Fotovoltaik Grundlagen

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FotovoltaikGrundlagen
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Inhalt

• Einführung
• Prinzip der Fotovoltaikanlage
• Aufbau und Funktion der Solarzelle
• Aufbau des Solarmoduls
• Technische Werte des Solarmoduls
• PV-Generator
• Aufbau u. Funktion des Wechselrichters
• Technische Daten des Wechselrichters
• Solarladeregler
• Solarakkumulator
• Quellenangaben
• Impressum

Solarlexikon
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Aufbau und Funktion der Solarzelle
Das Funktionsprinzip der Solarzelle Aus Sicht
der Anwender ist eine Solarzelle ein flächiges
Gebilde mit zwei elektrischen Anschlüssen. Fällt
Licht auf die Vorderseite der Solarzelle, baut
sich zwischen den Anschlüssen eine Spannung U
von ca. 0,5 V auf, mit der man einen Strom I
durch einen Lastwiderstand R treiben kann. Die
elektrische Energie wächst proportional zur
Intensität der Sonneneinstrahlung, wobei etwa 15
der Energie, die im Licht steckt, in elektrische
Energie umgewandelt werden kann. Der Rest erwärmt
die Solarzelle und wird an die Umgebung
abgegeben. Pro Quadratdezimeter Zellenfläche
können bei maximaler Sonneneinstrahlung in
unserer Region von 1000W/m2 bis zu 2.5 Ampere
Solarstrom und damit ca. 1.5 W elektrische
Spitzenleistung erwartet werden. Über 95 aller
auf der Welt produzierten Solarzellen bestehen
aus dem Halbleitermaterial Silizium(Si). Silizium
bietet den Vorteil, dass es als zweithäufigstes
Element der Erdrinde in ausreichenden Mengen
vorhanden und die Verarbeitung des Materials
relativ umweltverträglich ist.
Effizienz
Zur Herstellung von Solarzellen werden 0,3 mm
dünne Scheiben aus einem Siliziumblock heraus
gesägt. Je nach angewandtem Verfahren besteht
dieser Block aus einem einzigen Kristall (aus
flüssigem Silizium gezogen). Daraus gefertigte
Solarzellen werden daher monokristalline
Solarzellen genannt.
Bei einem anderen Verfahren ergibt sich bei der
Erstarrung des flüssigen Siliziums eine
Eisblumenstruktur aus vielen kleineren
Kristallen. Daraus gefertigte Zellen werden als
polykristallin bezeichnet.
Eine kostengünstige Alternative sind sogenannte
Dünnschichtzellen, da sie nur extrem wenig
Halbleitermaterial benötigen. Die photoaktive
Halbleiterschicht wird hierbei auf eine
Glasscheibe aufgedampft und mit einer zweiten
Glasscheibe abgedichtet. Dieser Zellentyp wird
heutzutage vor allem bei Kleingeräten
(Taschenrechner o. ä.) angewendet.
Aufgaben
Funktion einer Siliziumsolarzelle
Licht- u. Temperaturabhängigkeit
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Aufbau und Funktion des Wechselrichters
Der Solarwechselrichter, auch Inverter genannt,
wandelt die Gleichspannung der PV-Module in
Einphasen- oder Dreiphasenwechselspannung um.
Trafolose Wechselrichter speisen die Energie
über eine Glättungsdrossel ins Versorgungsnetz.
Sie benötigen entweder eine Eingangsgleichspannu
ng, die über dem Spitzenwert der gewünschten
Wechselspannung liegen muss oder sie arbeiten mit
einem sog. Hochsetzsteller. Wechselrichter mit
Trafo trennen Gleich- und Wechselspannungsseite
galvanisch. Trafo-Wechselrichter werden in
Inselanlagen, die oft mit 12VDC oder 24VDC
arbeiten, verwendet, wenn auch 230V-Geräte
betrieben werden sollen. Der Wirkungsgrad
trafoloser Wechselrichter, wenn sie ohne
Hochsetzsteller auskommen, ist meist höher, als
bei Ausführungen mit Trafo.
Funktionsweise Die von den Modulen kommende
Energie wird in einem Pufferkondensator
gespeichert. Die Gleichspannung bzw. der
Gleichstrom wird danach in einem
mikroprozessorgesteuerten und netzgeführten
Einphasen (oder Dreiphasenwechselrichter), der
meist mit Schalttransistoren (IGBT oder MOS-FET)
arbeitet, in PWM-modulierte, sinusangenäherte
Wechselspannung umgeformt. Die folgende Drossel
sorgt für einen weitgehend sinusförmigen Strom in
den Transformator. Dort wird die Spannung auf ca.
230V transformiert und über das Netzrelais
phasenrichtig der Netzspannung zugeschaltet. Ein
Netzfilter verhindert, dass unzulässig hohe
Störspannungen ins Netz gelangen. Für
Wartungszwecke kann die PV-Anlage mit dem
Netzschalter freigeschaltet werden.
Aufgaben 1
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Solarladeregler
Inselsysteme zur Stromversorgung arbeiten oft
auch auf der Verbraucherseite mit Gleichstrom.
Die Energie, die der Solargenerator liefert ist
allerdings starken Schwankungen unterworfen.
Deshalb wird zur Pufferung ein Solarakku
eingesetzt, der vom Generator geladen wird.
Übliche Spannungswerte sind 12V oder 24V. Um ein
Überladen und die Tiefentladung des Akkus zu
vermeiden, benötigt man einen entsprechenden
Laderegler. Zur Bereitstellung von 230VAC, falls
erforderlich, wird ein Wechselrichter mit Trafo
eingesetzt.
Arten von Solarladeregler Laderegler legt man
auf den maximal möglichen Strom aus, den der
PV-Generator liefern kann. Er sollte ungefähr
gleich groß sein, wie der maximale Strom, mit dem
der Verbraucher den Regler belasten darf. Es gibt
prinzipiell 2 Typen von Reglern. Shuntregler, die
bei einer Generator-Nennspannung von ca. 15V für
12V-Anlagen betrieben werden können, schließen
nach Erreichen der Ladeschlussspannung den
Solar-generator kurz. Während der Dauer des
Kurzschlusses fließt kein Ladestrom mehr. Regler
mit Maximum Power Point Tracking (MPPT) sind
teurer, ihre Effizienz ist aber höher. Die
erforderliche Solargeneratorspannung muss für
12V-Systeme allerdings bei 20 bis 24V liegen.
Beispiel Shunt-Laderegler
Beispiel MPPT-Laderegler
Aufgaben
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Impressum
Autor Klaus-Peter WagnerHoföschle 1187439
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