Photovoltaik

Eine Präsentation von Kevin Oelert und Marcelo Angelo Azevedo .

Gliederung:1.Allgemeines zu Photovoltaik2.Was ist eigentlich Photovoltaik?3.Aufbau und Funktionsweise einer Solarzelle 4.Gibt es unterschiedliche Solarzellen?5.Was ist der Wirkungsgrad?6.Photovoltaik gegenüber anderen Energiequellen7.Kosten/Nutzen/Rentabilität8.Quellen

1.Allgemeines zu Photovoltaik•Der Name setzt sich

aus dem lateinischen Begriff für Licht und dem Namen des Physikers Alessandro Volta zusammen.•1839 entdeckte Alexandre Edmond Becquerel den photoelektrischen Effekt und legte damit den Grundstein für die Photovoltaik•Er stellte fest, dass der Strom zwischen einer Platin-Anode und –Kathode bei Licht geringfügig größer war als im Dunkeln.

Alessandro Volta

Alexandre Edmond Becquerel

2.Was ist eigentlich Photovoltaik?•Umwandlung von Lichtenergie (Photonenenergie der Sonne) in elektrische Energie.•Die entstandene Gleichspannung wird mit einem so genannten „Zerhacker“ (Wechselrichter) in Wechselspannung umgewandelt.•Entweder wird die elektrische Energie direkt verwendet oder, wie im Regelfall, ins öffentliche Stromnetz eingespeist.

3.Aufbau und Funktionsweise von Solarzellen:3.1.Aufbau

•95% aller Solarzellen bestehen aus Silizium•Silizium wird aus Quarzsand gewonnen•Silizium ist das zweithäufigste Element der Erdrinde•Hoher Energiebedarf zur Erschmelzung von

Reinkristallen.

=> =>

QuarzsandSilizium Fertige Solarzelle

3.2.Funktionsweise•Um Elektrizität zu erzeugen muss ein Strom von einem positiv geladenen Pol zu einem negativ geladenen Pol fließen.•Besteht aus einer positiv und einer negativ „dotierten“ Lage.•Silizium-Schicht mit Phosphorüberzug ist positiv geladen.•Silizium-Schicht mit Borüberzug ist negativ geladen.•Silizium dient nur als Transportmedium.•Fällt Licht auf die Zelle entsteht eine Spannung zwischen diesen beiden Schichten,welche an den Polen entnommen werden.

Analogschema zur Funktionsweise einer Solarzelle

4.Gibt es unterschiedliche Solarzellen?•Unterscheiden sich im ihrem Wirkungsgrad.•Haben unterschiedliche Preise.•Haben unterschiedliche Herstellungsmethoden.

Wirkungsgrad ca. 8%Ein Träger mit einer sehr dünnen Silizium-Schicht.Produktion im Druckverfahren.Altern mit der Zeit.

Amorphe Module Polykristalline ModuleMonokristalline Module

Wirkungsgrad ca. 13%Blockverbund aus vielen kleinen Kristallen.Bessere Direktlichteigenschaften alsmonokristalline Module.Zellränder stören den Elektronenfluss.

Wirkungsgrad ca. 15%Bestehen aus einem Silizium-Kristall.Sind sehr aufwendig in der Herstellung.Bessere Schwachlichteigenschaftenals polykristalline Module.

5.Was ist der Wirkungsgrad?•Das Verhältnis von der Strahlungsenergie der Sonne zur erzeugten Energie des Solarmoduls.•Sonneneinstrahlung in Deutschland etwa 1000kW/m²•Auf eine Solarzelle von 10cm² fallen daher 10Watt. Eine Solarzelle kann je nach ihrer Leistung 0,8-1,5Watt wieder abgeben,das entspricht einem Wirkungsgrad von 8-15%.•Scheint die Sonne nur halb so stark, verringert sich auch die Leistung um die Hälfte.

5.1.Mögliche Verbesserungen•Oberflächenstrukturierung - z.B. Aufbau der Zelloberfläche in Pyramidenstruktur, damit das einfallende Licht mehrfach auf die Oberfläche trifft.•Neue Materialien - z.B. Galliumarsenid (GaAs),Cadmiumtellurid (DdTe) oder Kupfer-Indium Diselenid (CulnSe2).•Nachführungen - Die Modulfläche folgt im Tagesverlauf der Sonne. - Kann um eine oder zwei Achsen gedreht werden. - Jahresausbeute kann um 30% gesteigert werden.

<=Pyramidenstruktur

Beispiele für Nachführungssystem

5.2.Was verschlechtert den Wirkungsgrad und wo liegen seine Grenzen?

•Lichtquanten (Photonen) haben nicht genügend Energie, um weiter Ladungsträger zu „aktivieren“.•Ein gewisser Teil Photonen-Überschussenergie wird nicht in elektrischen Strom umgewandelt, sondern in Wärme.•Abschattung der Zelloberfläche (durch die Kontaminierung

mit Schmutz, Laub und Schattenwurf).•Reflexion an der Zelloberfläche.•Begrenztes Strahlungsspektrum.•Elektrische Widerstandsverluste im Halbleiter und in den Anschlussleitungen.•Materialverunreinigungen•Kristalldefekte

Daraus ergibt sich ein maximaler Wirkungsgrad von 28%.

6.Photovoltaik im Vergleich mit andere Energiequellen

VorteileVorteile NachteileNachteile-keinkein

BrennstoffverbrauchBrennstoffverbrauch

- wetterabhängig- wetterabhängig

-umweltfreundlich umweltfreundlich

(kein CO² Ausstoß)(kein CO² Ausstoß)

-hoher hoher LeistungsbedarfLeistungsbedarf

erfordert große erfordert große FlächenFlächen

- verschleißarm- verschleißarm

- gut integrierbar- gut integrierbar

- gute - gute ErweiterbarkeitErweiterbarkeit

Fazit:Photovoltaik bietet relativ viele Vorteile und hat nur geringe Nachteile.

7.Kosten/Nutzen/Rentabilität•Es ist mit Kosten von 4700€-5600€ für eine Anlage mit 1kW/h zu rechnen. Stand: 2005.•Für zusätzliche Versicherungen können jährlich ca. 70€ anfallen.•Die durchschnittliche Lebensdauer einer Photovoltaikanlage beträgt 30-40 Jahre.•Nach ca. 5 Jahren hat man die Anschaffungskosten erwirtschaftet.•Finanzierung ohne Eigenkapital möglich.•Deckung der gesamten Stromkosten

Fazit:Photovoltaik rentiert sich für jedermann.

8.Quellen

•http://www.projekt-sonne.de/?gclid=CPyDt5fDjZ4CFRAEZgod3iIEoA•http://de.wikipedia.org/wiki/Geschichte_der_Photovoltaik•http://www.sonne-nrw.de/Dokumente/2006.06.21+Vortrag+PV+allgemein.pdf•http://www.photovoltaik- information.de/static/3/Grundlagen+der+Photovoltaik.html•http://www.matech.at/index.aspx?url=http://www.matech.at/beitraege/ zeigeBeitragEinzeln.aspx?beitragNr=2004526164829548•http://www.gymnasium-borghorst.de/physikwozu/solarzelle/solar.htm•http://www.f09.fh-koeln.de/imperia/md/content/institut_tga/fachschaft/ grundstudium/elektrotechnik/photovoltaik.pdf•http://www.solarserver.de/wissen/photovoltaik.html#nat

Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit