LF2.12 12. Photovoltaik

Question 1

Elektrischer Energiebedarf einer Person?

Answer 1

• ca. 1000 kWh/a (ohne Warmwasseraufbereitung)

- für diese wird nochmals mit 1000 kWh/a gerechnet

Question 2

Bestrahlungsstärke am äussersten Rand der Erdatmosphäre (Solarkonstante)

Answer 2

1’367 W/m2

Question 3

Bestrahlungsstärke bei klarem Himmel im Mittelland

Answer 3

ca. 1’000 W/m2

Question 4

Gesamte eingestrahlte Energie pro Jahr im Mittelland?

Answer 4

• ca. 1’200 kWh/m2

Question 5

Neigungswinkel und Ausrichtung von Solarmodulen

Answer 5

• bester Wirkungsgrad bei senkrechter Einstrahlung
• im Sommer bei ca. 24° (Einstrahlung ca. 66°)
• im Winter bei ca. 70° (Einstrahlung ca. 20°)

Question 6

Optimaler Neigungswinkel aus Erfahrung der letzten Jahrzehnte?

Answer 6

30° bis 40°

Question 7

Einbussen bei Abweichungen von der Südachse von ±45°

Answer 7

relativ klein => ca. 5%

Question 8

Air Mass (AM)

Answer 8

Verhältnis der aktuellen Weglänge der Solarstrahlung durch die Atmosphäre zum kürzesten Weg

Question 9

Auf was hat die Beschattung grossen Einfluss?

Answer 9

Auf die Leistung der Anlage => vermindert entsprechend den Energieertrag

Question 10

Welche 2 Solarzellen-Technologien werden meist unterschieden?

Answer 10

Kristallinen Solarzellen und Dünnschichtzellen

Question 11

Welches sind die 2 wichtigsten Photovoltaik-Technologien

Answer 11

Monokristallin und Polykristallin (Beide Silizium)

Question 12

2 Vorteile von Silizium?

Answer 12

• Zweithäufigstes Element der Erdkruste

- umweltverträglich

Question 13

Polykristalline Zellen

Answer 13

• aus Siliziumschmelze wird ein Block gegossen => viele kleine Kristalle
• blau getöntes Muster
• meiste Anwendung => preisgünstig
• Modulwirkungsgrad bis ca. 18%

Question 14

Monokristalline Zellen

Answer 14

• Impfkristalle werden für die Herstellung benötigt => ein quaderförmiger Block
• blauschwarze Oberfläche
• höchster Wirkungsgrad => teuer
• Modulwirkungsgrad bis ca. 22%

Question 15

Aufbau und Funktion einer Solarzelle

Answer 15

Die Zelle hat an ihrer Oberfläche eine lichtdurchlässige Schicht sowie zwei elektrisch entgegengesetzt dotierte Schichten (pn-Schicht). Treffen nun Photonen (Lichtteilchen) auf die Solarzelle, so entsteht ein innerer Photoeffekt. Die zugeführte Lichtenergie wird im Kristall- gitter absorbiert, wodurch Ladungsträger (freie Elektronen) freigesetzt werden. Dabei wandern die Elektronen zur
n- Schicht und die Löcher zur p-Schicht. Die n-Schicht wird infolge negativ und die p-Schicht positiv geladen.

Question 16

Wann wird die maximale Nennleistung (Wp) einer Solarzelle abgegeben?

Answer 16

• bei einer Ein-strahlungsleistung von 1’000 W/m2 bei senkrechtem Lichteinfall
• bei einer Zellentemperatur von 25°C
• bei einer Luftmasse von AM=1.5
  Man spricht dabei von den Standart Test Bedingungen (STC).

Question 17

STC

Answer 17

Standart Test Bedingungen

Question 18

Degradation

Answer 18

Alterungsbedingte Rückgang des Wirkungsgrades von

Solarzellen im Laufe ihres Lebens (Bis zu 25 Jahren).

Question 19

3 Ursachen für nachlassende Wirkungsgrade bei Solarmodulen

Answer 19

• Verschmutzung der Modulgläser
• Veralgung (“Verpilzen”) speziell beim Modulrahmen
• Vergilbung des Einbettungsmaterials

Question 20

MPP

Answer 20

Maximum Power Point: maximal mögliche Leistung bei einem Strom-Spannungs-Zustand (UNenn * INenn)

Question 21

MPPT

Answer 21

Maximum Power Point Tracker:

• eingebaut in Wechselrichtern
• Erkennung des max. Leistungspunktes
• regelt Stromfluss, dass die Leistung immer maximal ist

Question 22

Füllfaktor FF

Answer 22

• Quotient aus der maximalen Leistung und dem Produkt aus Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom (FF=UNennINenn / U0IK)
• je grösser FF, desto höher der Wirkungsgrad der Zelle
• bei kristallinen Zellen: 0.75 - 0.85

Question 23

Smart Module

Answer 23

• jedes Modul erreicht den MPP
• ideal bei Beschattung einzelner Module
• Abschaltung der DC-Leitung bei Fehler
• ein fixer Spannungswert kann eingestellt werden

Question 24

Die Leerlaufspannung U0 eines Moduls wird bei sinkender Temperatur…?

Answer 24

grösser

Question 25

Wie entsteht ein Solargenerator?

Answer 25

Durch das Zusammenschalten der Module zu seriellen Strängen und diese miteinander parallel gekoppelt

Question 26

Was geschieht bei zu wenig oder zu viel in Serie geschalteten Modulen?

Answer 26

Der Wechselrichter trennt sich automatisch vom Netz

Question 27

Was geschieht bei Beschattung einzelner Module?

Answer 27

Der Strom eines Modulstrangs wird in erster Linie durch den Strom des schwächsten Solarmoduls bestimmt.

Question 28

Was macht eine Bypass-Diode?

Answer 28

Bei Beschattung eines Moduls wird der Strom durch die Diode umgeleitet. Das Modul wird so nicht zum Verbraucher und wird nicht warm (Schutz vor Hotspot)

Question 29

Was macht eine Strangdiode und Strangsicherung?

Answer 29

Werden im Solargenerator benötigt, wenn der Strom bei Parallelschalten mehrerer Stränge grösser als die Rückstrombelastbarkeit der Module wird (Sicherung: IN*1.7)

Question 30

Generatoranschlusskasten GAK

Answer 30

Schnittstelle zwischen Solarzellenfeld und Wechselrichter

Question 31

Faustformel Abstand Solarmodule

Answer 31

Reihenabstand = 3 x Modulhöhe

Question 32

2 Anlagekonzepte

Answer 32

• Inselbetrieb

- netzgekoppelte Anlagen

Question 33

Wechselrichter ohne Trafo

Answer 33

• WR mit integrierter allstromsensitiver Fehlerstrom-Überwachungseinheit (RCMU) oder Einbau einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) auf der AC Seite vom Typ B ≤ 30 mA
• Vorteile: bessere Wirkungsgrad, leichter und kompakter, günstiger
• Nachteil: zusätzliche Schutzmassnahme erforderlich

Question 34

Wechselrichter mit Trafo

Answer 34

• Vorteil: einfache Erstellung der Sicherheit durch galvanische Trennung, hohe Ausfallsicherheit
• Nachteil: schlechterer Wirkungsgrad, höheres Gewicht und Grösse