Abschnitt 03 Systemtypen, Modultypen und Systemkomponenten. Marcus Rennhofer

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Harald Morgenstern
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1 Abschnitt 03 Systemtypen, Modultypen und Systemkomponenten Marcus Rennhofer

2 Inhalt Hierarchischer Aufbau Zellen / Module / Systeme Technologieübersicht Kristalline Typen Dünnschichttypen Exoten Wirkungsgrade Systemkomponenten Wechselrichter Batterien Elektrik Systemübersicht Inselsystem Netzgekoppelt Hybridsystem

3 1. Hierarchischer Aufbau : Solarzelle oder ziehen: Czochralski (Ziehen aus dem Tiegel)

4 1. Hierarchischer Aufbau : Modul /1

5 1. Hierarchischer Aufbau : Modul /2

6 1. Hierarchischer Aufbau : Zelle - Modul - System Zelle Modul Generator / Anlage

7 1. Hierarchischer Aufbau : Schaltzeichen Zelle Modul Modulstrang Strang Generator (Feld)

8 2. Technologietypen: Familien- Stammbaum

9 2. Technologietypen: Monokristallin ~ 250 μm Si-Zelle Czochralski: Reinheit Polysilizium > % (6N) bis Halbleiter-Si > 9N Si-Einkristall Si-Modul

10 2. Technologietypen: Polykristallin Polykristalline Zelle ( multikristallin ) EFG-Siliziumzelle Einkristallines Korn Domäne String-Ribbon-Siliziumzelle

11 2. Technologietypen: a-si z.b., a-si, a-si/µsi, a-si:h ~ 10 μm

12 2. Technologietypen: CdTe ~ 1 μm Cd: bedenklich für Umwelt (?)

13 2. Technologietypen: CIS / CIGS CIS CuInSe 2 CIGS Cu(In,Ga)(S,Se) 2 ~ 1 μm

14 2. Technologietypen: Exoten: Rückseitenkontaktiert / HIT η > 20% Modul: 225 W

15 2. Technologietypen: Exoten: Farbstoffzelle / Grätzel Viele technische Probleme: e-transport Ionen-Beweglichkeit Ohmsche Verluste Strömungsdynamik korrosiv Vorteile: preiswert einfach Rohstoffe verfügbar flexibel transparent

16 2. Technologietypen: Exoten: Organische Solarzelle Polymer-Fulleren- Nanopartikel-Gemisch: η < 5% altert rasch (< 5a)

17 2. Technologietypen: Exoten: GaAs / GaInAs η > 30% Helmholzzentrum Berlin

18 2. Technologietypen: Exoten: Monokristalline Kugelzellen

21 2. Technologietypen: Vergleich Kristallin + Hohe und stabile Zellwirkungsgrade + Ausgereifte Zelltechnologie + Farb- und Formenvielfalt - Eingeschränkte Größe (Zellraster) - Inhomogene Optik - Fehlende Transparenz & Flexibilität - Hoher Si-Verbrauch - Aufwändige und kostenintensiv - Hohes Gewicht - Prozesstemperaturen >900 C Dünnschicht + Hohes Kostenreduktionspotential + Homogene Erscheinung + Beschichtung großer Flächen + Farb- und Formenvielfalt + Semitransparenz + geringe Schichtdicken & Mat. Verbrauch + Niedrige Prozesstemperaturen < 600 C - Geringere Wirkungsgrade - Mangende Langzeitstabilität - Produktionsreife

22 2. Technologietypen: Vergleich Wirkungsgrade Temperaturverluste: Kristalline: %/K Dünnschicht: %/K

23 2. Technologietypen: Vergleich

24 3. Systemkomponenten: Wesentlichste Komponenten für PV-Systeme: PV-Kabel (2x-geschirmt) Wechselrichter: Laderegler

25 3. Systemkomponenten: Anschlußkasten / Überspannungsschutz Dc-Schalter Sicherung Batterie: Solarakku: Pb-Gel:

26 3. Systemtypen: Inselanlagen Denkbare Anwendungen: Freistehende Häuser (Berghütten) Netzferne Versorgung (Entwicklungsländer) Netzferne Infrastruktur (Wetterstationen, Verkehrsleitung ) Hausboot mit PV Mongolische Neue Donau, Jurte mit Wien PV ATB-Becker

27 3. Systemtypen: Netzgekoppelt Typische Anwendung: Einfamilienhaus Industriedach Freifeldanlage Augsburger Passivhaus Zentrum ATB-Becker

28 3. Systemtypen: Hybridanlagen Inselbetrieb & Netzkopplung Möglich, verschiedene Erzeuger Schiestlhaus Hochschwab ATB-Becker

29 Solarkraftwerk: Beispiele

30 Solarkraftwerk: Beispiele Power-Tower Linz ERTEX-Solar

31 2. Technologietypen: Rohstoffverfügbarkeit Faulstich, TU-München

32 2. Technologietypen: Rohstoffverfügbarkeit Faulstich, TU-München

33 2. Technologietypen: Rohstoffverfügbarkeit Faulstich, TU-München

34 2. Technologietypen: Rohstoffverfügbarkeit Faulstich, TU-München

2. Technologietypen: Rohstoffverfügbarkeit Technologie c-si, a-si CdTe CIS/CIGS Effizienz >20% <10% >10% >15% Verfügbarkeit 100.000 t 11.

35 2. Technologietypen: Rohstoffverfügbarkeit Technologie c-si, a-si CdTe CIS/CIGS Effizienz >20% <10% >10% >15% Verfügbarkeit t t [t/a] P = 113 P = 600, R = 800 Reichweite [a] In-Preis: 2002: 97 $/kg 2005: 827 $/kg P = Produktion, R = Recycling SiO 2 27% Erdkruste = Si Te-Produktion: 113 t/a Beiprodukt der Cu, Ni- Industrie

36 Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

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