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Photovoltaik: Lehrbuch zu Grundlagen, Technologie und Praxis

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Bibliographic Details
Main Author:	Mertens, Konrad 1963- (Author)
Format:	Book
Language:	German
Published:	München Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag [2018]
Edition:	4., aktualisierte Auflage
Subjects:	Fotovoltaik Fotovoltaikanlage ELEK2018 erneuerbare Energien Halbleiter Ökologie Photovoltaikanlage solar Solarenergie Solarzelle Lehrbuch
Online Access:	Inhaltsverzeichnis
Physical Description:	383 Seiten Illustrationen, Diagramme, Karten 24 cm
ISBN:	9783446448636 3446448632

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adam_text	INHALT [ * EINFUEHRUNG..................................................................................... 19 1.1 EINLEITUNG............................................................................................................ 19 1.1.1 WOZU PHOTOVOLTAIK?.................................................................................. 19 1.1.2 FUER WEN IST DIESES BUCH GEDACHT?............................................................ 20 1.1.3 AUFBAU DES BUCHES................................................................................... 20 1.2 WAS IST ENERGIE?.................................................................................................. 21 1.2.1 DEFINITION DER ENERGIE.............................................................................. 21 1.2.2 EINHEITEN DER ENERGIE.............................................................................. 23 1.2.3 PRIMAER-, SEKUNDAER- UND ENDENERGIE ...................................................... 23 1.2.4 ENERGIEINHALTE VERSCHIEDENER STOFFE........................................................ 24 1.3 PROBLEME DER HEUTIGEN ENERGIEVERSORGUNG ...................................................... 25 1.3.1 WACHSENDER ENERGIEBEDARF ..................................................................... 25 1.3.2 VERKNAPPUNG DER RESSOURCEN ................................................................. 26 1.3.3 KLIMAWANDEL............................................................................................. 27 1.3.4 GEFAEHRDUNG UND ENTSORGUNG................................................................... 29 1.4 ERNEUERBARE ENERGIEN ........................................................................................ 30 1.4.1 DIE FAMILIE DER ERNEUERBAREN ENERGIEN................................................. 30 1.4.2 VOR- UND NACHTEILE VON ERNEUERBAREN ENERGIEN..................................... 31 1.4.3 BISHERIGE ENTWICKLUNG DER ERNEUERBAREN ENERGIEN ............................... 32 1.5 PHOTOVOLTAIK - DAS WICHTIGSTE IN KUERZE............................................................ 32 1.5.1 WAS BEDEUTET PHOTOVOLTAIK? ................................................................. 32 1.5.2 WAS SIND SOLARZELLEN UND SOLARMODULE?................................................. 33 1.5.3 WIE IST EINE TYPISCHE PHOTOVOLTAIKANLAGE AUFGEBAUT?............................. 33 1.5.4 WAS BRINGT EINE PHOTOVOLTAIKANLAGE? .................................................. 34 1.6 GESCHICHTE DER PHOTOVOLTAIK ............................................................................. 35 1.6.1 WIE ALLES BEGANN...................................................................................... 35 1.6.2 DIE ERSTEN ECHTEN SOLARZELLEN ................................................................. 36 1.6.3 FROM SPACE TO EARTH................................................................................ 38 1.6.4 VOM SPIELZEUG ZUR ENERGIEQUELLE............................................................ 38 \| Q STRAHLUNGSANGEBOT DER SONNE ..................................................... 41 2.1 EIGENSCHAFTEN DER SOLARSTRAHLUNG...................................................................... 41 2.1.1 SOLARKONSTANTE......................................................................................... 41 2.1.2 SPEKTRUM DER SONNE................................................................................. 42 2.1.3 A IRM ASS.................................................................................................... 43 2.2 GLOBALSTRAHLUNG................................................................................................... 44 2.2.1 ENTSTEHUNG DER GLOBALSTRAHLUNG.............................................................. 44 2.2.2 BEITRAEGE VON DIFFUS- UND DIREKTSTRAHLUNG............................................... 45 2.2.3 GLOBALSTRAHLUNGSKARTEN ........................................................................... 47 2.3 BERECHNUNG DES SONNENSTANDES......................................................................... 48 2.3.1 SONNENDEKLINATION .................................................................................. 48 2.3.2 BERECHNUNG DER BAHN DER SONNE ............................................................ 51 2.4 STRAHLUNG AUF GENEIGTE FLAECHEN.......................................................................... 53 2.4.1 STRAHLUNGSBERECHNUNG MIT DEM DREIKOMPONENTENMODELL .................. 53 2.4.1.1 DIREKTSTRAHLUNG........................................................................... 54 2.4.1.2 DIFFUSSTRAHLUNG........................................................................... 55 2.4.1.3 REFLEKTIERTE STRAHLUNG.................................................................. 56 2.4.2 STRAHLUNGSABSCHAETZUNG MIT DIAGRAMMEN UND TABELLEN ....................... 57 2.4.3 ERTRAGSGEWINN DURCH NACHFUEHRUNG........................................................ 59 2.5 STRAHLUNGSANGEBOT UND WELTENERGIE VERBRAUCH ................................................. 60 2.5.1 DER SOLARSTRAHLUNGS-ENERGIEWUERFEL.......................................................... 60 2.5.2 DAS SAHARA-WUNDER................................................................................. 61 GRUNDLAGEN DER HALBLEITERPHYSIK ................................................. 64 3.1 AUFBAU VON HALBLEITERN...................................................................................... 64 3.1.1 BOHRSCHES ATOMMODELL........................................................................... 64 3.1.2 PERIODENSYSTEM DER ELEM ENTE ................................................................ 66 3.1.3 AUFBAU DES SILIZIUMKRISTALLS .................................................................... 67 3.1.4 VERBINDUNGSHALBLEITER.............................................................................. 67 3.2 BAENDERMODELL DES HALBLEITERS ........................................................................... 68 3.2.1 ENTSTEHUNG VON ENERGIEBAENDERN ............................................................ 68 3.2.2 UNTERSCHEIDUNG IN ISOLATOREN, HALBLEITER UND LEITER............................. 69 3.2.3 EIGENLEITUNGSDICHTE ................................................................................. 70 3.3 LADUNGSTRANSPORT IN HALBLEITERN....................................................................... 71 3.3.1 FELDSTROEME................................................................................................ 71 3.3.2 DIFFUSIONSSTROEME...................................................................................... 73 3.4 DOTIERUNG VON HALBLEITERN ................................................................................ 74 3.4.1 N-DOTIERUNG............................................................................................ 74 3.4.2 P-DOTIERUNG............................................................................................ 75 3.5 DER PN-UEBERGANG............................................................................................... 75 3.5.1 PRINZIPIELLE WIRKUNGSWEISE...................................................................... 76 3.5.2 BAENDERDIAGRAMM DES PN-UEBERGANGS ..................................................... 77 3.5.3 VERHALTEN BEI ANGELEGTER SPANNUNG........................................................ 79 3.5.4 DIODEN-KENNLINIE .................................................................................... 80 3.6 WECHSELWIRKUNG VON LICHT MIT HALBLEITERN ...................................................... 81 3.6.1 PHAENOMEN DER LICHTABSORPTION ............................................................. 81 3.6.1.1 ABSORPTIONSKOEFFIZIENT ............................................................... 82 3.6.1.2 DIREKTE UND INDIREKTE HALBLEITER................................................ 83 3.6.2 LICHTREFLEXION AN OBERFLAECHEN................................................................ 85 3.6.2.1 REFLEXIONSFAKTOR ......................................................................... 85 3.6.2.2 ANTIREFLEXBESCHICHTUNG............................................................... 86 AUFBAU UND WIRKUNGSWEISE DER SOLARZELLE................................. 90 4.1 BETRACHTUNG DER PHOTODIODE.............................................................................. 90 4.1.1 AUFBAU UND KENNLINIE ............................................................................. 90 4.1.2 ERSATZSCHALTBILD....................................................................................... 91 4.2 FUNKTIONSWEISE DER SOLARZELLE ........................................................................... 92 4.2.1 PRINZIPIELLER AUFBAU................................................................................ 92 4.2.2 REKOMBINATION UND DIFFUSIONSLAENGE ..................................................... 93 4.2.3 WAS PASSIERT IN DEN EINZELNEN ZELLBEREICHEN? ....................................... 94 4.2.4 BACK-SURFACE-FIELD................................................................................... 96 4.3 PHOTOSTROM......................................................................................................... 96 4.3.1 ABSORPTIONSWIRKUNGSGRAD....................................................................... 97 4.3.2 QUANTENWIRKUNGSGRAD............................................................................ 98 4.3.3 SPEKTRALE EMPFINDLICHKEIT....................................................................... 98 4.4 KENNLINIE UND KENNGROESSEN................................................................................ 99 4.4.1 KURZSCHLUSSSTROM/ K ................................................................................ 101 4.4.2 LEERLAUFSPANNUNG ............................................................................. 101 4.4.3 MAXIMUM POWER POINT (MPP) ................................................................. 101 4.4.4 FUELLFAKTOR FF............................................................................................ 102 4.4.5 WIRKUNGSGRAD R) ....................................................................................... 102 4.4.6 TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER SOLARZELLE .................................................. 103 4.5 ELEKTRISCHE BESCHREIBUNG REALER SOLARZELLEN..................................................... 105 4.5.1 VEREINFACHTES MODELL............................................................................... 105 4.5.2 STANDARD-MODELL (EIN-DIODEN-MODELL) .................................................. 105 4.5.3 ZWEI-DIODEN-MODELL............................................................................... 106 4.5.4 BESTIMMUNG DER PARAMETER DES ERSATZSCHALTBILDES .............................. 107 4.6 BETRACHTUNGEN ZUM WIRKUNGSGRAD .................................................................... 110 4.6.1 SPEKTRALER WIRKUNGSGRAD.......................................................................... 110 4.6.2 THEORETISCHER WIRKUNGSGRAD................................................................... 114 4.6.3 VERLUSTE IN DER REALEN SOLARZELLE............................................................... 115 4.6.3.1 OPTISCHE VERLUSTE......................................................................... 115 4.6.3.2 ELEKTRISCHE VERLUSTE .................................................................... 118 4.7 HOCHEFFIZIENZZELLEN ............................................................................................ 119 4.7.1 BURIED-CONTACT-ZELLE ............................................................................... 119 4.7.2 PUNKTKONTAKT-ZELLE (IBC-ZELLE) ............................................................... 120 4.7.3 PERL- UND PERC-ZELLE............................................................................. 121 ZELLENTECHNOLOGIEN........................................................................123 5.1 HERSTELLUNG KRISTALLINER SILIZIUM-ZELLEN ............................................................ 123 5.1.1 VOM SAND ZUM SILIZIUM........................................................................... 123 5.1.1.1 HERSTELLUNG VON POLYSILIZIUM ..................................................... 123 5.1.1.2 HERSTELLUNG VON MONOKRISTALLINEM SILIZIUM .............................. 125 5.1.1.3 HERSTELLUNG VON MULTIKRISTALLINEM SILIZIUM .............................. 126 5.1.1.4 HERSTELLUNG VON QUASIMONOKRISTALLINEM SILIZUM ...................... 127 5.1.2 VOM SILIZIUM ZUM WAFER.......................................................................... 127 5.1.2.1 WAFERHERSTELLUNG ........................................................................ 127 5.1.2.2 WAFER AUS FOLIENSILIZIUM ............................................................ 128 5.1.3 HERSTELLUNG VON STANDARD-SOLARZELLEN.................................................... 129 5.1.4 HERSTELLUNG VON SOLARMODULEN ............................................................... 131 5.2 ZELLEN AUS AMORPHEM SILIZIUM.......................................................................... 133 5.2.1 EIGENSCHAFTEN VON AMORPHEM SILIZIUM................................................... 133 5.2.2 HERSTELLUNGSVERFAHREN.............................................................................. 134 5.2.3 AUFBAU DER PIN-ZELLE................................................................................. 135 5.2.4 STAEBLER-WRONSKI-EFFEKT ........................................................................... 136 5.2.5 STAPELZELLEN.............................................................................................. 138 5.2.6 KOMBIZELLEN AUS MIKROMORPHEM MATERIAL ............................................. 139 5.2.7 INTEGRIERTE SERIENVERSCHALTUNG ................................................................ 140 5.3 WEITERE DUENNSCHICHTZELLEN................................................................................. 142 5.3.1 CIS-ZELLEN................................................................................................. 142 5.3.2 ZELLEN AUS CADMIUM-TELLURID.................................................................. 145 5.4 HYBRIDE WAFERZELLEN............................................................................................ 147 5.4.1 KOMBINATION VON C-SI UND A-SI (HIT-ZELLE) ............................................. 148 5.4.2 STAPELZELLEN AUS III/V-HALBLEITERN........................................................... 149 5.5 SONSTIGE ZELLENKONZEPTE .................................................................................... 149 5.5.1 FARBSTOFFSOLARZELLE................................................................................... 150 5.5.2 ORGANISCHE SOLARZELLE ............................................................................. 150 5.5.3 PEROWSKIT-SOLARZELLE................................................................................ 151 5.6 KONZENTRATORSYSTEME.......................................................................................... 151 5.6.1 PRINZIP DER STRAHLUNGSBUENDELUNG .......................................................... 151 5.6.2 WAS BRINGT DIE KONZENTRATION?................................................................ 152 5.6.3 BEISPIELE VON KONZENTRATORSYSTEMEN..................................................... 153 5.6.4 VOR- UND NACHTEILE VON KONZENTRATORSYSTEMEN..................................... 154 5.7 OEKOLOGISCHE FRAGESTELLUNGEN ZUR ZELLEN- UND MODULHERSTELLUNG .................... 154 5.7.1 UMWELTAUSWIRKUNGEN BEI HERSTELLUNG UND BETRIEB ............................... 154 5.7.1.1 BEISPIEL CADMIUM-TELLURID........................................................ 155 5.7.1.2 BEISPIEL SILIZIUM ......................................................................... 155 5.7.2 VERFUEGBARKEIT DER MATERIALIEN.............................................................. 156 5.7.2.1 SILIZIUM....................................................................................... 156 5.7.2.2 CADMIUM-TELLURID ..................................................................... 156 5.7.2.3 CIS............................................................................................... 157 5.7.2.4 III/V-HALBLEITER........................................................................... 158 5.7.3 ENERGIERUECKLAUFZEIT UND ERNTEFAKTOR ...................................................... 158 5.8 ZUSAMMENFASSUNG............................................................................................ 161 SOLARMODULE UND SOLARGENERATOREN............................................164 6.1 EIGENSCHAFTEN VON SOLARMODULEN ..................................................................... 164 6.1.1 SOLARZELLENKENNLINIE IN ALLEN VIER QUADRANTEN ....................................... 164 6.1.2 PARALLELSCHALTUNG VON ZELLEN................................................................... 165 6.1.3 REIHENSCHALTUNG VON ZELLEN.................................................................... 166 6.1.4 EINSATZ VON BYPASSDIODEN....................................................................... 167 6.1.4.1 REDUZIERUNG VON VERSCHATTUNGSVERLUSTEN................................. 167 6.1.4.2 VERMEIDUNG VON HOTSPOTS......................................................... 169 6.1.5 TYPISCHE KENNLINIEN VON SOLARMODULEN................................................. 172 6.1.5.1 VARIATION DER BESTRAHLUNGSSTAERKE .............................................. 172 6.1.5.2 TEMPERATURVERHALTEN................................................................. 173 6.1.6 SONDERFALL DUENNSCHICHTMODULE............................................................. 174 6.1.7 BEISPIELE VON DATENBLATTANGABEN .......................................................... 176 6.2 VERSCHALTUNG VON SOLARMODULEN....................... 177 6.2.1 PARALLELSCHALTUNG VON STRINGS................................................................... 177 6.2.2 WAS PASSIERT BEI VERKABELUNGSFEHLERN? .................................................. 177 6.2.3 VERLUSTE DURCH MISMATCHING................................................................... 178 6.2.4 SCHLAUE VERSCHALTUNG BEI VERSCHATTUNG.................................................. 179 6.3 GLEICHSTROM-KOMPONENTEN ............................................................................... 181 6.3.1 PRINZIPIELLER ANLAGENAUFBAU..................................................................... 181 6.3.2 GLEICHSTROMVERKABELUNG.......................................................................... 182 6.4 ANLAGENTYPEN....................................................................................................... 184 6.4.1 FREILANDANLAGEN........................................................................................ 185 6.4.2 FLACHDACHANLAGEN ................................................................................... 187 6.4.3 SCHRAEGDACHANLAGEN.................................................................................. 188 6.4.4 FASSADENANLAGEN...................................................................................... 190 6.4.5 SCHWIMMENDE ANLAGEN ........................................................................... 191 Q SYSTEMTECHNIK NETZGEKOPPELTER ANLAGEN.....................................193 7.1 SOLARGENERATOR UND L AST..................................................................................... 193 7.1.1 WIDERSTANDSLAST........................................................................................ 193 7.1.2 DC/DC-WANDLER...................................................................................... 194 7.1.2.1 IDEE.............................................................................................. 194 7.1.2.2 TIEFSETZSTELLER.............................................................................. 195 7.1.2.3 HOCHSETZSTELLER........................................................................... 197 7.1.3 MPP-TRACKER............................................................................................. 199 7.2 AUFBAU NETZGEKOPPELTER ANLAGEN....................................................................... 200 7.2.1 EINSPEISEVARIANTEN.................................................................................. 200 7.2.2 ANLAGENKONZEPTE ..................................................................................... 201 7.3 AUFBAU VON WECHSELRICHTERN.............................................................................. 203 7.3.1 AUFGABEN DES WECHSELRICHTERS ................................................................ 203 7.3.2 NETZGEFUEHRTE UND SELBSTGEFUEHRTE WECHSELRICHTER.................................... 203 7.3.3 TRAFOLOSER WECHSELRICHTER......................................................................... 204 7.3.4 WECHSELRICHTER MIT NETZTRAFO................................................................... 206 7.3.5 WECHSELRICHTER MIT HF-TRAFO................................................................... 206 7.3.6 DREIPHASIGE EINSPEISUNG.......................................................................... 208 7.3.7 WEITERE SCHLAUE KONZEPTE....................................................................... 209 7.4 WIRKUNGSGRAD VON WECHSELRICHTERN................................................................... 210 7.4.1 UMWANDLUNGSWIRKUNGSGRAD................................................................... 210 7.4.2 EUROPAEISCHER WIRKUNGSGRAD .................................................................... 212 7.4.3 GESAMTWIRKUNGSGRAD ............................................................................... 214 7.4.4 SCHLAUES MPP-TRACKING........................................................................... 214 7.5 DIMENSIONIERUNG VON WECHSELRICHTERN............................................................ 214 7.5.1 LEISTUNGSDIMENSIONIERUNG...................................................................... 214 7.5.2 SPANNUNGSDIMENSIONIERUNG................................................................... 216 7.5.3 STROMDIMENSIONIERUNG.......................................................................... 217 7.6 ANFORDERUNGEN DER NETZBETREIBER ..................................................................... 217 7.6.1 VERMEIDUNG VON INSELBETRIEB ................................................................. 217 7.6.2 MAXIMALE EINSPEISELEISTUNG.................................................................... 219 7.6.3 BLINDLEISTUNGSBEREITSTELLUNG.................................................................... 220 7.7 SICHERHEITSASPEKTE.............................................................................................. 223 7.7.1 ERDUNG DES GENERATORS UND BLITZSCHUTZ................................................. 223 7.7.2 BRANDSCHUTZ ............................................................................................ 223 UM SPEICHERUNG VON SOLARSTROM ....................................................... 225 8.1 PRINZIP DER SOLARSTROMSPEICHERUNG................................................................... 225 8.2 AKKUMULATOREN................................................................................................... 226 8.2.1 BLEI-SAEURE-BATTERIE .................................................................................. 227 8.2.1.1 PRINZIP UND AUFBAU ............................................................... 227 8.2.1.2 TYPEN VON BLEIAKKUS................................................................... 229 8.2.1.3 AKKUKAPAZITAET.............................................................................. 231 8.2.1.4 SPANNUNGSVERLAUF....................................................................... 232 8.2.1.5 FAZIT ............................................................................................ 232 8.2.2 LADEREGLER................................................................................................. 232 8.2.2.1 SERIENREGLER ................................................................................ 233 5.2.2.2 SHUNTREGLER.................................................................................. 233 8.2.2.3 MPP-LADEREGLER ......................................................................... 234 8.2.2.4 PRODUKTBEISPIELE ........................................................................ 234 8.2.3 LITHIUM-IONEN-BATTERIE........................................................................... 235 8.2.3.1 PRINZIP UND AUFBAU.................................................................... 236 5.2.3.2 REAKTIONEN BEIM LADE- UND ENTLADEVORGANG ........................... 237 5.2.3.3 MATERIALKOMBINATIONEN UND ZELLSPANNUNG .............................. 238 8.2.3.4 SICHERHEITSASPEKTE ..................................................................... 239 8.2.3.5 LADEVERFAHREN ............................................................................ 239 8.2.3.6 BAUFORMEN ................................................................................. 240 8.2.3.7 LEBENSDAUER............................................................................... 241 5.2.3.8 EINSATZBEREICHE........................................................................... 242 8.2.3.9 FAZIT............................................................................................ 242 8.2.4 NATRIUM-SCHWEFEL-BATTERIE ..................................................................... 242 8.2.4.1 PRINZIP UND AUFBAU.................................................................... 242 5.2.4.2 BESONDERHEITEN DER HOCHTEMPERATUR-BATTERIE ........................ 243 5.2.4.3 NATRIUM-SCHWEFEL-BATTERIEN IN DER PRAXIS................................. 244 8.2.4.4 FAZIT............................................................................................ 245 8.2.5 REDOX-FLOW-BATTERIE................................................................................. 245 8.2.5.1 PRINZIP UND AUFBAU .................................................................... 245 5.2.5.2 VERHALTEN IM PRAKTISCHEN EINSATZ .............................................. 248 8.2.5.3 KONKRETE ANWENDUNGEN.............................................................. 249 8.2.5.4 FAZIT............................................................................................. 249 8.2.6 VERGLEICH DER VERSCHIEDENEN BATTERIETYPEN............................................ 250 8.3 SPEICHEREINSATZ ZUR ERHOEHUNG DES EIGENVERBRAUCHS........................................ 251 8.3.1 EIGENVERBRAUCH IN PRIVATHAUSHALTEN....................................................... 251 8.3.1.1 LOESUNG OHNE SPEICHER ................................................................ 251 8.3.1.2 LOESUNG MIT SPEICHER................................................................... 252 8.3.1.3 BEISPIELE VON SPEICHERSYSTEMEN................................................ 253 8.3.1.4 WAS KOSTET DIE SPEICHERUNG EINER KILOWATTSTUNDE? ................... 255 8.3.1.5 DAS SMART HOME ........................................................................ 256 8.3.2 EIGENVERBRAUCH IN GEWERBEBETRIEBEN.................................................... 257 8.3.2.1 BEISPIEL PRODUKTIONSBETRIEB....................................................... 257 8.3.2.2 BEISPIEL KRANKENHAUS.................................................................. 256 8.4 SPEICHEREINSATZ AUS SICHT DES N ETZES ................................................................ 258 8.4.1 PEAK-SHAVING DURCH SPEICHER.................................................................. 259 8.4.2 MARKTANREIZPROGRAMM FUER SOLARSPEICHER................................................ 259 8.5 INSELSYSTEME........................................................................................................ 262 8.5.1 PRINZIPIELLER AUFBAU................................................................................. 262 8.5.2 BEISPIELE VON INSELSYSTEMEN ................................................................... 263 8.5.2.1 SOLAR HOME SYSTEMS................................................................... 263 8.5.2.2 HYBRIDSYSTEME ............................................................................ 264 8.5.3 DIMENSIONIERUNG VON INSELANLAGEN........................................................ 266 8.5.3.1 ERFASSUNG DES STROMVERBRAUCHS ................................................. 266 5.5.3.2 DIMENSIONIERUNG DES PV-GENERATORS ........................................ 266 8.5.3.3 AUSWAHL DES AKKUS...................................................................... 269 PHOTOVOLTAISCHE MESSTECHNIK ...................................................... 271 9.1 MESSUNG SOLARER STRAHLUNG................................................................................. 271 9.1.1 GLOBALSTRAHLUNGSSENSOREN....................................................................... 271 9.1.1.1 PYRANOMETER............................................................................... 271 9.1.1.2 STRAHLUNGSSENSOREN AUS SOLARZELLEN .......................................... 273 9.1.2 MESSUNG VON DIREKT- UND DIFFUSSTRAHLUNG ............................................. 274 9.2 LEISTUNGSMESSUNG VON SOLARMODULEN............................................................... 275 9.2.1 AUFBAU EINES SOLARMODUL-LEISTUNGSPRUEFSTANDS..................................... 275 9.2.2 GUETEKLASSEN VON MODULFLASHERN ............................................................. 276 9.2.3 BESTIMMUNG DER MODULPARAMETER ........................................................ 277 9.3 PEAKLEISTUNGSMESSUNG VOR ORT........................................................................... 278 9.3.1 PRINZIP DER PEAKLEISTUNGSMESSUNG ......................................................... 278 9.3.2 MOEGLICHKEITEN UND GRENZEN DES MESSPRINZIPS ...................................... 279 9.4 THERMOGRAPHIE-MESSTECHNIK............................................................................ 280 9.4.1 PRINZIP DER INFRAROT-TEMPERATURMESSUNG .............................................. 280 9.4.2 HELL-THERMOGRAPHIE VON SOLARMODULEN ................................................. 281 9.4.3 DUNKEL-THERMOGRAPHIE........................................................................... 283 9.5 ELEKTROLUMINESZENZ-MESSTECHNIK ..................................................................... 284 9.5.1 MESSPRINZIP.............................................................................................. 284 9.5.2 BEISPIELE VON AUFNAHMEN........................................................................ 285 9.5.3 LOWCOST-OUTDOOR-ELEKTROLUMINESZENZ-UNTERSUCHUNGEN .................... 288 9.6 UNTERSUCHUNGEN ZUR SPANNUNGSINDUZIERTEN DEGRADATION (PID) .................... 290 9.6.1 ERKLAERUNG DES PID-EFFEKTES................................................................. 291 9.6.2 PRUEFUNG VON MODULEN AUF PID ................................................................ 292 9.6.3 EL-UNTERSUCHUNGEN ZU PID .................................................................... 294 9.7 STRING-DUNKELKENNLINIEN-TECHNIK...................................................................... 295 9.7.1 MOTIVATION............................................................................................... 295 9.7.2 MESSMETHODE........................................................................................... 296 9.7.3 DETEKTION VON PID ................................................................................... 296 9.7.4 DETEKTION VON DEFEKTEN BYPASSDIODEN UND ZELLVERBINDERN.................. 297 9.7.5 FAZIT.......................................................................................................... 300 M PLANUNG UND BETRIEB NETZGEKOPPELTER ANLAGEN...........................301 10.1 PLANUNG UND DIMENSIONIERUNG ......................................................................... 301 10.1.1 STANDORTWAHL........................................................................................... 301 10.1.2 VERSCHATTUNGEN........................................................................................ 302 10.1.2.1 VERSCHATTUNGSANALYSE ................................................................. 302 10.1.2.2 NAHVERSCHATTUNGEN.................................................................... 303 10.1.2.3 EIGENVERSCHATTUNGEN................................................................. 305 10.1.2.4 OPTIMIERTE STRINGVERSCHALTUNG .................................................. 306 10.1.3 ANLAGENDIMENSIONIERUNG MIT SIMULATIONSPROGRAMMEN ....................... 306 10.1.3.1 WECHSELRICHTER-AUSLEGUNGSTOOLS ............................................... 306 10.1.3.2 SIMULATIONSPROGRAMME FUER PHOTOVOLTAIKANLAGEN .................... 306 10.2 WIRTSCHAFTLICHKEIT VON PHOTOVOLTAIKANLAGEN..................................................... 309 10.2.1 DAS ERNEUERBARE-ENERGIEN-GESETZ......................................................... 309 10.2.2 RENDITEBERECHNUNG ................................................................................. 309 10.2.2.1 EINGANGSGROESSEN...................................................................... 310 10.2.2.2 AMORTISATIONSZEIT......................................................................... 310 10.2.2.3 OBJEKTRENDITE.............................................................................. 311 10.2.2.4 RENDITEERHOEHUNG DURCH EIGENVERBRAUCH DES SOLARSTROMS ....... 313 10.2.2.5 WEITERE EINFLUSSGROESSEN............................................................... 313 10.3 UEBERWACHUNG, MONITORING UND VISUALISIERUNG ................................................. 314 10.3.1 METHODEN ZUR ANLAGENUEBERWACHUNG ..................................................... 314 10.3.2 MONITORING VON PV-ANLAGEN..................................................................... 314 10.3.2.1 SPEZIFISCHE ERTRAEGE...................................................................... 314 10.3.2.2VERLUSTE........................................................................................ 316 10.3.2.3 PERFORMANCE RATIO...................................................................... 316 10.3.2.4 KONKRETE MASSNAHMEN ZUM MONITORING.................................... 317 10.3.3 VISUALISIERUNG.......................................................................................... 317 10.4 BETRIEBSERGEBNISSE VON KONKRETEN ANLAGEN....................................................... 318 10.4.1 SCHRAEGDACHANLAGE AUS DEM JAHRE 1996................................................... 318 10.4.2 SCHRAEGDACHANLAGE AUS DEM JAHRE 2002 ................................................... 320 10.4.3 FLACHDACHANLAGE AUS DEM JAHRE 2008 ..................................................... 321 Q L ZUKUENFTIGE ENTWICKLUNG ................................................................. 323 11.1 POTENTIAL DER PHOTOVOLTAIK.................................................................................. 323 11.1.1 THEORETISCHES POTENTIAL ........................................................................... 323 11.1.2 TECHNISCH NUTZBARE STRAHLUNGSENERGIE................................................... 323 11.1.3 TECHNISCHES STROMERZEUGUNGSPOTENTIAL ................................................. 325 11.1.4 PHOTOVOLTAIK VERSUS BIOMASSE.................................................................. 326 11.2 EFFIZIENTE FOERDERINSTRUMENTE............................................................................. 327 11.3 PREIS- UND VERGUETUNGSENTWICKLUNG..................................................................... 328 11.3.1 PREISENTWICKLUNG VON SOLARMODULEN....................................................... 328 11.3.2 ENTWICKLUNG DER EINSPEISEVERGUETUNG ..................................................... 330 11.4 ERNEUERBARE ENERGIEN IM HEUTIGEN STROMVERSORGUNGSSYSTEM......................... 331 11.4.1 STRUKTUR DER STROMERZEUGUNG.................................................................. 331 11.4.2 KRAFTWERKSARTEN UND REGELENERGIE.......................................................... 332 11.4.3 ZUSAMMENSPIEL AUS SONNE UND W IND.................................................... 333 11.4.4 EXEMPLARISCHE STROMPRODUKTIONSVERLAEUFE ............................................. 334 11.5 UEBERLEGUNGEN ZUR ZUKUENFTIGEN ENERGIEVERSORGUNG .......................................... 337 11.5.1 BETRACHTUNG UNTERSCHIEDLICHER ZUKUNFTSSZENARIEN................................ 337 11.5.2 OPTIONEN ZUR SPEICHERUNG VON ELEKTRISCHER ENERGIE .............................. 341 11.5.2.1 PUMPSPEICHERWERKE................................................................... 341 11.5.2.2 DRUCKLUFTSPEICHER....................................................................... 341 11.5.2.3 BATTERIESPEICHERUNG................................................................... 342 11.5.2.4 ELEKTROMOBILITAET ......................................................................... 342 11.5.2.5 WASSERSTOFF ALS SPEICHER ............................................................. 342 11.5.2.6POWER-TO-GAS: METHANISIERUNG .................................................. 343 11.5.3 ALTERNATIVEN ZUR SPEICHERUNG.............................................................. 344 11.5.3.1 AKTIVES LASTMANAGEMENT DURCH SMART GRIDS............................. 344 11.5.3.2 AUSBAU DES STROMNETZES............................................................ 344 11.5.3.3 BEGRENZUNG DER EINSPEISELEISTUNG ............................................. 344 11.5.3.4 EINSATZ FLEXIBLER KRAFTWERKE........................................................ 345 11.6 FAZIT.................................................................................................................. 345 UEBUNGSAUFGABEN............................................................................346 ANHANG............................................................................................357 13.1 EINFLUSS VON AUSRICHTUNG UND NEIGUNG AUF DIE JAHRESSTRAHLUNGSSUMME AN VERSCHIEDENEN STANDORTEN.................................................................................. 357 13.1.1 STANDORT HAMBURG................................................................................... 358 13.1.2 STANDORT MUENCHEN................................................................................... 359 13.1.3 STANDORT BERN........................................................................................... 360 13.1.4 STANDORT WIEN.......................................................................................... 361 13.1.5 STANDORT MARSEILLE................................................................................... 362 13.1.6 STANDORT KAIRO.......................................................................................... 363 13.2 CHECKLISTE ZU PLANUNG, INSTALLATION UND BETRIEB EINER PHOTOVOLTAIKANLAGE ...... 364 13.3 IM BUCH VERWENDETE ABKUERZUNGEN................................................................... 366 13.4 PHYSIKALISCHE KONSTANTEN/MATERIALPARAMETER ................................................. 367 LITERATUR................................................................................................... 369 INDEX 379
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