f{} mit dr Bstrahlugsstärk als aramtr bi ir Zlltmpratur vo 5 C Di paug M vrrigrt sich bi klir Bstrahlugsstärk. Dr trom durch d aralllwidrstad fällt außrdm bi kli Bstrahlugsstärk stärkr is Gwicht. Dr Wirkugsgrad dr olarzll rduzirt sich somit bi klir Bstrahlugsstärk rhblich. trom i A W/m 8 W/m 6 W/m 4 W/m W/m M,,,3,4,5,6,7 paug i V 85 C 7 C M,,,3,4,5,6,7 paug i V Bi i-olarzll immt di Lrlaufspaug mit stigdr mpratur ab. Dr mpratur-offizit vo bträgt -,3%/ bis -,4%/, da di Durchlassspaug dr Diod i dr Ersatzschaltug wi bi jdr ormal i- Diod tsprchd absikt. Di paug im M immt mit stigdr mpratur tsprchd ab. Auch dr Füllfaktor FF wird mit stigdr mpratur twas klir (mpraturkoffizit vo FF ca. -,5%/). Da sich dr urzschlussstrom mit stigdr mpratur ur gaz wig rhöht, immt auch di Listug max im M mit stigdr mpratur ab. Dr mpraturkoffizit für max ligt bi kristalli i-olarzll twa im Brich -,4%/ bis -,5%/. Da di Zlltmpratur i hotovoltaikalag bi hohr Eistrahlug um bis 4 übr dr mgbugstmpratur lig ka, führt dis zu im bträchtlich Listugsabfall ud damit im klir Wirkugsgrad bi höhr mpratur, was i dr raxis oft utrschätzt wird.. olarmodul ud dr Zusammschaltug ommrzill kristalli i-olarzll hab bi ir Zlltmpratur vo 5 C i Lrlaufspaug vo twa,55 V bis,7 V. Bi ir Zllfläch vo A Z cm (4-Zoll-Wafr) hab si i urzschlussstrom C vo 3 A bis 3,8 A, bi A Z 55 cm (5-Zoll-Wafr) ca. 4,6 A bis 6 A, bi A Z 5 cm (6-Zoll-Wafr) ca. 6,8 A bis 8,5 A ud bi A Z 4 cm (8-Zoll-Wafr) twa 3 A bis 5 A. m ukt optimalr Listugsabgab 5 C C lii = f{} mit dr Zlltmpratur als aramtr bi ir Bstrahlugsstärk G = kw G. chk, 5.4 hotovoltaik ud olartchik FB chik, Abt. E+

5 bträgt di paug och twa M,45 V bis,58 V. Es gibt kaum i Vrbrauchr, dr sich mit so kli paug btrib lässt. Zur Erzugug praktisch utzbarr paug müss dshalb mhrr olarzll i ri gschaltt wrd. Vrbritt sid olarmodul mit 36 Zll ud Btribsspaug vo ca. 5 V - V ud Listug vo 5 Wp bis 5 Wp, da sich damit brits mit im Modul ud im Akkumulator für V kli tromvrsorgug ralisir lass. Etsprchd Modul mit 7 Zll für Btribsspaug vo 3 V - 4 V ig sich dagg dirkt für slalag mit ystmspaug vo 4 V. Modul mit Listug bis zu twa 5 Wp, ir Fläch vo maximal twa,5 m ud im Gwicht bis twa 8 kg lass sich och gut vo ir rso hadhab. Auf udwusch kö vo spzialisirt Firm auch größr Modul ach Maß für di tgratio i Gbäud hrgstllt wrd. Di Lbsdaur is olarmoduls ist witghd durch di Güt ds rricht chutzs gg mwltiflüss bstimmt. Vo mach Hrstllr wrd Wrt bis 3 Jahr aggb, wobi Vollgarati vo - 5 Jahr ud tilwis i bschräkt Listugsgarati für bis 6 Jahr gwährt wird. Mist wird für di Frotabdckug isarms ghärtts pzialglas (chutz gg Hagl) mit shr gutr Lichtdurchlässigkit vrwdt. Di olarzll wrd i Foli aus durchsichtigm uststoff hrmtisch igpackt. Für di ücksit wird j ach Hrstllr uststoff odr bfalls Glas igstzt. Ei klassischs olarmodul hat i 3 4 mm düs Glas ud wird vo im stabil Alumiiumrahm igfasst, dr di ötig mchaisch Fstigkit ud i gut atschutz gwährlistt. Bi Modul mit Düschichtzll wrd auch uststoffrahm igstzt. Für di Darstllug vo olarzllmodul i chaltug wird das liks sthd ymbol vrwdt. chaltzich is olarmoduls Falls i dr hotovoltaikalag höhr paug rfordrlich sid, müss mhrr Modul zu im sogat trag (trig) i ri gschaltt wrd. Für höhr tröm wrd mhrr Modul odr träg paralll gschaltt. trom i A 4 3 W/m 4 W/m W/m D prizipill Vrlauf dr lii is olarmoduls mit 36 ahzu quadratisch Zll dr Fläch A Z cm bi vrschidr Globalstrahlug ( W/m, 4 W/m ud W/m ) ud zwi vrschid Zlltmpratur (5 C ud 55 C) zigt di lik Abbildug. Di Nlistug diss Moduls bträgt 55 Wp. Di ukt maximalr Listug (M) sid jwils gkzicht. Grudsätzlich ka ma di lii für i olarzll auch für paug i V lii is olarmoduls mit 36 Zll bi das olarmodul vrwd. Hirzu vrschidr Globalstrahlug ud d Zlltmpratur 5 C ud 55 C muss di Abszissachs (Zllspaug) mit dr Azahl dr Zll is olarmoduls multiplizirt wrd, um di paug für d olarmodul zu rhalt. G. chk, 5.4 hotovoltaik ud olartchik FB chik, Abt. E+

6 Hut wrd Hudrt vo vrschid yp vo olarmodul vo vil vrschid Hrstllr agbot. Für di gau Auslgug dr hotovoltaikalag sollt ma immr dirkt auf di lii dr Hrstllr vo olarmodul zurückgrif. Bim Aufbau vo olarmodul ist di rischaltug allr olarzll icht di izig Möglichkit. Es wrd vor allm i größr Modul machmal auch ombiatio aus ri- ud aralllschaltug vrwdt. Bi dr Zusammschaltug vo olarzll zu olarmodul muss darauf gachtt wrd, dass bi ugwöhlich Btribszustäd ki chäd durch Übrlastug ud Übrhitzug izlr olarzll auftrt. raktisch bdutt dis, dass bi jdr olarzll i Btrib im. ud 3. Quadrat dr Diodklii tsprchd dr lii ir bluchtt ud ubluchtt olarzll möglichst zu vrmid ist. dis bid Quadrat immt di olarzll Listug auf. Bi prrspaug > 5 V... 5 V rfolgt mist i Durchbruch. Falls i olarzll im törugsfall (z.b. bi Bschattug) trotzdm im. odr 3. Quadrat dr Diodklii btrib wird, ist durch gigt chaltugsmaßahm sichrzustll, dass sowohl dr trom durch di Zll als auch di i dr Zll i dism Fall frigstzt Listug icht zu groß wrd. ückstromvrhalt: Wird di paug a dr olarzll durch i äußr Qull übr di Lrlaufspaug aghob, flißt i trom > durch di i dr olarzll thalt Diod. Dabi arbitt dis Diod im Durchlassbrich. Bziht ma i drartig trom auf di tromrichtug im Normalbtrib dr olarzll, ka ma auch vo im ückstrom sprch. All hadlsüblich olarmodul kö midsts mit dm urzschlussstrom C im. Quadrat btrib wrd ( C ). Wi msstchisch trsuchug zigt, wrd i dr raxis olarmodul auch bi im größr ückstrom = C... 3 C icht bschädigt. olarzll bi paugsumkhr (Diod-prrbrich): W dr vo ir olarzll im aktiv Brich rzugt trom = - durch i äußr Eifluss och größr als ihr urzschlussstrom C wrd soll, muss di paug a disr Zll gativ wrd. Di Zll arbitt da im 3. Quadrat odr im prrbrich dr Diod. Ausghd vo dr Duklklii dr olarzll ud utr Brücksichtigug ds schlcht prrvrhalts vo olarzll ka di Vrlustlistug bi bträchtlich Exmplarstruug im 3. Quadrat rmittlt wrd. Durch dis Erwärmug vrädr sich dr Arbitspukt ud damit auch di lii. ichtwrt für thrmisch Vrlustlistug: Bim Btrib dr olarzll im. odr 3. Quadrat kumulir sich di Erwärmug ifolg dr lktrisch Vrlustlistug ud di Erwärmug ifolg dr oistrahlug. Nimmt ma i höchstmöglich mgbugstmpratur vo 4 C bis 5 C ud i gmäß olarmodul-datblatt zulässig maximal Zllbtribstmpratur vo 9 C bis C a, ka ma bi durchschittlich ühlugsvrhältiss i total mpraturrhöhug vo twa 5 ggübr dr mgbugstmpratur zulass. Wird das gaz Modul thrmisch glichmäßig basprucht, wird dis bi ir total flächspzifisch Vrlustlistug vo twa kw/m. Di maximal flächspzifisch thrmisch Vrlustlistug p VZ i dr olarzll ka aus dr Bstrahlugsstärk auf di olarzll G Z, dr Fläch dr olarzll A Z ud aus dr lktrisch Vrlustlistug VEZ i dr olarzll bim Btrib im. odr 3. Quadrat bstimmt wrd. VEZ pvz GZ kw m (.7) A Z G. chk, 5.4 hotovoltaik ud olartchik FB chik, Abt. E+ 3

7 Bim Btrib im. Quadrat, also im Durchlassgbit, wird das gaz Modul glichmäßig blastt. Da i dism Quadrat di paug rlativ kli ist ( F ~,7 V), ka dort auch di Größ ds ückstroms -Mod ud icht di Vrlustlistug dr bgrzd Faktor si. Bim Btrib im 3. Quadrat tritt dr schlimmst Fall da auf, w bi ir (il)- Bschattug ds Moduls ur izl Zll i prrrichtug btrib wrd ud durch di gsamt Listug dr übrig, voll bstrahlt olarzll rwärmt wrd. dism schlimmst Fall trag abr auch di umittlbar bachbart Zll twas zur ühlug bi. Dshalb lass vil Hrstllr für dis Fall twas höhr Wrt für di flächspzifisch thrmisch Vrlustlistug zu (p VZ,5 kw/m... 4 kw/m ). Aus dism ichtwrt für p VZ ka ma im rizip di otwdig Azahl dr Bypassdiod pro Modul bstimm. J höhr dr Grzwrt für p VZ gwählt wird, dsto wigr Bypassdiod pro olarmodul sid otwdig. rischaltug vo olarzll: Bi dr rischaltug vo olarzll addir sich ihr paug. Di paug vo Z i ri gschaltt Zll ist also Z mal so groß wi di paug ir Zll. Dr trom wird bi dr rischaltug wg dr tromqullcharaktristik vo olarzll durch di schwächst Zll bstimmt. Wird i olarzll bschattt, so sikt di Listug ds olarmoduls rhblich ab. m urzschlussfall fällt di Gsamtspaug dr rstlich olarzll a dr bschattt bzw. dfkt Zll ab. Di hoh Vrlustlistug i disr olarzll ka da zu im sogat Hot-pot führ. Durch Bypassdiod ka disr gativ Effkt vrhidrt wrd. 3 - (-) bstrahlt olarzll mit,5 V Bschattt odr dfkt olarzll paug = -(-) Vrlustlistug V = (-) Abhilf: duktio vo ud V durch Bypassdiod rischaltug vo olarzll im urzschlussfall Di aralllschaltug ir Bypassdiod zu jdr olarzll limiirt das roblm dr Hot- pot -Bildug. Bi ir Bschattug odr bi im Dfkt i ir Zll ka dr trom dr übrig olarzll übr di Bypassdiod fliß, wobi di gativ paug übr dr gfährdt Zll ur och,6 V,8 V ud bi Vrwdug vo chottky-bypassdiod,3 V,6 V bträgt. Dr Eisatz ir Bypassdiod für jd olarzll ist tchisch optimal, shr aufwdig, abr icht ubdigt otwdig. Ei im 3. Quadrat, also i prrrichtug, btrib olarzll ka durchaus iig Volt aushalt. Damit di flächspzifisch Vrlustlistug dr olarzll i im olarmodul icht übrschritt wird, wrd i dr raxis Bypassdiod für i Grupp vo odr 4 i ri gschaltt olarzll vrwdt Grupp vo i ri gschalttr olarzll mit Bypassdiod zum chutz vor Hot-pot -Bildug Ei Vrzicht auf Bypassdiod ist ur möglich, w dr Hrstllr garatirt, dass di vrwdt olarzll itgrirt Bypassdiod odr i kotrollirts Durchbruchvrhalt hab. G. chk, 5.4 hotovoltaik ud olartchik FB chik, Abt. E+ 4

8 aralllschaltug vo olarzll: Nur olarzll glichr chologi, ds glich Hrstllrs ud ds glich yps dürf paralll gschaltt wrd. Di Maximallistug ir aralllschaltug vo mhrr olarzll ist wg dr Exmplarstruug immr twas grigr als di umm dr Maximallistug dr izl Zll. 3 - = Bschattt odr dfkt olarzll wirkt als Vrbrauchr aralllschaltug vo olarzll, w - olarzll bstrahlt ud i olarzll bschattt (dfkt) sid Auch bi dr aralllschaltug vo olarzll gibt s kritisch Btribszustäd, di bhrrscht wrd müss. Am gfährlichst ist dr Zustad für di bschattt olarzll, w glichzitig das gaz Modul im Lrlauf ist, so dass di och bstrahlt Zll i paug i dr Näh dr Lrlaufspaug rzug. dism Fall spis all bstrahlt Nachbarzll di bschattt Zll, di sich im. Quadrat bfidt. Damit dis olarzll thrmisch icht übrlastt wird, sollt maximal ur 3 odr 4 olarzll paralll gschaltt wrd. Durch rischaltug vo Grupp aus jwils Z paralll gschaltt olarzll kö Modul i Matrixschaltug mit höhr paug hrgstllt wrd. i sid auf ilbschattug umpfidlichr als Modul mit rischaltug allr olarzll. Hirbi sid Bypassdiod wi bi dr rischaltug vo olarzll zu vrwd. lii vo olarmodul: Häufig wrd olarmodul durch di ihschaltug vo glich olarzll ralisirt. Mit wig bkat Dat bzw. ifach Mssug kö di lii für blibig Bstrahlug i di olargratorb G ud für vrschid Zlltmpratur aährugswis brcht wrd. Ausghd vo dr vollstädig Ersatzschaltug für i olarzll ach Gl..4 ka für i olarmodul mit glich olarzll i ihschaltug dr trom ds olarmoduls i Abhägigkit dr Modulspaug aggb wrd. ( ) C (.8) Dis traszdt Glichug ka ur itrativ glöst wrd. Zuächst müss dr urzschlussstrom dr olarzll C, dr ättigugsstrom i prrrichtug, dr ihwidrstad, dr aralllwidrstad ud di gsamt mpraturspaug durch Mssug odr Vorgab bkat si. Bi dr Lösug dr Gl..8 mit dm rogramm Excl wird di ir paug ds olarmoduls + i ir. palt vorggb ud dr Modulstrom ach Gl..8 i ir 3. palt brcht. Abschlißd ka di igtlich Modulspaug i dr. palt aus dr. ud 3. palt brcht wrd. Dr Modulstrom ka jtzt als Fuktio dr Modulspaug i ir xy-grafik dargstllt wrd. G. chk, 5.4 hotovoltaik ud olartchik FB chik, Abt. E+ 5

9 G. chk, 5.4 hotovoltaik ud olartchik FB chik, Abt. E+ 6 Di gsamt mpraturspaug wird übr di aktull mpratur ud im gstzt Emissioskoffizit m = vorggb. Di Wrt C,, ud wrd aus 4 Mssug rmittlt. Für di gsamt mpraturspaug gilt: urzschlussmssug ( = ud = ): Für d urzschlussstrom C dr olarzll gilt mit gutr Nährug: Lrlaufmssug ( = ud = L ): Für d ättigugsstrom i prrrichtug gilt mit gutr Nährug: Mssug bi twa halbm urzschlussstrom ( = / ud = L ): Für d riwidrstad gilt mit gutr Nährug: Mssug bi twa halbr Lrlaufspaug ( = ud = L /): Für d aralllwidrstad gilt: Di Brchug dr Größ C,, ud rfolgt mit d Glichug.,.3,.5 ud.7! Jtzt ka dr thortisch Vrlauf ds Modulstroms i Abhägigkit vo dr Modulspaug dargstllt wrd. Di Listug ds blastt olarmoduls ist das rodukt aus dm Modulstrom (Gl..8) ud dr Modulspaug. Dr thortisch Vrlauf dr Modullistug ka jtzt bfalls i Abhägigkit dr Modulspaug als xy-grafik dargstllt wrd. m M ka jtzt i otrollmssug durchgführt wrd. Bi ir swrt Abwichug vom thortisch Vrlauf sollt dr gstzt Emissioskoffizit m = vrgrößrt wrd ( m ). dr olarzll i ih Azahl ud, m mit k m (.9) C ) ( C (.) C (.) L L C L C (.) L C (.3) L ) ( C L (.4) L C l (.5) ) ( C (.6) ) ( C (.7) ) ( C (.8)

10 Datblättr wird im Allgmi dr Nkurzschlussstrom CN ud di Nlrlaufspaug LN bi Nbstrahlug i di olargratorb G N = W/m ud dr Bzugstmpratur N = 5 C aggb. Dr urzschlussstrom C ist proportioal zur Bstrahlug i di olargratorb G ud abhägig vo dr mpratur. Dr mpraturkoffizit ds urzschlussstroms darf bi fhldr Agab mit = agomm wrd. G C CN ( - N) (.9) G N Dr ättigugssprrstrom ds olarmoduls stigt xpotill mit dr mpratur a, s stllt sich i Vrdopplug ds ättigugsstroms twa all i. oll di -- ud di -- lii für blibig Bstrahlug ud mpratur aggb wrd, da muss dr ättigugsstrom (ach Gl..3) bi dr mpratur auf d ättigugsstrom bi dr mpratur umgrcht wrd. Mit gutr Nährug gilt: - (.) Dr Emissioskoffizit m darf ach dr mrchug icht vrädrt wrd. Modulstrom is olarmoduls mit 7 olarzll, A Z 56 cm ud 3 Bypassdiod i Abhägigkit dr Modulspaug bi dr Bzugstmpratur vo 5 C G. chk, 5.4 hotovoltaik ud olartchik FB chik, Abt. E+ 7

11 Modullistug is olarmoduls mit 7 olarzll, A Z 56 cm ud 3 Bypassdiod i Abhägigkit dr Modulspaug bi dr Bzugstmpratur vo 5 C Wird i olarmodul tilbschattt, da wrd i ir rst Brchug ur di icht bschattt olarzll mit dr olarstrahlug i dr olargratorb brücksichtigt. ir zwit Brchug wird utrhalb ds urzschlussstroms mit dr Globalstrahlug für di bschattt olarzll di paug a dis Zll zur paug aus dr rst chug addirt. Bi dr Brchug dr paug a d bschattt olarzll darf dr aralllwidrstad vrachlässigt wrd. Bi ilbschattug ds olarmoduls kö so dr Modulstrom bzw. di Modullistug i Abhägigkit vo dr Modulspaug ährugswis dargstllt wrd. Hiwis: Dr ilschatt gilt immr für all olarzll, di durch i Bypassdiod übrbrückt wrd, auch w ur i izig olarzll i disr ihschaltug vom ilschatt btroff ist. Mit vir ifach Mssug bi bkatr Bstrahlug i di olargratorb G ud bkatr mpratur kö all Größ für di -- ud di --lii is olarmoduls bi blibigr Bstrahlug ud mpratur bstimmt wrd (Gl..8 Gl..8). Di Mssug sollt für i hoh Gauigkit i dr Näh dr Nbstrahlug G N = W/m ud dr Bzugstmpratur N = 5 C durchgführt wrd..3 Zusammschaltug vo olarmodul zu olargrator Bi dr Zusammschaltug vo Modul zu olargrator bsth im rizip di glich roblm wi bi dr Zusammschaltug vo izl olarzll. Wg dr i olargrator auftrtd größr paug ud tröm sid abr di im törfall auftrtd Listug vil größr, so dass vrstärkt chutzmaßahm rfordrlich sid. Di vrwdt Modul müss midsts für di auftrtd ystmspaug i dr hotovoltaikalag spzifizirt si. G. chk, 5.4 hotovoltaik ud olartchik FB chik, Abt. E+ 8

12 Es ist sivoll, i groß olargrator i izl Grupp aufzutil, di bim Auftrt vo törug sparat abgschaltt ud gwartt wrd kö, oh dass dr gaz Grator stillglgt wrd muss. Bi dr Auswahl vo ichrug, Litugsschutzschaltr ud chaltr für di Awdug i olargrator ist zu bacht, dass dis ausdrücklich für Glichstrombtrib mit d tsprchd paug ud tröm spzifizirt si müss. rischaltug mhrrr olarmodul glich yps zu im trag mit Bypassdiod, tragdiod ud tragsichrug (optioal tragdiod ud -sichrug auf bid it) Durch rischaltug mhrrr olarmodul ds glich yps tstht i trag (trig) mit ir höhr ystmspaug. Jds Modul bötigt Bypassdiod, sofr dis icht vom Hrstllr brits igbaut sid. Es ist zwckmäßig, w dr trag zu rviczwck bidsitig vom übrig olargrator abgtrt ud sparat ausgmss wrd ka. Bi Vrwdug vo Modul ud Vrkablugsmatrial dr chutzklass güg mist ichrug ud tragdiod ur auf ir it. m Allgmi wird Vrkablugsmatrial mit pzialstckr für vrifacht Motag vrwdt, di i rfuktio ralisir, so dass auf zusätzlich rklmm vrzichtt wrd ka. W auch Erdud urzschlüss a blibig tll sichr bhrrscht wrd soll, sid auf bid it ds trags ichrug ud tragdiod izustz. Di prrspaug dr tragdiod muss dutlich größr als di Lrlaufspaug ds trags si. Auf tragdiod ka gäzlich vrzichtt wrd, w tragsichrug i chutz gg uzulässig ückström übrhm. Dr Nstrom N dr tragsichrug muss größr als dr urzschlussstrom C dr olarmodul si. k mit,4 k,4 (.) N C N N Bssr ud sichrr ist dr Ersatz dr ichrug durch i twas tur glichstromtauglich Litugsschutzschaltr (möglichst zwipolig). Di dirkt aralllschaltug vo olarmodul glichr chologi (möglichst slktirt) bis zu 3 Modul (max. 4 Modul) ist möglich. Bi Bschattug izlr Modul odr bi dm shr slt törfall is urzschlusss i im Modul wrd di adr olarmodul icht bschädigt. oll mhr als 4 Modul paralll gschaltt wrd, da müss all Modul izl mit ir ichrug gschützt wrd ud i Bypassdiod zur gsamt aralllschaltug paralll gschaltt wrd. Dis Bypassdiod muss für d urzschlussstrom allr paralll gschaltt olarmodul ausglgt si. Bi größr olargrator wrd di olarmodul zur Erzugug dr otwdig ystmspaug zuächst zu srill Eizlsträg zusamm gschaltt. Zur Erzilug is höhr Gsamtstroms wrd da mhrr träg paralll gschaltt. Di im Bild dargstllt tragdiod sid icht ubdigt otwdig. G. chk, 5.4 hotovoltaik ud olartchik FB chik, Abt. E+ 9

13 olargrator-hauptschaltr Di Litugsschutzschaltr kö atürlich durch ichrug rstzt wrd. rklmm sid, w ki zwipolig Litugsschutzschaltr igstzt wrd, für Wartugsarbit bsodrs zu mpfhl. Bim olargrator trt Listugsvrlust durch ilbschattug ud Mismatch auf. m grig Maß tritt i Listugsvrlust auch bi glich olarmodul durch uvrmidlich Exmplarstruug auf. dism Fall spricht ma vo Mismatch itr Fhlapassug im olargrator. Ei gwissr Mismatch ka auch bi icht bschattt, völlig idtisch olarmodulklii auftrt, w auf di Modul is trags ifolg uglichr Diffusstrahlugsvrhältiss icht gau di glich Bstrahlugsstärk iwirkt. 4 olargrator mit mhrr paralll gschaltt risträg sowi Bypassdiod, optioll tragdiod ud Litugsschutzschaltr trom i A 3 Modul W/m 5 sultird Gsamtklii 8 Modul kw/m 9 Modul kw/m 5 paug i V lii is olargrators mit 9 Modul mit im bschattt Modul (8 Modul mit kw/m, Modul mit W/m ) Wird bispilhaft bi im olargrator mit 9 Modul i Modul bschattt, so dass si Listug auf % dr übrig Modul sikt, so rduzirt sich di mittlr Bstrahlugsstärk G. chk, 5.4 hotovoltaik ud olartchik FB chik, Abt. E+ 3

14 auf 9% dr maximal Bstrahlugsstärk. Dak dr Bypassdiod ds bschattt Moduls sikt dr M auf twa 88,5% dr maximal Listug ud ligt damit ur grigfügig utr dm Wrt für 8 voll bstrahlt Modul. trom i A 4 3 Modul 9 W/m 5 lii is olargrators mit 9 Modul mit im Modul midrr Listug (8 Modul mit kw/m, Modul mit 9 W/m ) id i im trag olarmodul mit Midrlistug vorhad, so sikt di Listug ds btrffd trags stärkr ab, als ri rchrisch auf Grud dr rduzirt umm dr Modullistug zu rwart wär. Btrachtt wird i olargrator mit 9 idtisch Modul. Hat i Modul i grigr Listug bispilhaft durch rduzirt Bstrahlugsstärk dargstllt vo % (ggübr dr raxis stark übrtrib), so tstht i rchrischr Listugsvrlust vo,%. Dr rsultird M ist jdoch um 3,% ggübr dm M mit 9 xakt glich Modul grigr..4 Aufbau vo olargrator Wg ds hoh Atils a Diffusstrahlug i Mittluropa wrd olarmodul i Dutschlad vorwigd auf fst ragstruktur motirt. Diss sid spzill ragstruktur mit fstm Astllwikl im fri Gläd ud vor allm Gbäudobrfläch wi Flach- ud chrägdächr als auch Fassad vo Gbäud. challschutzwäd a Autobah odr Bahalag kö als ragstruktur mitbutzt wrd. Dr Ergirtrag ka durch i- odr zwiachsig Nachführsystm ggübr dr fst Motag rhöht wrd. Mit dr glich istallirt hotovoltaik-pitzlistug kö bi iachsigr Nachführug % bis 5%, bi zwiachsigr Nachführug 3% bis 4% mhr trom produzirt wrd ud di Azahl dr möglich Volllaststud stigt tsprchd a. Nachgführt olargrator kö aus mchaisch Grüd wg dr Widlast icht blibig groß gwählt wrd ( kwp). Bi iachsigr Nachführug sollt für Dutschlad di Drhachs um twa 3 gg üd gigt si, um i möglichst groß Ertrag zu rwirtschaft. Bi dr Dimsioirug dr Motagstruktur ds olargrators sid b dm Eiggwicht dr hotovoltaikmodul (Mass ca. kg/m bis kg/m ) di wstlich größr sporadisch auftrtd räft durch Wid- ud chlast zu brücksichtig. olarmodul ud dr Motagstruktur müss di Norm EC 65 rfüll. Für di ragstruktur ig sich vor allm Alumiiumlgirug, vrziktr tahl ud rostfrir Edlstahl (VA, V4A). Widlast wrd ach Gstz vo Broulli brcht. Dr taudruck q ka aus dr Dicht dr Luft L =,9 kg/m 3 (auf Mrshöh bi C) ud dr Widgschwidigkit v L brcht wrd. L sultird Gsamtklii 8 Modul kw/m 9 Modul kw/m 5 paug i V q L v (.) G. chk, 5.4 hotovoltaik ud olartchik FB chik, Abt. E+ 3

15 Für Flachladstadort ka i Maximalwrt für d taudruck vo q = 9 N/m agomm wrd. Aus dm taudruck q, dr olargratorfläch A G ud dm Aströmkoffizit c W ka ährugswis di auftrtd Widkraft brcht wrd. F c q A (.3) W W G Dr Aströmkoffizit c W ligt zwisch,4 ud,6. stallatio vo olargrator: Bi dr lktrisch Vrschaltug dr olargrator muss di Gfahr durch daurd aligd paug brücksichtigt wrd. Di rischaltug vo mhrr olarmodul mit Lrlaufspaug vo übr V ist i dr raxis üblich. Hir ist s wichtig, dass di gaz tragvrkablug bi otwdig Arbit icht grdt ud vo adr Alagtil frigschaltt ist. Di ichrhit bim Erstll dr tragvrkablug ka mit spzill isolirt V-tckvrbidr ud uvrwchslbar ablbuchs wstlich vrgrößrt wrd. orgfältig Motag mit gigt ompot muss auch das Bradrisiko durch Lichtbög bi hotovoltaikalag brücksichtig. All vrwdt ompot müss di Afordrug a paugsfstigkit ud Wittrugsbstädigkit rfüll. Da olargrator immr im Fri motirt wrd ud damit gwittrbdigt Übrspaug ausgstzt sid, ist i tsprchdr Blitz- ud Übrspaugsschutz vo hotovoltaikalag zwigd otwdig. Di gsamt stallatio dr hotovoltaikalag muss ach d gltd VDE-Bstimmug durchgführt wrd. Bi hotovoltaik-alag wird mit großm Aufwad orgi i lktrisch Ergi umgwadlt. W dr olargrator im M btrib wird, loht s sich fast immr, di Qurschitt dr Vrkablug größr zu wähl, als s ach d gltd Vorschrift ubdigt rfordrlich ist, um di Vrlust i dr Glichstromvrkablug gügd kli zu halt. Di rlativ Glichstromvrlustlistug sollt möglichst utr % lig, auf jd Fall abr utr %. Bsodrs is Gwicht fall dabi di Vrlust a ir lag Glichstrom-Hauptlitug ud a tragdiod bi idrig Nspaug. Erdug auf dr Glichstromsit: Mtallghäus vo Gratoraschlusskäst, mtallisch ragstruktur ud Modulrahm müss aus ichrhitsgrüd im Allgmi grdt wrd. Ausahm ur, w di solatio zu aktiv il dr Alag d Afordrug dr chutzklass (dopplt solatio) tspricht odr w di V-Alag mit Lrlaufspaug klir als V arbitt (chutzklass ) ud ki galvaisch Vrbidug zum Nidrspaugstz aufwist. Bi tzgkopplt Alag mit trafolos Wchslrichtr ist i Erdug grahmtr Modul wg dr apazität zwisch dm r dr Modul ud d Mtallrahm i jdm Fall rfordrlich. Ei Erdug brigt icht ur Vortil bim rsoschutz (chutz gg gfährlich Brührugsspaug), sodr auch bim Blitzschutz (Ablitug vtullr Blitzström). Dis jdoch ur, w i ottialausglichslitug umittlbar paralll zum ilgratorkabl odr dr DC-Hauptlitug vrlgt wird. Blitzschutztchisch idal sid dabi gschirmt Litug. Übrspaugsablitr i im lmmkast sid ur wirksam, w si auf möglichst kurzm Wg grdt wrd ud w i möglichst kurz ottialausglichslitug zur mtallisch ragstruktur ds olargrators ud zu d Modulrahm bstht. G. chk, 5.4 hotovoltaik ud olartchik FB chik, Abt. E+ 3