Photovoltaik: Lehrbuch zu Grundlagen, Technologien und Praxis ; mit ... 31 Tabellen
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| Main Author: | |
|---|---|
| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
München
Fachbuchverl. Leipzig im Carl-Hanser-Verl.
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | 290 S. Ill., graph. Darst., Kt. |
| ISBN: | 9783446421721 3446421726 |
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IMAGE 1
INHALT
EINFUEHRUNG 17
1.1 EINLEITUNG 17
1.1.1 WOZU PHOTOVOLTAIK? 17
1.1.2 FUER WEN IST DIESES BUCH GEDACHT? 18
1.1.3 AUFBAU DES BUCHES 18
1.2 WAS IST ENERGIE? 19
1.2.1 DEFINITION DER ENERGIE 19
1.2.2 EINHEITEN DER ENERGIE 20
1.2.3 PRIMAER-, SEKUNDAER-UND ENDENERGIE 21
1.2.4 ENERGIEINHALTE VERSCHIEDENER STOFFE 22
1.3 PROBLEME DER HEUTIGEN ENERGIEVERSORGUNG 23
1.3.1 WACHSENDER ENERGIEBEDARF 23
1.3.2 VERKNAPPUNG DER RESSOURCEN 24
1.3.3 KLIMAWANDEL 25
1.3.4 GEFAEHRDUNG UND ENTSORGUNG 27
1.4 ERNEUERBARE ENERGIEN 27
1.4.1 DIE FAMILIE DER ERNEUERBAREN ENERGIEN 27
1.4.2 VOR- UND NACHTEILE VON ERNEUERBAREN ENERGIEN 28
1.5 PHOTOVOLTAIK-DAS WICHTIGSTE IN KUERZE 29
1.5.1 WAS BEDEUTET *PHOTOVOLTAIK"? 29
1.5.2 WAS SIND SOLARZELLEN UND SOLARMODULE? 29
1.5.3 WIE IST EINE TYPISCHE PHOTOVOLTAIKANLAGE AUFGEBAUT? 31 1.5.4 WAS
*BRINGT" EINE PHOTOVOLTAIKANLAGE? 31
1.6 GESCHICHTE DER PHOTOVOLTAIK 32
1.6.1 WIE ALLES BEGANN 32
1.6.2 DIE ERSTEN ECHTEN SOLARZELLEN 33
1.6.3 FROM SPACE TO EARTH 35
1.6.4 VOM SPIELZEUG ZUR ENERGIEQUELLE 36
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1011784254
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
INHALT
STRAHLUNGSANGEBOT DER SONNE 37
2.1 EIGENSCHAFTEN DER SOLARSTRAHLUNG 37
2.1.1 SOLARKONSTANTE 37
2.1.2 SPEKTRUM DER SONNE 38
2.1.3 AIR MASS 39
2.2 GLOBALSTRAHLUNG 40
2.2.1 ENTSTEHUNG DER GLOBALSTRAHLUNG 40
2.2.2 BEITRAEGE VON DIFFUS-UND DIREKTSTRAHLUNG 41
2.2.3 GLOBALSTRAHLUNGSKARTEN 43
2.3 BERECHNUNG DES SONNENSTANDES 45
2.3.1 SONNENDEKLINATION 45
2.3.2 BERECHNUNG DER BAHN DER SONNE 46
2.4 STRAHLUNG AUF GENEIGTE FLAECHEN 48
2.4.1 STRAHLUNGSBERECHNUNG MIT DEM DREIKOMPONENTENMODELL 48 2.4.1.1
DIREKTSTRAHLUNG. 49
2.4.1.2 DIFFUSSTRAHLUNG 50
2.4.1.3 REFLEKTIERTE STRAHLUNG 51
2.4.2 STRAHLUNGSABSCHAETZUNG MIT DIAGRAMMEN UND TABELLEN 52 2.4.3
ERTRAGSGEWINN DURCH NACHFUEHRUNG 54
2.5 STRAHLUNGSANGEBOT UND WELTENERGIEVERBRAUCH 55
2.5.1 DER SOLARSTRAHLUNGS-ENERGIEWUERFEL 55
2.5.2 DAS SAHARA-WUNDER 56
GRUNDLAGEN DER HALBLEITERPHYSIK 58
3.1 AUFBAU VON HALBLEITERN 58
3.1.1 BOHRSCHES ATOMMODELL 58
3.1.2 PERIODENSYSTEM DER ELEMENTE 60
3.1.3 AUFBAU DES SILIZIUMKRISTALLS 61
3.1.4 VERBINDUNGSHALBLEITER 61
3.2 BAENDERMODELL DES HALBLEITERS 62
3.2.1 ENTSTEHUNG VON ENERGIEBAENDERN 62
3.2.2 UNTERSCHEIDUNG IN ISOLATOREN, HALBLEITER UND LEITER 63
3.2.3 EIGENLEITUNGSDICHTE 64
3.3 LADUNGSTRANSPORT IN HALBLEITERN 65
3.3.1 FELDSTROEME 65
3.3.2 DIFFUSIONSSTROEME 67
IMAGE 3
INHALT 9
3.4 DOTIERUNG VON HALBLEITERN 68
3.4.1 N-DOTIERUNG 68
3.4.2 P-DOTIERUNG 69
3.5 DER PN-UEBERGANG 69
3.5.1 PRINZIPIELLE WIRKUNGSWEISE 70
3.5.2 BANDDIAGRAMM DES PN-UEBERGANGS 71
3.5.3 VERHALTEN BEI ANGELEGTER SPANNUNG 73
3.5.4 DIODEN-KENNLINIE 74
3.6 WECHSELWIRKUNG VON LICHT MIT HALBLEITERN 75
3.6.1 PHAENOMEN DER LICHTABSORPTION 75
3.6.1.1 ABSORPTIONSKOEFFIZIENT 76
3.6.1.2 DIREKTE UND INDIREKTE HALBLEITER 76
3.6.2 LICHTREFLEXION AN OBERFLAECHEN 79
3.6.2.1 REFLEXIONSFAKTOR 79
3.6.2.2 ANTIREFLEXBESCHICHTUNG 80
Q AUFBAU UND WIRKUNGSWEISE DER SOLARZELLE 82
4.1 BETRACHTUNG DER PHOTODIODE 82
4.1.1 AUFBAU UND KENNLINIE 82
4.1.2 ERSATZSCHALTBILD 84
4.2 FUNKTIONSWEISE DER SOLARZELLE 84
4.2.1 PRINZIPIELLER AUFBAU 84
4.2.2 REKOMBINATION UND DIFFUSIONSLAENGE 84
4.2.3 WAS PASSIERT IN DEN EINZELNEN ZELLBEREICHEN? 86
4.2.4 BACK-SURFACE-FIELD 88
4.3 PHOTOSTROM 89
4.3.1 ABSORPTIONSWIRKUNGSGRAD 89
4.3.2 QUANTENWIRKUNGSGRAD 90
4.3.3 SPEKTRALE EMPFINDLICHKEIT 90
4.4 KENNLINIE UND KENNGROESSEN 92
4.4.1 KURZSCHLUSSSTROM /R 93
4.4.2 LEERLAUFSPANNUNG UT 93
4.4.3 MAXIMUM POWER POINT (MPP) 94
4.4.4 FUELLFAKTOR FF 94
4.4.5 WIRKUNGSGRAD R\ 95
4.4.6 TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER SOLARZELLE 95
IMAGE 4
10 INHALT
4.5 ELEKTRISCHE BESCHREIBUNG REALER SOLARZELLEN 97
4.5.1 VEREINFACHTES MODELL 97
4.5.2 STANDARD-MODELL (EIN-DIODEN-MODELL) 97
4.5.3 ZWEI-DIODEN-MODELL 99
4.5.4 BESTIMMUNG DER PARAMETER DES ERSATZSCHALTBILDES 99
4.6 BETRACHTUNGEN ZUM WIRKUNGSGRAD 102
4.6.1 SPEKTRALER WIRKUNGSGRAD 102
4.6.2 THEORETISCHER WIRKUNGSGRAD 105
4.6.3 VERLUSTE IN DER REALEN SOLARZELLE 107
4.6.3.1 OPTISCHE VERLUSTE 107
4.6.3.2 ELEKTRISCHE VERLUSTE 109
4.7 HOCHEFFIZIENZZELLEN 110
4.7.1 BURIED-CONTACT-ZELLE 110
4.7.2 PUNKTKONTAKT-ZELLE 111
4.7.3 PERL-ZELLE 112
0 ZELLENTECHNOLOGIEN 113
5.1 HERSTELLUNG KRISTALLINER SILIZIUM-ZELLEN 113
5.1.1 VOM SAND ZUM SILIZIUM 113
5.1.1.1 HERSTELLUNG VON POLYSILIZIUM 113
5.1.1.2 HERSTELLUNG VON MONOKRISTALLINEM SILIZIUM 115
5.1.1.3 HERSTELLUNG VON MULTIKRISTALLINEM SILIZIUM 116
5.1.2 VOM SILIZIUM ZUM WAFER 117
5.1.2.1 WAFERHERSTELLUNG 117
5.1.2.2 WAFER AUS FOLIENSILIZIUM 117
5.1.3 HERSTELLUNG VON STANDARD-SOLARZELLEN 118
5.1.4 HERSTELLUNG VON SOLARMODULEN 120
5.2 ZELLEN AUS AMORPHEM SILIZIUM 121
5.2.1 EIGENSCHAFTEN VON AMORPHEM SILIZIUM 122
5.2.2 HERSTELLUNGSVERFAHREN 122
5.2.3 AUFBAU DER PIN-ZELLE 123
5.2.4 STAEBLER-WRONSKI-EFFEKT 124
5.2.5 STAPELZELLEN 126
5.2.6 KOMBIZELLEN AUS MIKROMORPHEM MATERIAL 127
5.2.7 INTEGRIERTE SERIENVERSCHALTUNG 128
5.3 WEITERE DUENNSCHICHTZELLEN 130
5.3.1 ZELLEN AUS CADMIUM-TELLURID 130
5.3.2 CIS-ZELLEN 131
IMAGE 5
INHALT 11
5.4 HYBRIDE WAFERZELLEN 133
5.4.1 KOMBINATION VON C-SI UND A-SI (HIT-ZELLE) 133
5.4.2 STAPELZELLEN AUS III/V-HALBLEITERN 134
5.5 SONSTIGE ZELLENKONZEPTE 135
5.6 KONZENTRATORSYSTEME 135
5.6.1 PRINZIP DER STRAHLUNGSBUENDELUNG 135
5.6.2 WAS BRINGT DIE KONZENTRATION? 136
5.6.3 BEISPIELE VON KONZENTRATORSYSTEMEN 137
5.6.4 VOR- UND NACHTEILE VON KONZENTRATORSYSTEMEN 138
5.7 OEKOLOGISCHE FRAGESTELLUNGEN ZUR ZELLEN- UND MODULHERSTELLUNG 138
5.7.1 UMWELTAUSWIRKUNGEN BEI HERSTELLUNG UND BETRIEB 138 5.7.1.1
BEISPIEL CADMIUM-TELLURID 138
5.7.1.2 BEISPIEL SILIZIUM 139
5.7.2 VERFUEGBARKEIT DER MATERIALIEN 140
5.7.2.1 SILIZIUM 140
5.7.2.2 CADMIUM-TELLURID 140
5.7.2.3 CIS 141
5.7.2.4 III/V-HALBLEITER 141
5.7.3 ENERGIERUECKLAUFZEIT UND ERNTEFAKTOR 142
5.8 ZUSAMMENFASSUNG 145
SOLARMODULE UND SOLARGENERATOREN 147
6.1 EIGENSCHAFTEN VON SOLARMODULEN 147
6.1.1 SOLARZELLENKENNLINIE IN ALLEN VIER QUADRANTEN 147
6.1.2 PARALLELSCHALTUNG VON ZELLEN 148
6.1.3 REIHENSCHALTUNG VON ZELLEN 149
6.1.4 EINSATZ VON BYPASSDIODEN 150
6.1.4.1 REDUZIERUNG VON VERSCHATTUNGSVERLUSTEN 150
6.1.4.2 VERMEIDUNG VON HOTSPOTS 152
6.1.5 TYPISCHE KENNLINIEN VON SOLARMODULEN 155
6.1.5.1 VARIATION DER BESTRAHLUNGSSTAERKE 155
6.1.5.2 TEMPERATURVERHALTEN 156
6.1.6 SONDERFALL DUENNSCHICHTMODULE 157
6.1.7 BEISPIELE VON DATENBLATTANGABEN 159
6.2 VERSCHALTUNG VON SOLARMODULEN 160
6.2.1 PARALLELSCHALTUNG VON STRINGS 160
6.2.2 WAS PASSIERT BEI VERKABELUNGSFEHLERN? 160
IMAGE 6
12 INHALT
6.2.3 VERLUSTE DURCH MISMATCHING 161
6.2.4 SCHLAUE VERSCHALTUNG BEI VERSCHATTUNG 162
6.3 GLEICHSTROM-KOMPONENTEN 163
6.3.1 PRINZIPIELLER ANLAGENAUFBAU 163
6.3.2 GLEICHSTROMVERKABELUNG 165
6.4 ANLAGENTYPEN 166
6.4.1 FREILANDANLAGEN 167
6.4.2 FLACHDACHANLAGEN 169
6.4.3 SCHRAEGDACHANLAGEN 170
6.4.4 FASSADENANLAGEN 172
PHOTOVOLTAISCHE SYSTEMTECHNIK 174
7.1 SOLARGENERATOR UND LAST 174
7.1.1 WIDERSTANDSLAST 174
7.1.2 DC/DC-WANDLER 175
7.1.2.1 IDEE 175
7.1.2.2 TIEFSETZSTELLER 175
7.1.2.3 HOCHSETZSTELLER 178
7.1.3 MPP-TRACKER 180
7.2 NETZGEKOPPELTE SYSTEME 181
7.2.1 EINSPEISEVARIANTEN 181
7.2.2 ANLAGEKONZEPTE 182
7.2.3 AUFBAU VON WECHSELRICHTERN 183
7.2.3.1 AUFGABEN DES WECHSELRICHTERS 183
7.2.3.2 NETZGEFUEHRTE UND SELBSTGEFUEHRTE WECHSELRICHTER 183
7.2.3.3 TRAFOLOSER WECHSELRICHTER 184
7.2.3.4 WECHSELRICHTER MIT NETZTRAFO 186
7.2.3.5 WECHSELRICHTER MIT HF-TRAFO 187
7.2.3.6 DREIPHASIGE EINSPEISUNG 187
7.2.3.7 WEITERE SCHLAUE KONZEPTE 189
7.2.4 WIRKUNGSGRAD VON WECHSELRICHTERN 190
7.2.4.1 UMWANDLUNGSWIRKUNGSGRAD 190
7.2.4.2 EUROPAEISCHER WIRKUNGSGRAD 191
7.2.4.3 SCHLAUES MPP-TRACKING 193
7.2.5 DIMENSIONIERUNG VON WECHSELRICHTERN 193
7.2.5.1 LEISTUNGSDIMENSIONIERUNG 193
7.2.5.2 SPANNUNGSDIMENSIONIERUNG 195
7.2.5.3 STROMDIMENSIONIERUNG 196
IMAGE 7
INHALT 13
7.2.6 ANFORDERUNGEN DER NETZBETREIBER 196
7.2.6.1 VERMEIDUNG VON INSELBETRIEB 196
7.2.6.2 MAXIMALE EINSPEISELEISTUNG 198
7.2.7 SICHERHEITSASPEKTE 198
7.2.7.1 ERDUNG DES GENERATORS UND BLITZSCHUTZ 198
7.2.7.2 BRANDSCHUTZ 198
7.3 INSELSYSTEME 199
7.3.1 PRINZIPIELLER AUFBAU 199
7.3.2 AKKUMULATOREN 200
7.3.2.1 PRINZIP DES BLEI-SAEURE-AKKUS 200
7.3.2.2 TYPEN VON BLEIAKKUS 202
7.3.2.3 AKKUKAPAZITAET 203
7.3.2.4 SPANNUNGSVERLAUF 204
7.3.3 LADEREGLER 205
7.3.3.1 SERIENREGLER 205
7.3.3.2 SHUNTREGLER 205
7.3.3.3 MPP-LADEREGLER 206
7.3.3.4 PRODUKTBEISPIELE 206
7.3.4 BEISPIELE VON INSELSYSTEMEN 207
7.3.4.1 SOLAR HOME SYSTEMS 207
7.3.4.2 HYBRIDSYSTEME 209
7.3.5 DIMENSIONIERUNG VON INSELANLAGEN 210
7.3.5.1 ERFASSUNG DES STROMVERBRAUCHS 210
7.3.5.2 DIMENSIONIERUNG DES PV-GENERATORS 211
7.3.5.3 AUSWAHL DES AKKUS 213
PHOTOVOLTAISCHE MESSTECHNIK 215
8.1 MESSUNG SOLARER STRAHLUNG 215
8.1.1 GLOBALSTRAHLUNGSSENSOREN 215
8.1.1.1 PYRANOMETER 215
8.1.1.2 STRAHLUNGSSENSOREN AUS SOLARZELLEN 217
8.1.2 MESSUNG VON DIREKT-UND DIFFUSSTRAHLUNG 218
8.2 LEISTUNGSMESSUNG VON SOLARMODULEN 219
8.2.1 AUFBAU EINES SOLARMODUL-LEISTUNGSPRUEFSTANDS 219
8.2.2 GUETEKLASSEN VON MODULFLASHERN 220
8.2.3 BESTIMMUNG DER MODULPARAMETER 221
IMAGE 8
14 INHALT
8.3 PEAKLEISTUNGSMESSUNG VOR ORT 222
8.3.1 PRINZIP DER PEAKLEISTUNGSMESSUNG 222
8.3.2 MOEGLICHKEITEN UND GRENZEN DES MESSPRINZIPS 223
8.4 THERMOGRAPHIE-MESSTECHNIK 224
8.4.1 PRINZIP DER INFRAROT-TEMPERATURMESSUNG 224
8.4.2 HELL-THERMOGRAPHIE VON SOLARMODULEN 225
8.4.3 DUNKEL-THERMOGRAPHIE 227
8.5 ELEKTROLUMINESZENZ-MESSTECHNIK 228
8.5.1 MESSPRINZIP 228
8.5.2 BEISPIELE VON AUFNAHMEN 229
PLANUNG UND BETRIEB NETZGEKOPPELTER ANLAGEN 231
9.1 PLANUNG UND DIMENSIONIERUNG 231
9.1.1 STANDORTWAHL 231
9.1.2 VERSCHATTUNGEN 232
9.1.2.1 VERSCHATTUNGSANALYSE 232
9.1.2.2 NAHVERSCHATTUNGEN 233
9.1.2.3 EIGENVERSCHATTUNGEN 234
9.1.2.4 OPTIMIERTE STRINGVERSCHALTUNG 235
9.1.3 ANLAGENDIMENSIONIERUNG MIT SIMULATIONSPROGRAMMEN 236 9.1.3.1
WECHSELRICHTER-AUSLEGUNGSTOOLS 236
9.1.3.2 SIMULATIONSPROGRAMME FUER PHOTOVOLTAIKANLAGEN 237 9.2
WIRTSCHAFTLICHKEIT VON PHOTOVOLTAIKANLAGEN 238
9.2.1 DAS ERNEUERBARE-ENERGIEN-GESETZ 239
9.2.2 RENDITEBERECHNUNG 239
9.2.2.1 EINGANGSGROESSEN 239
9.2.2.2 AMORTISATIONSZEIT 240
9.2.2.3 OBJEKTRENDITE 240
9.2.2.4 WEITERE EINFLUSSGROESSEN 242
9.3 UEBERWACHUNG, MONITORING UND VISUALISIERUNG 243
9.3.1 METHODEN ZUR ANLAGENUEBERWACHUNG 243
9.3.2 MONITORING VON PV-ANLAGEN 244
9.3.2.1 SPEZIFISCHE ERTRAEGE 244
9.3.2.2 VERLUSTE 245
9.3.2.3 PERFORMANCE RATIO 245
9.3.2.4 KONKRETE MASSNAHMEN ZUM MONITORING 246
9.3.3 VISUALISIERUNG 246
IMAGE 9
INHALT 15
9.4 BETRIEBSERGEBNISSE VON KONKRETEN ANLAGEN 247
9.4.1 SCHRAEGDACHANLAGE AUS DEM JAHRE 1996 247
9.4.2 SCHRAEGDACHANLAGE AUS DEM JAHRE 2002 249
9.4.3 FLACHDACHANLAGE AUS DEM JAHRE 2008 250
HAUSBLICK 251
10.1 POTENTIAL DER PHOTOVOLTAIK 251
10.1.1 THEORETISCHES POTENTIAL 251
10.1.2 TECHNISCH NUTZBARE STRAHLUNGSENERGIE 251
10.1.3 TECHNISCHES STROMERZEUGUNGSPOTENTIAL 253
10.1.4 PHOTOVOLTAIK VERSUS BIOMASSE 254
10.2 EFFIZIENTE FOERDERINSTRUMENTE 255
10.3 PREISENTWICKLUNG 256
10.4 UEBERLEGUNGEN ZUR ZUKUENFTIGEN ENERGIEVERSORGUNG 258
10.4.1 BISHERIGE ENTWICKLUNG DER ERNEUERBAREN ENERGIEN 258 10.4.2
BETRACHTUNG UNTERSCHIEDLICHER ZUKUNFTSSZENARIEN 258 10.4.3 OPTIONEN ZUR
SPEICHERUNG VON ELEKTRISCHER ENERGIE 260 10.4.4 ANFORDERUNGEN AN DIE
NETZE 262
10.5 FAZIT 263
UEBUNGSAUFGABEN 264
ANHANG 274
12.1 CHECKLISTE ZU PLANUNG, INSTALLATION UND BETRIEB EINER
PHOTOVOLTAIKANLAGE 274 12.2 IM BUCH VERWENDETE ABKUERZUNGEN 276
12.3 PHYSIKALISCHE KONSTANTEN/MATERIALPARAMETER 277
12.4 LITERATUR 278
12.5 WEITERFUEHRENDE INFORMATIONEN ZUR PHOTOVOLTAIK 285
INDEX 287 |
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