Abschnitt 03 Komponenten Module Systeme Marcus Rennhofer marcus.rennhofer@ait.ac.at
Inhalt Systemübersicht Inselsystem Netzgekoppelt Hybridsystem Systemkomponenten Wechselrichter Batterien Elektrik Hierarchischer Aufbau Zellen / Module / Systeme Technologieübersicht Kristalline Typen Dünnschichttypen Exoten Wirkungsgrade Rohstoffverfügbarkeit
1. Solarkraftwerk: Beispiele Anlagen:10-40 MW Photovoltaik: eine Option zur Energieautarkie VO SS2014 28.3.2014: Module, Systeme & Komponenten
1. Solarkraftwerk: Beispiele Anlagen: 20-200 MW Perovo Ukraine Activ-Solar
1. 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
1. Systemtypen: Netzgekoppelt Typische Anwendung: Einfamilienhaus Industriedach Freifeldanlage Augsburger Passivhaus Zentrum ATB-Becker
1. Systemtypen: Hybridanlagen Inselbetrieb & Netzkopplung Möglich, verschiedene Erzeuger Schiestlhaus Hochschwab ATB-Becker
2. Systemkomponenten DC Trennschalter Netzbetrieb Anschlußkasten / Überspannungsschutz
2. Systemkomponenten Inselbetrieb
3. Hierarchischer Aufbau : Zelle - Modul - System Zelle Modul Generator / Anlage
3. Hierarchischer Aufbau : Schaltzeichen
3. Hierarchischer Aufbau : Modul /1
4. Technologietypen: Familien- Stammbaum Zelltypen Kristalline Hybrid Dünnschicht Polykristallin Monokristallin / Wafer Monokristallin / Rück Monokristallin / Kugel HIT (mono + a-si) µsi/a-si (Multi-Junction) Mono Si Dünschicht Anorganisch / organisch Amorphes Silizium CuInSe / Cu(In,Ga)Se 2 CdTe GaAs / InGaAs organische Farbstoffe CZTS
4. Technologietypen: Monokristallin ~ 250 m Si-Zelle Czochralski: Reinheit Polysilizium >99.9999% (6N) bis Halbleiter-Si > 9N Si-Einkristall Si-Modul
4. Technologietypen: Polykristallin Polykristalline Zelle ( multikristallin ) EFG-Siliziumzelle Einkristallines Korn Domäne String-Ribbon-Siliziumzelle
4. Hierarchischer Aufbau : Solarzelle oder ziehen: Czochralski (Ziehen aus dem Tiegel)
4. Technologietypen: Dünnschichtphotovoltaik
4. Technologietypen: a-si z.b., a-si, a-si/µsi, a-si:h ~ 10 m
4. Technologietypen: CdTe ~ 1 m Cd: bedenklich für Umwelt (?)
4. Technologietypen: CIS / CIGS CIS CuInSe 2 CIGS Cu(In,Ga)(S,Se) 2 ~ 1 m
4. Technologietypen: Exoten: Rückseitenkontaktiert h ~ 20% NEU!!!!! Modul: 288 W
4. Technologietypen: Exoten: Farbstoffzelle / Grätzel Viele technische Probleme: e-transport Ionen-Beweglichkeit Ohmsche Verluste Strömungsdynamik korrosiv Vorteile: preiswert einfach Rohstoffe verfügbar flexibel transparent
4. Technologietypen: Exoten: Organische Solarzelle Polymer-Fulleren- Nanopartikel-Gemisch: h < 9% altert rasch (< 5a)
4. Technologietypen: Exoten: CZTS Cu 2 ZnSn(S,Se) 4 h ~ 4% - 11% IBM
4. Technologietypen: Exoten: Monokristalline Kugelzellen
4. Technologietypen: Exoten: GaAs / GaInAs h > 30% ESA-Ziel 2017: 34-37% Helmholzzentrum Berlin 10.000 EUR /m2
4. 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
4. Technologietypen: Vergleich Kristallin Dünnschicht + + Hohe Zellwirkungsgrade + Hohe Flächenleistungsdichte + Farb- und Formenvielfalt + Prozesstemperaturen < 600 C - - Inhomogene Optik - Aufwändige und kostenintensiv - Geringere Wirkungsgrade - Mangende Langzeitstabilität
4. Technologietypen: Vergleich
4. Technologietypen: Rohstoffverfügbarkeit Faulstich, TU-München
4. Technologietypen: Rohstoffverfügbarkeit Faulstich, TU-München
4. Technologietypen: Rohstoffverfügbarkeit Faulstich, TU-München
4. 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 11.000 t [t/a] P = 113 P = 600, R = 800 Reichweite [a] 700 6-19 In-Preis: 2002: 97 $/kg 2012: 900 $/kg P = Produktion, R = Recycling SiO 2 27% Erdkruste = Si Te-Produktion: 113 t/a Beiprodukt der Cu, Ni- Industrie
Photovoltaik: eine Option zur Energieautarkie Danke für Ihre Aufmerksamkeit! VO SS2012 30.3.2012: Module & Systeme