Solar Ratgeber

Kompendium der Photovoltaik

Gordon Kronzucker

• Verlag: Books on Demand
• Jahr: 2013
• ISBN drucken:
  9783842325418
• eBook-ISBN:
  9783732229338
• Auflage: 2
• Thema: Architektur
• Thema: Innenarchitektur

Die 2. Auflage des Solar Ratgeber übermittelt Ihnen alles Nötige an Grundwissen, welches Sie für den Kauf, Bau oder die Investition in eine eigene Photovoltaikanlage wissen müssen. Angefangen über den Rohstoff Silizium bis hin zu den unterschiedlichsten Solarzellen- und Modultypen sowie deren unterschiedliche Leistungen, werden Sie in diesem Kompendium der Photovoltaik wieder finden. Nach dem Sie dieses Buch gelesen haben, können Sie Ihre Solaranlage selbst projektieren und können gleichzeitig durch Faustformeln Ihren Gewinn der Solaranlage in reinen Euroscheinen errechnen. Dieses Buch ist ein MUSS für alle, die in eine Photovoltaikanlage investieren wollen! Sie brauchen mit diesem Buch keine kostenintensive Beratung mehr und sind sogleich von allen schwarzen Schafen, die Ihnen nur "etwas andrehen" möchten, durch Ihr eigenes angesammeltes Fachwissen, geschützt!

Herstellungsprozess kristalliner PV – Module

Als Grundstoff für Solarzellen wird zurzeit in fast allen Fällen Silizium verwendet - das zweithäufigste Element der Erdrinde. Ausgangsmaterial für den Herstellungsprozess ist z. B. Quarzsand (SiO2): Daraus wird durch die chemische Reduktion mit Kohle Rohsilizium erzeugt, das für die Herstellung von Solarzellen notwendig ist. Da man für Solarzellen p - n - Übergänge benötigt, wird bereits der Siliziumschmelze eine kleine Menge des Elements Bor beigefügt.

Für die Herstellung von polykristallinen Solarzellen wird flüssiges Silizium in eine Form gegossen. Anschließend wird das erkaltete Silizium in dünne Scheiben, in sogenannte Wafer gesägt. Jedoch bilden sich bei der Erstarrung des Materials Kristalldefekte heraus, die einen niedrigeren Wirkungsgrad der Solarzelle zur Folge haben.

Quelle: http://www.bbs-gerolstein.de/projekte/solar/Entstehu.htm

Teurer hingegen ist das monokristalline Silizium im Ziehverfahren. Aus der Schmelze von hochreinem Silizium wird unter ständiger Rotation ein Einkristallstab gezogen. Dieses Verfahren benötigt sehr viel Energie, ermöglicht aber auch Relativ hohe Wirkungsgrade der Solarzelle.

Für die Herstellung eines p-n-Übergangs muss jeder Wafer aus p - dotierten Silizium mit einem fünfwertigen Element dotiert werden. Zumeist findet eine n - Dotierung mit Phosphor statt. Zur n - Dotierung lagert man in einem Ofen bei hohen Temperaturen (800 bis 900 Grad Celsius) Phosphor in die Siliziumscheibe ein. Damit das Licht Möglichst in der Umgebung des p -n - Übergangs absorbiert wird, sollte diesen - Schicht sehr dünn sein. In der Praxis liegt der Durchmesser bei etwa 0,2 Tausendstel Millimeter. Zum Schluss werden die elektrischen Kontakte angebracht.

Häufig werden kristalline Solarzellen und Solarmodule gleichgesetzt – sachlich ist das allerdings falsch. Module bestehen aus mehreren Solarzellen. Diese werden nach dem Prinzip der Reihenschaltung zu einem String (deutsch: Strang) verbunden. Für einen höheren Stromfluss werden mehrere Strings parallel geschaltet. Anschließend werden die Solarzellen mit einem Glas abgedeckt, laminiert und mit einem Rahmen versehen, um die empfindlichen Solarzellen gegen Stoß und Witterung zu schützen. Anschlusskabel auf der Modulrückseite komplettieren den Fertigungsprozess.

Erst jetzt spricht man von einem Solarmodul. Nicht ganz so eindeutig lassen sich die Begriffe in der Dünnschichttechnik fassen. Hier entstehen die Zellen erst durch die Strukturierung der dünnen Schichten auf dem Glassubstrat – ein Laser teilt die beschichtete Fläche in Zellabschnitte. Eine einzelne Solarzelle, die man in die Hand nehmen kann, gibt es im Gegensatz zur kristallinen Modultechnologie in der Dünnschichttechnik nicht. Die Verwandlung des beschichteten Substrats in ein Zellenpaket ist hier nur ein Arbeitsschritt - anschließend erfolgt, ähnlich wie in der kristallinen Technologie, die Laminierung und Rahmung inklusive Anbringung der Anschlusskabel bis zum fertigen Modul.

Monokristalline Module enthalten Solarzellen von schwarzer Farbe, die aus einem einzigen Siliziumkristall bestehen. Dies ist der Grund für ihren hohen Wirkungsgrad von bis zu 18 %. Monokristalline Module eignen sich besonders bei geringem Platzangebot.

Quelle: http://www.neue-energie-technik.net/PDF_de/NET-Solartechnik.pdf

Dünnschichtzellen

Die Dünnschichttechnologie setzt auf ein komplett anderes Herstellungsverfahren. Der wichtigste Unterschied: Die photoaktive Schicht beträgt lediglich wenige tausendstel Millimeter – „dick” genug für den photovoltaischen Effekt und etwa hundert Mal „dünner” als bei kristallinen Zellen. Die technische Aufgabe besteht in der Optimierung des Produktionsprozesses: Erzielung hoher Wirkungsgrade auf großen Substratformaten bei gleichbleibender Qualität. Sharp hat sich für die Produktion von mikroamorphen Photovoltaikmodulen entschieden und damit für eine der ausgereiften Alternativen zur kristallinen Modultechnologie. Sie basiert auf hauchdünnen Schichten von amorphem und mikrokristallinem Silizium.

Der Hauptgrund für die verstärkte Entwicklung von Dünnschichtzellen ist der geringe Materialbedarf. Die photoaktiven Schichten sind hauchdünn; dementsprechend gering ist der Bedarf an Halbleitermaterial.

Quelle: http://www.advanced-energy.de

Quelle: http://electures.informatik.uni-freiburg.de

Energiebilanz einer kristallinen Siliziumzelle

100	%	eingestrahlte Sonnenenergie
- 3	%	Reflexion & Abschattung d. Frontkontakte
- 23	%	zu geringe Photonenenergie der langwelligen Strahlung
- 32	%	überschüssige Photonenenergie d. kurzwellige Strahlung
- 8,5	%	Rekombination
- 20	%	Potentialgefälle in der Zelle (Raumladungszone)
- 0,5	%	Serienwiderstand (Stromwärmeverluste)

= 13 % nutzbare elektrische Energie (Wirkungsgrad Solarmodul)

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Inhaltsverzeichnis

• Titelseite
• Inhaltsverzeichnis
• Einleitung
• Veränderung des Energiemixes
• Beteiligte an einen PV Projekt
• Der Rote Faden der Photovoltaik
• Physikalische Grundlagen der Photovoltaik
• Energie
• Sonnenenergie
• Die Sonne als Energiequelle
• Funktionen einer Solarzelle
• Monokristalline Solarzellen
• Polykristalline Solarzellen
• Dünnschicht und Amorphe Solarzellen
• Strom und Spannung in Solarzellen
• Dotierung nach n und p
• Kennlinien einer Solarzelle
• Silizium
• Herstellung kristalliner PV Module
• Komponenten von PV Systemen
• PV Anlagensysteme
• Wechselrichter
• Montagevarianten
• Energieerträge nach Dachausrichtung
• Einspeisevergütung 2004 – 2008
• Einspeisevergütung 2010
• Beispielberechnung einer 5 kWp Anlage
• Impressum