LF2.12 12. Photovoltaik Flashcards
Elektrischer Energiebedarf einer Person?
- ca. 1000 kWh/a (ohne Warmwasseraufbereitung)
- für diese wird nochmals mit 1000 kWh/a gerechnet
Bestrahlungsstärke am äussersten Rand der Erdatmosphäre (Solarkonstante)
1’367 W/m2
Bestrahlungsstärke bei klarem Himmel im Mittelland
ca. 1’000 W/m2
Gesamte eingestrahlte Energie pro Jahr im Mittelland?
- ca. 1’200 kWh/m2
Neigungswinkel und Ausrichtung von Solarmodulen
- bester Wirkungsgrad bei senkrechter Einstrahlung
- im Sommer bei ca. 24° (Einstrahlung ca. 66°)
- im Winter bei ca. 70° (Einstrahlung ca. 20°)
Optimaler Neigungswinkel aus Erfahrung der letzten Jahrzehnte?
30° bis 40°
Einbussen bei Abweichungen von der Südachse von ±45°
relativ klein => ca. 5%
Air Mass (AM)
Verhältnis der aktuellen Weglänge der Solarstrahlung durch die Atmosphäre zum kürzesten Weg
Auf was hat die Beschattung grossen Einfluss?
Auf die Leistung der Anlage => vermindert entsprechend den Energieertrag
Welche 2 Solarzellen-Technologien werden meist unterschieden?
Kristallinen Solarzellen und Dünnschichtzellen
Welches sind die 2 wichtigsten Photovoltaik-Technologien
Monokristallin und Polykristallin (Beide Silizium)
2 Vorteile von Silizium?
- Zweithäufigstes Element der Erdkruste
- umweltverträglich
Polykristalline Zellen
- aus Siliziumschmelze wird ein Block gegossen => viele kleine Kristalle
- blau getöntes Muster
- meiste Anwendung => preisgünstig
- Modulwirkungsgrad bis ca. 18%
Monokristalline Zellen
- Impfkristalle werden für die Herstellung benötigt => ein quaderförmiger Block
- blauschwarze Oberfläche
- höchster Wirkungsgrad => teuer
- Modulwirkungsgrad bis ca. 22%
Aufbau und Funktion einer Solarzelle
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.
Wann wird die maximale Nennleistung (Wp) einer Solarzelle abgegeben?
- 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).
STC
Standart Test Bedingungen
Degradation
Alterungsbedingte Rückgang des Wirkungsgrades von
Solarzellen im Laufe ihres Lebens (Bis zu 25 Jahren).
3 Ursachen für nachlassende Wirkungsgrade bei Solarmodulen
- Verschmutzung der Modulgläser
- Veralgung (“Verpilzen”) speziell beim Modulrahmen
- Vergilbung des Einbettungsmaterials
MPP
Maximum Power Point: maximal mögliche Leistung bei einem Strom-Spannungs-Zustand (UNenn * INenn)
MPPT
Maximum Power Point Tracker:
- eingebaut in Wechselrichtern
- Erkennung des max. Leistungspunktes
- regelt Stromfluss, dass die Leistung immer maximal ist
Füllfaktor FF
- 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
Smart Module
- jedes Modul erreicht den MPP
- ideal bei Beschattung einzelner Module
- Abschaltung der DC-Leitung bei Fehler
- ein fixer Spannungswert kann eingestellt werden
Die Leerlaufspannung U0 eines Moduls wird bei sinkender Temperatur…?
grösser
Wie entsteht ein Solargenerator?
Durch das Zusammenschalten der Module zu seriellen Strängen und diese miteinander parallel gekoppelt
Was geschieht bei zu wenig oder zu viel in Serie geschalteten Modulen?
Der Wechselrichter trennt sich automatisch vom Netz
Was geschieht bei Beschattung einzelner Module?
Der Strom eines Modulstrangs wird in erster Linie durch den Strom des schwächsten Solarmoduls bestimmt.
Was macht eine Bypass-Diode?
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)
Was macht eine Strangdiode und Strangsicherung?
Werden im Solargenerator benötigt, wenn der Strom bei Parallelschalten mehrerer Stränge grösser als die Rückstrombelastbarkeit der Module wird (Sicherung: IN*1.7)
Generatoranschlusskasten GAK
Schnittstelle zwischen Solarzellenfeld und Wechselrichter
Faustformel Abstand Solarmodule
Reihenabstand = 3 x Modulhöhe
2 Anlagekonzepte
- Inselbetrieb
- netzgekoppelte Anlagen
Wechselrichter ohne Trafo
- 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
Wechselrichter mit Trafo
- Vorteil: einfache Erstellung der Sicherheit durch galvanische Trennung, hohe Ausfallsicherheit
- Nachteil: schlechterer Wirkungsgrad, höheres Gewicht und Grösse
