Photovoltaik: Lehrbuch zu Grundlagen, Technologien und Praxis ; mit 31 Tabellen
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
München
Fachbuchverl. Leipzig im Carl-Hanser-Verl.
2013
|
| Ausgabe: | 2., neu bearb. Aufl. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | 298 S. Ill., graph. Darst., Kt. |
| ISBN: | 9783446434103 3446434100 9783446434110 |
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IMAGE 1
INHALT
D 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. 29
1.5 PHOTOVOLTAIK - DAS WICHTIGSTE IN KUERZE . 29
1.5.1 WASBEDEUTET "PHOTOVOLTAIK"?. 29
1.5.2 WAS SIND SOLARZELLEN UND SOLARMODULE? 30
1.5.3 WIE IST EINE TYPISCHE PHOTOVOLTAIKANLAGE AUFGEBAUT? . 30
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 . 35
IMAGE 2
8 INHALT
EI 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 44
2.3 BERECHNUNG DES SONNENSTANDES. 44
2.3.1 SONNENDEKLINATION 44
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-ENERGIEWUERFEI. 55
2.5.2 DAS SAHARA-WUNDER 56
EI GRUNDLAGEN DER HALBLEITERPHYSIK 58
3.1 AUFBAU VON HALBLEITERN 58
3.1.1
BOHRSCHESATOMMODELL.
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 BAENDERDIAGRAMM 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 75
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
11 AUFBAU UND WIRKUNGSWEISE DER SOLARZELLE 82
4.1 BETRACHTUNG DER PHOTODIODE 82
4.1.1 AUFBAU UND KENNLINIE 82
4.1.2 ERSATZSCHALTBILD 83
4.2 FUNKTIONSWEISE DER SOLARZELLE 84
4.2.1 PRINZIPIELLER AUFBAU 84
4.2.2 REKOMBINATION UND DIFFUSIONSLAENGE 85
4.2.3 WASPASSIERT IN DEN EINZELNEN ZELLBEREICHEN? 86
4.2.4 BACK-SURFACE-FIELD. 88
4.3 PHOTO STROM 88
4.3.1 ABSORPTIONSWIRKUNGSGRAD 89
4.3.2 QUANTENWIRKUNGSGRAD 90
4.3.3 SPEKTRALE
EMPFINDLICHKEIT. 90
4.4 KENNLINIE UND KENNGROESSEN. 91
4.4.1 KURZSCHLUSSSTROM IK ****.*. ****.**. *****.
*******.*. ******.** 92
4.4.2 LEERLAUFSPANNUNG UL 93
4.4.3 MAXIMUM POWER POINT (MPP) 93
4.4.4 FUELLFAKTOR PP. 94
4.4.5 WIRKUNGSGRAD 11 94
4.4.6 TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER SOLARZELLE. 94
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. 98
4.5.4 BESTIMMUNG DER PARAMETER DES ERSATZSCHALTBILDES 99
4.6 BETRACHTUNGEN ZUM WIRKUNGSGRAD 101
4.6.1 SPEKTRALER WIRKUNGSGRAD. 101
4.6.2 THEORETISCHER WIRKUNGSGRAD.
105
4.6.3 VERLUSTE IN DER REALEN SOLARZELLE 106
4.6.3.1 OPTISCHE VERLUSTE 106
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 111
EI 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 MONOKRISTALLINERN SILIZIUM 115
5.1.1.3 HERSTELLUNG VON MULTIKRISTALLINERN 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 119
5.1.4 HERSTELLUNG VON SOLARMODULEN 121
5.2 ZELLEN AUS AMORPHEM SILIZIUM 122
5.2.1 EIGENSCHAFTEN VON AMORPHEM SILIZIUM 122
5.2.2 HERSTELLUNGSVERFAHREN 123
5.2.3 AUFBAU DER PIN-ZELLE 124
5.2.4 STAEBLER-WRONSKI-EFFEKT 125
5.2.5 STAPELZELLEN 127
5.2.6 KOMBIZELLEN AUS MIKROMORPHEM MATERIAL 128
5.2.7 INTEGRIERTE SERIENVERSCHALTUNG 129
5.3 WEITERE DUENNSCHICHTZELLEN 131
5.3.1 ZELLEN AUS CADMIUM-TELLURID 131
5.3.2 CIS-ZELLEN 132
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 136
5.6.1 PRINZIP DER STRAHLUNGSBUENDELUNG 136
5.6.2 WASBRINGT DIE KONZENTRATION? 137
5.6.3 BEISPIELE VON KONZENTRATORSYSTEMEN 138
5.6.4 VOR-UND NACHTEILE VON KONZENTRATORSYSTEMEN 139
5.7 OEKOLOGISCHE FRAGESTELLUNGEN ZUR ZELLEN- UND MODULHERSTELLUNG 139
5.7.1 UMWELTAUSWIRKUNGEN BEI HERSTELLUNG UND BETRIEB 139
5.7.1.1 BEISPIEL CADMIUM-TELLURID 139
5.7.1.2 BEISPIEL SILIZIUM 140
5.7.2 VERFUEGBARKEIT DER MATERIALIEN 141
5.7.2.1 SILIZIUM 141
5.7.2.2 CADMIUM-TELLURID 141
5.7.2.3 CIS 141
5.7.2.4 III/V-HALBLEITER 142
5.7.3 ENERGIERUECKLAUFZEIT UND ERNTEFAKTOR 142
5.8 ZUSAMMENFASSUNG 145
M SOLARMODULE UND SOLARGENERATOREN 148
6.1 EIGENSCHAFTEN VON SOLARMODULEN 148
6.1.1 SOLARZELLENKENNLINIE IN ALLEN VIER QUADRANTEN 148
6.1.2 PARALLELSCHALTUNG VON ZELLEN 149
6.1.3 REIHENSCHALTUNG VON ZELLEN 150
6.1.4 EINSATZ VON BYPASSDIODEN 151
6.1.4.1 REDUZIERUNG VON VERSCHATTUNGSVERLUSTEN 151
6.1.4.2 VERMEIDUNG VON HOTSPOTS 153
6.1.5 TYPISCHE KENNLINIEN VON SOLARMODULEN 156
6.1.5.1 VARIATION DER BESTRAHLUNGSSTAERKE 156
6.1.5.2 TEMPERATURVERHALTEN 157
6.1.6 SONDERFALL DUENNSCHICHTMODULE 158
6.1.7 BEISPIELE VON DATENBLATTANGABEN 160
6.2 VERSCHALTUNG VON SOLARMODULEN 161
6.2.1 PARALLELSCHALTUNG VON STRINGS 161
6.2.2 WASPASSIERT BEI VERKABELUNGSFEHLERN? 161
IMAGE 6
12 INHALT
6.2.3 VERLUSTE DURCH MISMATCHING 162
6.2.4 SCHLAUE VERSCHALTUNG BEI VERSCHATTUNG 163
6.3 GLEICHSTROM-KOMPONENTEN 164
6.3.1 PRINZIPIELLER ANLAGENAUTBAU 164
6.3.2 GLEICHSTROMVERKABELUNG 166
6.4 ANLAGENTYPEN 167
6.4.1 FREILANDANLAGEN 168
6.4.2 FLACHDACHANLAGEN 170
6.4.3 SCHRAEGDACHANLAGEN 171
6.4.4 FASSADENANLAGEN 173
D PHOTOVOLTAISCHE SYSTEMTECHNIK 175
7.1 SOLARGENERATOR UND LAST 175
7.1.1 WIDERSTANDSLAST 175
7.1.2 DC/DC-WANDLER 176
7.1.2.1 IDEE 176
7.1.2.2 TIEFSETZSTELLER 176
7.1.2.3 HOCHSETZSTELLER 179
7.1.3 MPP-TRACKER 181
7.2 NETZGEKOPPELTE SYSTEME 182
7.2.1 EINSPEISEVARIANTEN 182
7.2.2 ANLAGENKONZEPTE 182
7.2.3 AUTBAU VON WECHSELRICHTERN 184
7.2.3.1 AUFGABEN DES WECHSELRICHTERS 184
7.2.3.2 NETZGEFUEHRTE UND SELBSTGEFUEHRTE WECHSELRICHTER 184
7.2.3.3 TRAFOLOSER
WECHSELRICHTER. 185
7.2.3.4 WECHSELRICHTER MIT NETZTRAFO 187
7.2.3.5 WECHSELRICHTER MIT HF-TRAFO 188
7.2.3.6 DREIPHASIGE EINSPEISUNG 188
7.2.3.7 WEITERE SCHLAUE KONZEPTE 190
7.2.4 WIRKUNGSGRAD VON WECHSELRICHTERN 191
7.2.4.1 UMWANDLUNGSWIRKUNGSGRAD 191
7.2.4.2 EUROPAEISCHER WIRKUNGSGRAD 193
7.2.4.3 SCHLAUES MPP-TRACKING 194
7.2.5 DIMENSIONIERUNG VON WECHSELRICHTERN 195
7.2.5.1 LEISTUNGSDIMENSIONIERUNG 195
7.2.5.2 SPANNUNGSDIMENSIONIERUNG 196
7.2.5.3 STROMDIMENSIONIERUNG 197
IMAGE 7
INHALT 13
7.2.6 MASSNAHMEN ZUR ERHOEHUNG DES EIGENVERBRAUCHS 197
7.2.7 ANFORDERUNGEN DER NETZBETREIBER 199
7.2.7.1 VERMEIDUNG VON INSELBETRIEB 199
7.2.7.2 MAXIMALE EINSPEISELEISTUNG 200
7.2.7.3 BLINDLEISTUNGSBEREITSTELLUNG 201
7.2.8 SICHERHEITSASPEKTE 201
7.2.8.1 ERDUNG DES GENERATORS UND BLITZSCHUTZ 201
7.2.8.2 BRANDSCHUTZ 202
7.3 INSELSYSTEME 202
7.3.1 PRINZIPIELLER AUFBAU 203
7.3.2 AKKUMULATOREN 203
7.3.2.1 PRINZIP DES BLEI-SAEURE-AKKUS 203
7.3.2.2 TYPEN VON BLEIAKKUS 205
7.3.2.3 AKKUKAPAZITAET. 207
7.3.2.4 SPANNUNGSVERLAUF 207
7.3.3 LADEREGLER 208
7.3.3.1 SERIENREGLER 208
7.3.3.2 SHUNTREGLER 208
7.3.3.3 MPP-LADEREGLER 209
7.3.3.4 PRODUKTBEISPIELE 209
7.3.4 BEISPIELE VON INSELSYSTEMEN 211
7.3.4.1 SOLAR HORNE SYSTEMS 211
7.3.4.2 HYBRIDSYSTEME 211
7.3.5 DIMENSIONIERUNG VON INSELANLAGEN 213
7.3.5.1 ERFASSUNG DES STROMVERBRAUCHS 213
7.3.5.2 DIMENSIONIERUNG DES PV-GENERATORS 214
7.3.5.3 AUSWAHL DES AKKUS 216
M PHOTOVOLTAISCHE MESSTECHNIK 218
8.1 MESSUNG SOLARER STRAHLUNG 218
8.1.1 GLOBALSTRAHLUNGSSENSOREN 218
8.1.1.1 PYRANOMETER 218
8.1.1.2 STRAHLUNGSSENSOREN AUS SOLARZELLEN 220
8.1.2 MESSUNG VON DIREKT- UND DIFFUSSTRAHLUNG 221
8.2 LEISTUNGSMESSUNG VON SOLARMODULEN 222
8.2.1 AUFBAU EINES SOLARMODUL-LEISTUNGSPRUEFSTANDS 222
8.2.2 GUETEKLASSEN VON MODULFLASHERN 223
8.2.3 BESTIMMUNG DER MODULPARAMETER 224
IMAGE 8
14 INHALT
8.3 PEAKLEISTUNGSMESSUNG VOR ORT 225
8.3.1 PRINZIP DER PEAKLEISTUNGSMESSUNG 225
8.3.2 MOEGLICHKEITEN UND GRENZEN DES MESSPRINZIPS 226
8.4 THERMOGRAPHIE-MESSTECHNIK 227
8.4.1 PRINZIP DER INFRAROT -TEMPERATURMESSUNG 227
8.4.2 HELL-THERMOGRAPHIE VON SOLARMODULEN 228
8.4.3 DUNKEL-THERMOGRAPHIE 230
8.5 ELEKTROLUMINESZENZ-MESSTECHNIK 231
8.5.1 MESSPRINZIP 231
8.5.2 BEISPIELE VONAUFNAHMEN 232
M PLANUNG UND BETRIEB NETZGEKOPPELTER ANLAGEN 235
9.1 PLANUNG UND DIMENSIONIERUNG. 235
9.1.1 STANDORTWAHL 235
9.1.2 VERSCHATTUNGEN 236
9.1.2.1 VERSCHATTUNGSANALYSE 236
9.1.2.2 NAHVERSCHATTUNGEN 237
9.1.2.3 EIGENVERSCHATTUNGEN 238
9.1.2.4 OPTIMIERTE STRINGVERSCHALTUNG 240
9.1.3 ANLAGENDIMENSIONIERUNG MIT SIMULATIONSPROGRAMMEN 240
9.1.3.1 WECHSELRICHTER-AUSLEGUNGSTOOLS 240
9.1.3.2 SIMULATIONSPROGRAMME FUER PHOTOVOLTAIKANLAGEN 240
9.2 WIRTSCHAFTLICHKEIT VON PHOTOVOLTAIKANLAGEN 243
9.2.1 DAS ERNEUERBARE-ENERGIEN-GESETZ 243
9.2.2 RENDITEBERECHNUNG 243
9.2.2.1 EINGANGSGROESSEN 243
9.2.2.2 AMORTISATIONSZEIT 244
9.2.2.3 OBJEKTRENDITE 244
9.2.2.4 RENDITEERHOEHUNG DURCH EIGENVERBRAUCH DES SOLARSTROMS 246
9.2.2.5 WEITERE EINFLUSSGROESSEN 247
9.3 UEBERWACHUNG, MONITORING UND VISUALISIERUNG 247
9.3.1 METHODEN ZUR ANLAGENUEBERWACHUNG 247
9.3.2 MONITORING VON PV-ANLAGEN 248
9.3.2.1 SPEZIFISCHE ERTRAEGE 248
9.3.2.2 VERLUSTE 249
9.3.2.3 PERFORMANCE RATIO 250
9.3.2.4 KONKRETE MASSNAHMEN ZUM MONITORING 250
9.3.3 VISUALISIERUNG 251
IMAGE 9
INHALT 15
9.4 BETRIEBSERGEBNISSE VON KONKRETEN ANLAGEN 252
9.4.1 SCHRAEGDACHANLAGE AUS DEM JAHRE 1996 252
9.4.2 SCHRAEGDACHANLAGE AUS DEM JAHRE 2002 254
9.4.3 FLACHDACHANLAGE AUS DEM JAHRE 2008 255
M AUSBLICK 257
10.1 POTENTIAL DER PHOTOVOLTAIK 257
10.1.1THEORETISCHES POTENTIAL 257
10.1.2TECHNISCH NUTZBARE STRAHLUNGSENERGIE 257
10.1.3TECHNISCHES STROMERZEUGUNGSPOTENTIAL 259
10.1.4PHOTOVOLTAIK VERSUS BIOMASSE 260
10.2 EFFIZIENTE FOERDERINSTRUMENTE 261
10.3 PREISENTWICKLUNG 262
10.4 UEBERLEGUNGEN ZUR ZUKUENFTIGEN ENERGIEVERSORGUNG 264
10.4.1BISHERIGE ENTWICKLUNG DER ERNEUERBAREN ENERGIEN 264
10.4.2BETRACHTUNG UNTERSCHIEDLICHER ZUKUNFTS SZENARIEN 264
10.4.3 OPTIONEN ZUR SPEICHERUNG VON ELEKTRISCHER ENERGIE 266
10.4.4ANFORDERUNGEN AN DIE NETZE 269
10.5 FAZIT. 270
M UBUNGSAUFGABEN 271
MANHANG 281
12.1 CHECKLISTE ZU PLANUNG, INSTALLATION UND BETRIEB EINER
PHOTOVOLTAIKANLAGE 281
12.2 IM BUCH VERWENDETE ABKUERZUNGEN 283
12.3 PHYSIKALISCHE KONSTANTEN/MATERIALPARAMETER 284
12.4 LITERATUR 285
12.5 WEITERFUEHRENDE INFORMATIONEN ZUR PHOTOVOLTAIK 293
INDEX 295 |
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| Exemplar 2 | ausleihbar Verfügbar Bestellen |