Photovoltaik Photovoltaik Vortrag für Vortrag für Energiearchitektur Energiearchitektur

Dresden Dresden

1. Einführung 2. Geschichte 3. Physik 4. Technologien 5. Marktübersicht 6. Kosten und Energieertrag 7. Gestalterische Möglichkeiten 8. Eigene Einschätzung und Entwicklung

z. Z. nur 1/1000 der Energie aus Solarzellen Vorbereitet sein für den großen Run

Lieber Module auf dem Dach als Aktien im Keller

[Keine Wahlwerbung ]

- Sonne strahlt jährlich das 15 000-fache des derzeitigen weltweiten Energie- verbrauchs ein

-1000 kWh Sonnenstrom = 700 kg CO2 erspart

-2008 – 94 Solarkraftwerke auf Dresdener Dächern (2,2 Mio kWh = 375 Erdum- rundungen mit Elektroauto )

-0,1% – 0,7 % aus Solarstrom -25 % der Dächer in Dresden für Solarstrom geeignet (bisher nur 0,1 % )

1. Einführung

2. Geschichte 2. Geschichte

18391839 – Entdeckung der Photovoltaischen – Entdeckung der Photovoltaischen Stromerzeugung durch Bequerel Stromerzeugung durch Bequerel

19571957 – Erste Si-Solarzellen für die Raumfahrt – Erste Si-Solarzellen für die Raumfahrt 70-er/ 80-er Jahre Autonome Kleinanwendungen (kleine 70-er/ 80-er Jahre Autonome Kleinanwendungen (kleine

Solarzellen – Taschenrechner u. a. ) Solarzellen – Taschenrechner u. a. ) Ab 90-erJahre großflächig und Kopplung an Netze (EEG Ab 90-erJahre großflächig und Kopplung an Netze (EEG

zirka doppelter Preis als kWh so kostet )zirka doppelter Preis als kWh so kostet )

2. Physik 2. Physik

Zeichnung vom pn-Übergang mit Elektronentrennung – HL Zeichnung vom pn-Übergang mit Elektronentrennung – HL

Meine Wahlpflichtfächer im Hauptdiplom: Meine Wahlpflichtfächer im Hauptdiplom:

1.1. Experimentelle Halbleiterphysik (HgCdTe ) Experimentelle Halbleiterphysik (HgCdTe )

2.2. Optik und Spektroskopie (Lumineszenz ) Optik und Spektroskopie (Lumineszenz )

Solarkonstante = 0,8 kW/ mSolarkonstante = 0,8 kW/ m2 2

– 2,5 kW/ m– 2,5 kW/ m2 2

Verschiedene Solarzellentypen absorbieren zum Teil Verschiedene Solarzellentypen absorbieren zum Teil

Unterschiedliche Wellenbereiche ! Unterschiedliche Wellenbereiche ! Tandem-Solarzellen Tandem-Solarzellen

Funktion der Solarzelle Funktion der Solarzelle

Interbandübergänge am p-n-Übergang Interbandübergänge am p-n-Übergang

Grundsätzlich mit Bor vordotiert – dann unter hoher Wärme Diffusion von Phosphor

Nutzbare Energie = 13 % (bis 18 %, bis 28 % physikalische Grenze, Nutzbare Energie = 13 % (bis 18 %, bis 28 % physikalische Grenze, Neuester Rekord in Australien bei 48 % Wirkungsgrad ) Neuester Rekord in Australien bei 48 % Wirkungsgrad ) Überschüssige Photonenenrgie der kurzwelligen Strahlung = 32 % Überschüssige Photonenenrgie der kurzwelligen Strahlung = 32 % Zu geringe Photonenenergie der lanwelligen Strahlung = 23 % Zu geringe Photonenenergie der lanwelligen Strahlung = 23 % Potenzialgefälle besonders in Raumladungszone = 20 % Potenzialgefälle besonders in Raumladungszone = 20 % Rekombination = 8,5 % Rekombination = 8,5 % Reflexion und Abschattung durch Frontkontakte = 3 % Reflexion und Abschattung durch Frontkontakte = 3 % Stromwärmeverluste 0,5 % Stromwärmeverluste 0,5 %

3. Technologien 3. Technologien

1. Monokristalline Zellen – aus Si-Wafern 1. Monokristalline Zellen – aus Si-Wafern Wirkungsgrad 16% bis 18% Wirkungsgrad 16% bis 18% 2. Polykristalline Zellen – aus Si-Blöcken 2. Polykristalline Zellen – aus Si-Blöcken Wirkungsgrad 13% bis 15% Wirkungsgrad 13% bis 15% 3. Dünnschichtzellen 3. Dünnschichtzellen 3.1 Amorphes Silizium 3.1 Amorphes Silizium 3.2 Kupfer-Indium-Diselenid-Zellen (CIS ) 3.2 Kupfer-Indium-Diselenid-Zellen (CIS ) 3.3. Kadmium-Tellurid-Zellen (CdTe ) 3.3. Kadmium-Tellurid-Zellen (CdTe )

HIT-Zelle amorphes Si Dünnschicht und Kristallinem Si HIT-Zelle amorphes Si Dünnschicht und Kristallinem Si Kugelsolarzellen Kugelsolarzellen Farbstoffzellen (ohne Si ) z. B. Titan-Dioxid Farbstoffzellen (ohne Si ) z. B. Titan-Dioxid (geringe Wirkungsgrade ) (geringe Wirkungsgrade )

Problem des Speicherns der Energie Problem des Speicherns der Energie Umwandlung in Wechselstrom Umwandlung in Wechselstrom

Wirkungsgrad im Labor – bzw. in der Serienproduktion Wirkungsgrad im Labor – bzw. in der Serienproduktion

Solarzellen Solarzellen Solarmodule Solarmodule PV-Anlage PV-Anlage Mehrere Solarzellen in Reihe schalten – Addition des StromesMehrere Solarzellen in Reihe schalten – Addition des Stromes Mehrere Solarzellen parallel schalten – Addition der Spannung Mehrere Solarzellen parallel schalten – Addition der Spannung

Oben Minuspol Oben Minuspol Unten Pluspol Unten Pluspol Vorne Glas Vorne Glas Hinten Kunststofffolie Hinten Kunststofffolie Verkapselungen Verkapselungen

Alterung von Solarzellen vorhanden, aber sehr gering Alterung von Solarzellen vorhanden, aber sehr gering

4. Marktübersicht4. Marktübersicht Große Produzenten: Große Produzenten: Q-Cells, Solarworld, Solarwatt, Arise, Sunfilm, Avanics u. v. a. Q-Cells, Solarworld, Solarwatt, Arise, Sunfilm, Avanics u. v. a. Viele kleine Installationsfirmen Viele kleine Installationsfirmen

Weltmarkt der Photovoltaik nach Einsatzbereichen Weltmarkt der Photovoltaik nach Einsatzbereichen

Netzgekoppelt 67 % Netzgekoppelt 67 % Netzunabhängig Industrieländer 8 % Netzunabhängig Industrieländer 8 % Netzunabhängig Entwicklungsländer 7 % Netzunabhängig Entwicklungsländer 7 % Kommunikationstechnik 7 % Kommunikationstechnik 7 % Konsumgüter 7 % Konsumgüter 7 % Solarkraftwerke > 100 kW 4 % Solarkraftwerke > 100 kW 4 %

Marktanteile der verschiedenen Zelltechnologien Marktanteile der verschiedenen Zelltechnologien

Polykristalline Si-Zellen 51,6 % Polykristalline Si-Zellen 51,6 % Monokristalline Si-Zellen 36,4 % Monokristalline Si-Zellen 36,4 %

Dünnschichttechnologien: Dünnschichttechnologien: Amorphe Si-Zellen 6,4 % Amorphe Si-Zellen 6,4 % Polykristallines Bandsilizium 4,7 % Polykristallines Bandsilizium 4,7 % Sonstige Dünnschichtzellen (CdTe, CIS ) Sonstige Dünnschichtzellen (CdTe, CIS )

5. Kosten und Energieertrag 5. Kosten und Energieertrag Simulationsprogramme vorhanden Simulationsprogramme vorhanden PV*Sol, SolEm, PV-Profit, SBS-Photovoltaik, PV-Kalk u. a. PV*Sol, SolEm, PV-Profit, SBS-Photovoltaik, PV-Kalk u. a. Umwandlung des erzeugten Gleichstromes in Wechselstrom für Umwandlung des erzeugten Gleichstromes in Wechselstrom für

Einspeisung Einspeisung Abhängig von Verschattung, Sonnenstrahlung, Winkel, Modul u. a. Abhängig von Verschattung, Sonnenstrahlung, Winkel, Modul u. a. Mit Wechselrichter – Solargenerator (Zusatzkosten ) Mit Wechselrichter – Solargenerator (Zusatzkosten ) Richtlinien für Bauen und Elektro beachten Richtlinien für Bauen und Elektro beachten Alterung sehr gering aber vorhanden Alterung sehr gering aber vorhanden Investitionen hat man nach zirka fünf Jahren wieder rein Investitionen hat man nach zirka fünf Jahren wieder rein Herstellergarantie bis 20 Jahre Herstellergarantie bis 20 Jahre

Einspeisevergütung in ct/ kWh lt. EEG Einspeisevergütung in ct/ kWh lt. EEG <30kW 30–100kW 100kW 1000kW >1000kW <30kW 30–100kW 100kW 1000kW >1000kW 2009 43 41 40 33 32 2009 43 41 40 33 32 2010 40 38 36 30 29 2010 40 38 36 30 29 In anderer Literatur andere Zahlen In anderer Literatur andere Zahlen Zum Vergleich bei DREWAG 20 ct pro kWh Zum Vergleich bei DREWAG 20 ct pro kWh

In unseren Breitengraden zirka 1 kW/ mIn unseren Breitengraden zirka 1 kW/ m22

1000 kWh Strom pro Jahr bei 10 m1000 kWh Strom pro Jahr bei 10 m2 2

4-Personen-Haushalt etwa 4000 kWh 4-Personen-Haushalt etwa 4000 kWh Pro kW-peak zirka 6000 Euro Pro kW-peak zirka 6000 Euro Zirka 1000 kWh pro kW-peak Zirka 1000 kWh pro kW-peak (zirka 22 000 Euro für 4 kWh-peak ) (zirka 22 000 Euro für 4 kWh-peak ) Anlage mit 5 kW-peak – ca. 5000 kWh Strom pro Jahr Anlage mit 5 kW-peak – ca. 5000 kWh Strom pro Jahr 30 – 40 Jahre Lebensdauer 30 – 40 Jahre Lebensdauer 20 – 25 Jahre Leistungsgarantie 20 – 25 Jahre Leistungsgarantie

6. Gestalterische Möglichkeiten6. Gestalterische Möglichkeiten

Kaltfassade – Solarzelle und Wand/ Dach sind getrennt/ Kaltfassade – Solarzelle und Wand/ Dach sind getrennt/ mehrschalig mit Hinterlüftung mehrschalig mit Hinterlüftung

Warmfassade – Solarzelle in Wand/ Dach integriert/ Warmfassade – Solarzelle in Wand/ Dach integriert/ geschlossene Außenhülle, beidseitig zugänglich geschlossene Außenhülle, beidseitig zugänglich (Solardachziegel ) (Solardachziegel )

Auf-Dach – In-Dach Auf-Dach – In-Dach

Baurecht, Normen, Richtlinien für Bauen und Elektro Baurecht, Normen, Richtlinien für Bauen und Elektro beachten beachten

Farben der Antireflexionsschicht: Farben der Antireflexionsschicht: GrünGrün, , GoldGold, , BraunBraun, , ViolettViolett (je heller desto mehr Wirkungsgrad geht verloren ) (je heller desto mehr Wirkungsgrad geht verloren )

Verschiedene Beispiele für Integration in Gebäuden Verschiedene Beispiele für Integration in Gebäuden

Energieautarkes Haus Energieautarkes Haus

mit Solarenergie mit Solarenergie Halbdurchsichtige Solarzelle

Buch zum Thema Bauen mit Solaranlagen

7. Eigene Einschätzung der 7. Eigene Einschätzung der Entwicklung Entwicklung

Recycling von alten Solarzellen Vorbereitet sein für den Run Keine schädlichen Emissionen – kein störender Lärm

wie bei Wind und Wasser Noch Entwicklungspotential in dieser Technologie, so

daß mit Verbesserungen des Wirkungsgrades zu rechnen ist - Aber auch abwarten für höhere Wirkungsgrade

Sonnenlicht ist unerschöpflich und kostenlos Durch staatliche Förderung preislich attraktiv Steuerliche Vorteile für gewerbliche Nutzung

Wissenswertes Wissenswertes

Zeitschriften: Zeitschriften: PhotonPhoton – Das Solarstrommagazin – Das Solarstrommagazin Sonne, Wind und WärmeSonne, Wind und Wärme – Das Branchenmagazin für – Das Branchenmagazin für

alle erneuerbaren Energien alle erneuerbaren Energien SonnenenergieSonnenenergie – Zeitschrift für erneuerbare Energien – Zeitschrift für erneuerbare Energien

und Energieeffizienz und Energieeffizienz Institut für Solarzellenforschung Hameln – ISFH Institut für Solarzellenforschung Hameln – ISFH PIP PIP – Progres in Photovoltaics – Progres in Photovoltaics Interessante Filme auf der Internetseite von Q-Cells Interessante Filme auf der Internetseite von Q-Cells

Weiterführende Literatur Weiterführende Literatur