Übersicht über die Vorlesung Solarenergie

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1 Übersicht über die Vorlesung Solarenergie 11.1 Vorläufige Terminplanung Vorlesung Solarenergie WS 2007/2008 Stand: Vorlesung Termin Thema Dozent Nr. 1 Di Einleitung/Wirtschaftliche Aspekte Lemmer 2 Fr Energiequelle Sonne Lemmer - Di Inauguration Karlsruhe School of Optics Lemmer & Photonics 3 Fr Halbleiterphysikalische Grundlagen Lemmer 4 Di Kristalline Silizium-Solarzellen Lemmer 5 Fr Elektrische Eigenschaften Lemmer 6 Di Optimierung kristalliner Solarzellen Lemmer 7 Fr Optimierung kristallinger Solarzellen Lemmer -keine Vorlesung in KW 48!! 8 Di Anorganische Dünnschichtzellen I Lemmer 9 Di Anorganische Dünnschichtzellen II Lemmer 10 Di Third Generation Photovoltaics Lemmer - - Weihnachtsferien Lemmer 11 Di Third Generation Photovoltaics/R2R Lemmer 12 Fr Systemtechnik I Lemmer 13 Di Systemtechnik II/Solarthermische Lemmer Kraftwerke 13 Di Vorlesung Lemmer 14 Di Vorlesung Lemmer 15 Fr Vorlesung Lemmer 16 Di Energieszenarien Lemmer 17 Di Exkursion Lemmer

2 Invertierender Wandler 11.2 T = E u2 U1 T A

3 Eintakt-Sperrwandler 11.3 T 1 = E u2 U1 T A ü Funktionsweise wie beim invertierenden Wandler Nur ist die Drossel durch einen Trafo mit Übersetzungsverhältnis ü ersetzt. Damit lassen sich höhere Ausgangsgleichspannungen realisieren. Für größere Leistungen werden Gegentakt-Wandler mit mehreren Leistungsschaltern als Gleichspannungswandler verwendet.

4 MPP-Regler (Tracker) 11.4 Konzept: Bei variablen Temperaturen und Bestrahlungsstärken wird dem Solargenerator jeweils die größte Leistung entnommen, wenn über das veränderliche Tastverhältnis des Gleichspannungswandlers nicht auf eine feste Spannung am Generator geregelt wird, sondern auf die Spannung UMPP des jeweiligen MPP der Solarmodulkennlinie

5 MPP-Tracker Teil I 11.5 Verfahren: 1. Sensorgesteuerte Regelung: Für gemessene Temperatur und Bestrahlungsstärke wird die MPP-Spannung berechnet und dann für eine vorgegebene Ausgangsspannung das Tastverhältnis so eingestellt, dass am Generator die MPP-Spannung ansteht. 2. Regelung mittels einer Referenzzelle: Aus der Bedingung, dass im MPP dp/du=0 ist, erhält man die MPP-Spannung einer Referenzzelle: Misst man die Leerlaufspannung U OC dieser Referenzzelle, die nahe dem Solargenerator positioniert wird, kann man damit die MPP-Spannung berechnen und auf diese Größe dann regeln. kt UMPP UMPP = UOC m ln(1 + ) e m kt/e

6 MPP-Tracker Teil II Suchschwingverfahren: Tastverhältnis wird nach jeder Leistungsmessung geändert, und zwar in gleicher Richtung bei Leistungszunahme, in umgekehrter Richtung bei Leistungsabfall. 4. Nulldurchgangsverfahren: Nach Messung von Strom und Spannung am Generator, Multiplikation beider Größen und Differenzieren nach der Spannung wird die Generatorspannung erhöht oder verringert, je nachdem ob die Ableitung positiv oder negativ ist. 5. Regelung mittels differenzieller Änderungen: Aus dp/du = 0 folgt: I du=-u di Regelung erfolgt auf die Gleichheit der Differenzenprodukte.

7 Akkumulator als Solarenergiespeicher 11.7 Blockingdiode, meist Schottky-Diode (U D =0,4 V), um Vorwärtsverluste klein zu halten, verhindert Entladung des Akkus über den Innenwiderstand des Generators bei geringer Einstrahlung. Da die Ladeströme groß sind, sind ausreichende Kabelquerschnitte notwendig. Bei größeren Leistungen werden mehrere Akku in Serie betrieben. Batteriespannung steigt mit zunehmendem Ladestrom bzw. Bestrahlungsstärke; es werden bei unterschiedlichen Einstrahlungen gute Arbeitspunkte erreicht auf Spannungswandler und MPP-Tracker kann meist verzichtet werden.

8 Laderegler 11.8 Serien-Laderegler Parallel-Laderegler Zur Verhinderung von Überladung und Tiefentladung des Akkumulators werden Serienoder Parallel-Laderegler eingesetzt. Vom Akku abgetrennt wird der Verbraucher bei der Tiefentladespannung (11,4 V beim 12 V Bleiakku) und die Ladung durch den Generator wird bei der Ladeschlusspannung (14,4 V beim 12 V Bleiakku) unterbrochen. Beim Serien-Laderegler entstehen ohmsche Verluste an S 1 beim Laden, wenn S 1,wie üblich, als Power-MOSFET ausgeführt ist.

9 Klassifizierung der Wechselrichter 11.9 Quelle: FZ Jülich

10 Klassifizierung der Ventile Quelle: FZ Jülich

11 Rechteck-Wechselrichter Zweipuls-Brückenschaltung (B2) Durch Trafo Spannungsanpassung und galvanische Trennung! Schalter 1 und 3 und dann 2 und 4 werden abwechselnd geschlossen und geöffnet. Rechteckform beinhaltet viele Oberschwingungen; problematisch bei kapazitiven oder induktiven Eingängen des Verbrauchers!

12 Rechteck-Wechselrichter Sechspuls-Brückenschaltung (B6) Zur Vermeidung von Asymmetrien durch ungleiche Belastung der Zweige eines Drehstromnetzes bei Einspeisung größerer Ströme auf nur eine Phase

13 Funktionsprinzip eines pulsweitenmodulierten Wechselrichters Regelung des Laststroms i Ist (Regelgröße) auf einen der sinusförmigen Netzspannung u Netz proportionalen Sollstrom i Soll (Führungsgröße) durch Pulsweitenmodulation der Ein- und Ausschaltzeiten der Brückenhalbleiter Durch R-L und L-C Filterung wird der pulsierende Brückenstrom auf die sinusförmige Grundwelle geglättet.

14 Quelle: H. Schmidt, B. Burger, K. Kiefer Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Transformatorlose Geräte ohne Hochsetzsteller Das Fehlen des Netztransformators führt zu einer erheblichen Einsparung an Gewicht, Volumen und Kosten, und der Wirkungsgrad liegt um mehrere Prozentpunkte über dem vergleichbarer Transformatorgeräte.

15 Quelle:H. Schmidt, B. Burger, K. Kiefer Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Transformatorlose Wechselrichter mit Hochsetzsteller Ein Nachteil der transformatorlosen Wechselrichtern ist es, dass die Solargeneratorspannung größer sein muss als die Amplitude der Netzspannung, also unter Einbeziehung von Toleranzen größer als ca. 350 V. In vielen marktüblichen Wechselrichtern wird daher zwischen Solargenerator und Wechselrichter noch ein Hochsetzsteller eingefügt, der bei Eingangsspannungen unterhalb 350 V diese auf den erforderlichen Wert der Zwischenkreisspannung (der Spannungen C2) anhebt. (Wirkungsgradverlust ca.2%) Transformatorloser Wechselrichter mit Hochsetzsteller

16 Kommerzielle Netzwechselrichter 11.16

17 Wechselrichter-Wirkungsgrade Durch die wechselnden solaren Bestrahlungsstärken wird der Wechselrichter über lange Zeiten nur in Teillast betrieben. Deshalb müssen auch bei niedrigen Leistungen hohe Wirkungsgrade erreicht werden. Insbesondere sollte der Eigenverbrauch minimal und der Wechselrichter nicht überdimensioniert sein!

18 PV Anlagen, DGS Vergleich Wechselrichter 11.18

19 : Kosten, Inv.-Wirkungsgr. -: empfindlich Abschattung -: Ausfallempfindlichkeit +: bessere Anpassung -: höherer Aufwand Standard für netzgek. Anlagen +: Optimale Anpassung -: Schaltungstechnik nur für Kleinanlagen download.sma-america.com

20 11.20

21 Master-Slave Konzept Verbesserter Teillastwirkungsgrad (Bei kleinen Einstrahlungen arbeitet nur der Master!) Quelle: PV Anlagen, DGS

22 Blockschaltbild eines Strangwechselrichters 11.22

23 Kostenaufteilung PV-Kraftwerk Quelle: FVS

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26 11.26 shop.fotovoltaikshop.de

27 Solarpark Pocking Technische Daten: Inbetriebnahme: April 2006 Gesamtfläche:32 ha installierte Leistung:10 MWp erwartete Stromproduktion pro Jahr: Versorgung von ca Haushalten Anzahl der Module: Stück, mono- u. polykristalliner Typ, 75km Gesamtlänge Gestelltechnik:16,5 km Länge (vierreihig mit stehenden Modulen), statische Aluminiumkonstruktion Wechselrichter: 6 Blockeinheiten a kva mit je 4 400kVA Wechselrichtern Transformatoren: 6 1,6 MVA V Fundamente:8.112 Erdschrauben

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