Die globale Ausgangslage. DI (FH) Thomas Fleischhacker. Bevölkerungsentwicklung. Verteilung Energieträger. Energiepreisentwicklung

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1 Die globale Ausgangslage Bevölkerungsentwicklung Verteilung Energieträger Energiepreisentwicklung Versorgungssicherheit Klimawandel 1

2 Potenziale für erneuerbaren Strom (GWhel/km²/a) Grafik: C. Wolfsegger European and International Status of PV, EPIA, 2007 Globalstrahlung Photovoltaik Solarthermie 2

3 Direkte und diffuse Strahlung nutzbar Quelle: Photovoltaik für Profis, Verlag: Solarpraxis AG, Berlin, ISBN-10: Globalstrahlung Jährliche Gesamt- oder Globalstrahlung in kwh/m² Summe der Sonneneinstrahlung an einem Ort in einem Jahr Zusammensetzung: direkte Lichtanteile, 40% diffuse Lichtanteile, 60% 3

4 Vom Sand zur einer Solarzelle Das am häufigsten auf der Erde vorkommende Element ist Silizium, welches im Quarzsand enthalten ist. In einem speziellen Ofen bei einer Temperatur von 1800 C wird Silizium mit einer Reinheit von ca. 98 % gewonnen. Für die Herstellung von Solarzellen wird Silizium mit einem Reinheitsgrad von 99, % benötigt, was durch eine weitere Bearbeitung erreicht wird. Der 1mm 2 Silizium in der Halbleitertechnik ist um das 1000 fache teurer wie in der Photovoltaik Der photovoltaische Effekt Den photovoltaischen Effekt entdeckte Alexandre-Edmond Becquerel schon Eine Erklärung fand erst Albert Einstein 1905 mit seiner Lichtquantenhypothese, in der er auch den Begriff "Photon" prägte. 4

5 Der photovoltaische Effekt Lichtabsorption Ziel ist es so viel wie möglich an solarer Strahlung zu absorbieren Der photovoltaische Effekt Wenn ich die zwei Schichten P und N zusammen führe, gibt es einen Potential Unterschied von ca. 0,7 Volt 5

6 Der photovoltaische Effekt Der photovoltaische Effekt Maximum-Power-Point (MPP) P MPP U MPP I MPP Die Leistung eines PV-moduls ist die Multiplikation von Strom und Spannung. Der Punkt an dem die Leistung am größten ist wird MPP (Maximum-Power-Point) genannt. 6

7 Die Zelle Die Zelle 7

8 Monokristalline Siliziumzellen Polykristalline Siliziumzellen 8

9 Siliziumzellen Dünnschichtzellentechnologie 9

10 Der photovoltaische Effekt 10

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12 Zellentypen Fläch/kWp monokristallines Silizium; 7-9m² polykristallines Silizium; 8-10m² CIS; 13m² CdTe; 17m² asi; 25m² Richtwerte für Fläche / kwp; bezogen auf eine 40m² große Dachfläche Donau-Universität Krems / DBU Photovoltaik in Österreich 12

13 Zellentypen Von der Zelle zum Modul String Photovoltaikzelle Photovoltaikmodul Photovoltaikgenerator Mehrere Photovoltaikzellen bilden ein Solarmodul. Mehrere Photovoltaikmodule bilden in der Regel den Photovoltaikgenerator. 13

14 Von der Zelle zum Modul Glas-Glas-Modul Gerahmtes Modul 1 Front- und Rückseitenglas 2 Einbettung in EVA 3 Kristalline Solarzelle 1 Alurahmen 2 Dichtung 3 Glas 4 Einbettung in EVA 5 Tedlar-Folie Von der Zelle zum Modul 14

15 Planung PV Anlage Planung PV Anlage 1. Wechselrichter für Netzgekoppelte Systeme 2. Wechselrichter für Inselsysteme 15

16 Verschattung HOT SPOT Einstrahlungswerte und Erträge von Photovoltaikanlagen sind abhängig von: geographische Lage auf der Erde Jahreszeit und Tageszeit Neigungswinkel Azimut Verschattung Anlagenbeschaffenheit Planung PV Anlage 16

17 Verschattung HOT SPOT Verschattung HOT SPOT 17

18 Verschattung Leistung versus Ertrag 18

19 Leistung versus Ertrag Mismatching Durch werkseitige Fertigungstoleranzen hervorgerufene Minderleistung eines Strings bzw. des gesamten Generators. Prinzip: Das schlechteste Modul innerhalb einer Reihenschaltung reduziert die Leistung des gesamten Stranges auf seine Leistung! Mismatch kann durch werkseitige Vorsortierung begrenzt werden. Übliche Werte liegen bei 3% der Anlagenleistung! Gut vorsortierte und Bauzeit nachgemessene Anlagen können Mismatch nahezu ausschließen. Leistung versus Ertrag 19

20 Leistung versus Ertrag MPP in Abhängigkeit zur Einstrahlungsstärke MPP in Abhängigkeit zur Temperatur Steigende Temperatur mindert Leistung: kristallines Si (c-si): - 0,44%/K amorphes Si (a-si): - 0,26%/K Leistung versus Ertrag 20

21 Leistung versus Ertrag Leistung Einheit W oder kw Energie Einheit kwh Energie = Leistung x Zeit Leistung versus Ertrag - Qualitätsnachweis Standardtestbedingungen (STC-Bedingungen) Prüfverfahren der IEC Norm 61215:2005 DIN EN bzw. IEC Eine senkrechte Einstrahlung E von 1000 W/m² Eine Zelltemperatur T von 25 C (Toleranz:± 2 C) Ein definiertes Lichtspektrum (Spektralverteilung der solaren Referenzbestrahlungsstärke nach IEC ) Leistung unter verschiedenen Bedingungen Sichtprüfung Prüfung der Isolationsfähigkeit Messung der Temperaturkoeffizienten Dauertest unter Freilandbedingungen Hot-Spot-Dauerprüfung UV-Test Temperaturwechselprüfung Frost/Luftfeuchte-Prüfung Wärme/Feuchte-Prüfung Feuchtigkeitsprüfung der Anschlüsse Prüfung der mechanischen Belastbarkeit und Verwindungstest Hageltest 21

22 Leistung versus Ertrag - Qualitätsnachweis Leistung versus Ertrag - Qualitätsnachweis 22

23 Leistung versus Ertrag - Qualitätsnachweis Montage des Generators 23

24 Montage des Generators Montage des Generators - Genehmigung Baurecht Behördliche Einflussnahme auf die Installation von PV Anlagen: verfahrensfreie Bauvorhaben: z.b. PV Anlagen auf Dächer von kleineren Gebäuden genehmigungspflichtige Bauvorhaben: Genehmigungspflicht hängt von der Anlagengröße ab. z.b. Anlagen auf Fassaden Zustimmung des Denkmalamtes: z.b. bei PV Anlagen auf denkmalgeschützten Gebäuden In jedem Fall ist Behördenkontakt ratsam 24

25 Montage des Generators - Genehmigung Statische Anforderungen Faktoren, die einer statischen Überprüfung zu unterziehen sind: Auflasten Befestigung der Unterkonstruktionen Windlasten Brandschutz Montage des Generators Welche Aufgaben hat das Montagesystem 1) Unterkonstruktion zur Befestigung der Module 2) Ableitung von Lasten in die Dachkonstruktion (Schneelasten, Wind- Lasten, Druck, Sog) 25

26 Montage des Generators Montage des Generators Anforderungen an Solarleitungen sind: Mechanische Festigkeit UV-Beständigkeit bei ungeschützter Verlegung im Freien Wärme und Kältebeständigkeit ( Dimensionierung des Leitungsquerschnitts entsprechend der Stromstärke und der Spannungsfestigkeit Erd- und Kurzschlusssichere Installation KEINE Leitungen aus Standardelektroinstallation verwenden (YM-J, YMM-J, o.ä.)! Einhaltung des baulichen Brandschutzes Brandwände nicht mit PV-Modulen überbauen Kabeldurchbrüche durch feuerwiderstandsfähige Wände abschotten Feuerwiderstandsfähige Verlegung der DC- Leitungen Quelle: BSW 26

27 Montage des Generators Quelle: Fa. Dehn Danke für die Aufmerksamkeit 27