Mit welcher Gesamtleistung emittiert die Sonne im Mittel elektromagnetische Strahlung?
Wie kann dieser Wert annähernd berechnet werden?
Aus welchen Gründen und auf welchen Wert wird die Strahlungsintensität abgeschwächt?
Was ist die Gesamtstrahlung, die Globalstrahlung und die dirkete Strahlung?
-> Im Mittel emmitiert die Sonne mit einer Leistung von 63,5MW/m^2
-> Berechnung durch quadratisches Abstandsgesetzt:
-> Schwächung durch Absorptions und Streunungsverluste durch Gase und Aerosole. -> je nach Standort ergibt sich so ein Energieangebot von 800-2000 kWh/m^2*a
-> Gesamtstrhalung besteht aus Globalstrahlung un der vom Boden reflektierten Strahlung
-> Globalstrahlung setzt sich aus der direkten Strahlung der Sonne und der diffusen Himmelsstahlung zusammen
-> Dffuse Strahlung entsteht durch Steung, Absorption und RE-Emission
Wie ist eine Solarzelle aufgebaut?
-> Hauptbestandteil ist der Halbleiterwerkstoff Silizium
Halbleiter sind nur unter bestimmten äußeren Einwirkungen in der Lage Strom zu leiten ->wird genügend Energie zugeführt, so springen die Elektronen vom nichtleitenden Valenzband in das Leitungsband
Tritt bei Silizium auf wenn Photonen mit ausreichend Energie auf das Material treffen
-> reicht die Energie nicht aus, fallen die Elektronen zurück ins Valenzband
-> überschüssige Photonenenergie (Umgekehrt prop. zu Wellenlänge) wird in Form von Wärme freigesetzt
Was bedeutet dotieren? Welchen Einfluss hat das Dotieren auf die Funktion einer Solarzelle?
-> Fremdatome werden in den Siliziumkrtistall eingeführt, um die Elketronenanhebung aus dem Valenzband zu begünstigen
-> Unterscheidung zwischen negativen und positiven Dotierungen:
negative Dotierung: Fremdatom der V. Hauptgruppe, welche gegenüber dem Silizium Atom ein zusätzliches Elektron aufweisen
-> Elektron nur schwach an das Atom gebunden -> kann leicht in das Valenzband gehoben werden
positive Dotierung: Fremdatom der III. Hauptgruppe, die “Fehlstellen” von Elektronen im Kristallgitter werden “Elektronen-Löcher” genannt und bilden die Ladungsträger im positiven Halbleiter
-> Solarzelle besteht aus einem postiven und negativ dotiertem Bereich
-> Elektronen aus dem negativ Dotiertem Bereich diffunideren in den postiven Bereich und Löcher entgegengesetzt -> es bildet sich eine Potentialdifferenz zwischen den Beiden bereichen, genannt Raumladungszone
-> Elektronen, die innerhalb der Raumladungszone vom Valenz- in das Leitungsband gehoben werden, werden durch das anliegende Potenzial an einer Rekombination in das Valenzband gehindert und sammeln sich im Bereich des negativ dotierten Halbleiters
-> Elektronen werden über externen Leiter zurück in den p-dotierten bEreich zurückgeleitet -> Stromfluss -> Abreit
Was ist die U-I-Kennlinie?
Was ist der MPP?
-> zeigt die möglichen Betriebszustände einer PV-Zelle
-> gibt die Stromstärke in Abhänigkeit der Spannung an, weiterhin abhänig von der solaren Einstrahlung und der Modultemperatur
-> notwendig für die Ermittlung des Maximum Power Points (MPP)
-> MPP ist der Punkt auf der U-I-Kennlinie, bei dem das Maximum der Leistung der Zelle erreicht wird -> P = U*I
Der Füllfaktor (FF) gibt das Verhältnis aus P_MPP zu P ideal an:
(Mit Kurzschlussstrom und Leerlaufspannung)
Wie werden solarzellen miteinander verschalten?
Welche Rolle haben Rückstromdioden in Solarzellen?
keine Leistungsunterschiede durch Verschaltung
Rückstromdioden:
bei Abschaltung von Teilbereichen (z.B. durch Verschattung) liegt an der gesamten Zelle eine negative Spannung an
-> Zelle arbeitet dann nicht als Generator sonder als Verbraucher und setzt die Energie in Wärme um
-> dabei kann es zu Temperaturspitzen > 100°C kommen
-> Rückstromdioden verhindern den Aufbau einer negativen Spannung
Erkläre den allgemeinen Aufbau einer Photovoltaikanlage und deren Wirkungsgrad.
Solarmodule:
ab ca. 1 m^2 kann ins Netz eingespeichert werden
wichtige Kenngrößen: Peak-Leistung, Wirkungsgrad und Temperaturkoeffizient der Leistung -> werden unter standatisierten Laborbedingungen bestimmt
Wechselrichter:
Umwandlung von Gleichstrom in 50hz Wechselstrom
erheblicher Einfluss auf den Wirkungsgrad:
bei Volllast annähernd 100%
bei Teillast sinkt der Wirkungsgrad schnell ab
ermittelt den MPP durch Abtasten der U-I-Kennlinie
Wirkungsgrad:
Was ist das EEG und welchen Einfluss hat es auf die Energiewandlung durch Photovoltaikanlagen?
-> Hauptziel ist bis 2030 80% des Stroms aus EE bereit zu stellen
-> Höhe der Förderung abhänig von: Quelle des Stroms, Anlagengröße und Aufstellort
Betreiber von PV-Anlagen in, an und auf Gebäuden unter einer Leistung von 100kWp haben die Möglichkeit zwischen fester Vergütung und dem Marktprämienmodell (Mieterstromodell) zu wählen
feste Vergütung: Strommenge wird von Stromnetzbetreiber mit einer festen Summe vergütet (heute 10kWp -> 10ct/kwh Teil- und 13ct/kWh für Volleinspeisung)
Marktmodell: Betreiber verkauft den Strom über Händler an der Strombörse oder direkt an eine umliegende Privatperson
Förderungen gelten immer für 20 Jahre
Größere Anlagen (Freiflächen) müssen an Ausschreibungen teilnehmen -> Duchschnittlich angebotener Preis liegt heute bei 5,8ct/kWh
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