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Photovoltaik

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by

Andrea Siedlok

on 7 September 2016

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Transcript of Photovoltaik

Thema : Photovoltaik
Name : Andrea, Frederike, Jana, Maria und Julia
Klasse : 10a
Beginn des Projektes : am 06.03.2014
Erdkundelehrer : Herr Löhmer

1. Unser Ziel
2. Definition
3. Wie funktioniert Photovoltaik?
4. Welche Voraussetzungen gibt es für die Benutzung?
4.1 Standorte
4.2 Kosten
5. Aktuelle Nutzung
6. Potential in Deutschland
7. Einsatzmöglichkeiten
8. Zukunftschancen

Unser Ziel ist es, euch das Thema ,,Photovoltaik,, zu erklären. Was ist Photovoltaik? Wie funktioniert das? und gibt es so etwas überhaupt schon? All das wollen wir euch näher bringen, sodass ihr am Ende unseres Vortrages, über die Photovoltaik gut Bescheid wisst!
Überblick
Ziel
Definition
Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Lichtenergie, die meist aus Sonnenlicht gewonnen wird, in elektrische Energie mit Hilfe von Solarzellen.
Der Begriff leitet sich vom dem griechischen Wort '' Licht '' und aus der Einheit für die elektrische Spannung, dem '' Volt '' ab.
Es handelt sich um einen Teilbereich der Solartechnik.
Welche Voraussetzungen gibt es für die Benutzung?
Aufstellmöglichkeiten
Standortbedingungen
Rechtliches

Die Aktuelle Nutzung
Potential in Deutschland
Einsatzmöglichkeiten
Zukunftschancen
Quellen
http://de.wikipedia.org/wiki/Photovoltaik
http://www.solaranlage-ratgeber.de/photovoltaik/photovoltaik-voraussetzungen
http://www.bayer-raach.de/br3/media/img/ausbeute_neigung.gif
http://www.photovoltaik.net
http://www.solar-tagebuch.de
http://www.solarstrom-photovoltaik.de
http://selbst-management.biz/wp-content/uploads/2013/10/albert-einstein.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c7/Max_Planck_1933.jpg
http://static.newworldencyclopedia.org/a/a3/Henri_Becquerel.jpg
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1905/lenard_postcard.jpg
https://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&cad=rja&uact=8&sqi=2&ved=0CDkQFjAB&url=http%3A%2F%2Fwww.halbleiter.org%2Fgrundlagen%2Fdotieren%2F&ei=gOk6U5zoDoHbtAbw5oGoCQ&usg=AFQjCNEUrfcqCyz1QaTQ66HtwRqH1BNCOg
https://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&sqi=2&ved=0CDkQFjAA&url=http%3A%2F%2Fde.wikipedia.org%2Fwiki%2FHalbleiter&ei=2uk6U_zuCsbRtAbdvIDYAw&usg=AFQjCNGYbHbQu-xzCZj7CxSi5a7wgJRI3g
https://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=7&cad=rja&uact=8&ved=0CFUQFjAG&url=http%3A%2F%2Fwww.halbleiter.org%2Fgrundlagen%2Fp-n%2F&ei=_-k6U7LRDoqitAan54G4BA&usg=AFQjCNGMCLsLi3K0MEusMCDFjoIGj1Kkdg
http://www.solaranlage.com/kosten-photovoltaikanlagen/kosten-pv-anlage-02-2013-700.jpg
http://www.augustin-haustechnik.de/images/pv.gif
http://www.solarstromerzeugung.de/uploads/pics/zukunft-photovoltaik.jpg
http://www.mobile-heizung.com/wp-content/uploads/2014/01/Photovoltaik-2013.jpg
Danke für eure Aufmerksamkeit
Die Kosten einer Photovoltaikanlage sind von vielen Faktoren abhängig. Der Hauptfaktor sind die Kosten für die Solarmodule. Dann kommen die Kosten für den Wechselrichter, die stromführenden Verbindungskabel (hochwertige Kupferkabel), der Stromzähler und die elektrotechnischen Arbeiten, sowie die Installation der Solaranlage auf dem Dach.
Es gibt verschiedene Arten von Solarmodulen - monokristalline, polykristalline oder Dünnschichtmodule.
Zwischen den verschiedenen Arten gibt es auch Preisunterschiede, weil jede Art ihr eigenes Herstellungsverfahren hat.
-Etwa 33GW wurden bisher installiert
-Ausbau möglich bis zu 70GW
-Jährlicher Ertrag liegt bei etwa durchschnittlich 900 kWh je kWp)

-Derzeit ist eine vollständige Elektrizitätsversorgung durch die Photovoltaik in Deutschland nicht möglich,aufgrund der großen tages- und jahrzeitlichen Schwankungen und damit verbundenen Speicherbedarf.
-In Gebieten wo die Sonne mehr und öfter scheint z.B. im Süden,ist die Energiegewinnung durch Photovoltaik höher.

Überall auf der Welt

Wo genau?
-mobile Anwendungen
-Anwendungen ohne Verbindung zum Stromnetz (Inselanlagen)

hshshs
Die Sonnenstrahlen scheinen auf das Solarpanel
Dort wird das Sonnenlicht in Strom umgewandelt
Der Strom fließt in den Laderegler
Von da aus fließt der Strom in das Akku wo die Sonnenenergie gespeichert wird
Vom Akku aus fließt der Strom in den Wechselrichter wo die Gleichspannung in Wechselspannung umgewandelt wird
Bei mir im Garten :)
Aufstellmöglichkeit
2. Flachdach
1. Schrägdach
3. Flächenanlagen
4. Gebäudeingrierte Photovoltaik
Kosten
Aufdach-Montage, Indach-Montage, komplette Übernahme der Dachfunktion
Ausrichtung, Neigung frei
A: ideal, kostengünstig
B: Landschaftsbild,Versiegelung

Fassadenbauten und Vordächer usw.
Standortbedingungen
Globalstrahlung


Dachneigung


Dachausrichtung


Verschattung
Benötige ich für die Photovoltaikanlage eine Baugenehmigung ?
-genaue Planung
-Schatten schrängt die Leistung ein
-Kamiene, Atennen, Baumstämme usw.
Globalstrahlung = direkte -und diffuse Strahlung

-direkter Weg auf die Erde gestreut absorbiert, nur ein Teil Sonnenstrahlung

- Süden-Norden,
- Sommer-Winter,
- gutes Wetter - schlechtes Wetter

- beeinflusst den Ertrag

- ideal wäre es wenn die Sonnenstrahlen im 90° Winkeln auf die Solarzellen fallen , für uns am besten ist ein Winkel zwischen 30° und 35°

- Jahres-Tagesverlauf nie konstant
( Schrägdach -> nie idealer Winkel)
Norden schrägerer Winkel

Süden Flacherer

- Süd Ausrichtung optimal

- alle Himmelsrichtungen bieten eine Möglichkeit für Photovoltaikanlagen , da z.B. diffuse Strahlung vorhanden ist .
Globalstrahlung
Dachneigung
Dachausrichtung
Verschattung
-1960er Jahren für die Raumfahrt als Energiequelle entwickelt
-Satelitten
Parkscheinautomaten
Wie funktioniert Photovoltaik?
Beispiel
Albert Einstein
Photovoltaikanlage
Häuser/Dächer und Feldern
Solarfahrzeuge
Solarflugzeuge
Solarleuchten
Zäune
Taschenrechner
Dient zur Energiegewinnung
-Als erneuerbare Energie werden Umwelt und Ressourcen geschont
-Geringe laufende Kosten nach der Installation
-Nutzbar bei geringer Sonneneinstrahlung
-Beitrag zur CO2-Emissionsminderung
-sehr geringer Wartungsbedarf

Die photaktive Schicht der Solarzelle besteht aus einem Halbleitermaterial (Silizium).
Die Leitfähigkeit nimmt mit zunehmender Temperatur zu und lässt sich durch das Einbringen von Fremdatomen (dotieren) gezielt beeinflussen.
Typische Halbleiter sind Germanium, Galliumarsenid und Silizium.
Silizium
Halbleiter
Silizium ist das meist vorhandenste elektropositivste Element in der Erde
Es ist ein Halbleitermaterial mit einem makanten metallischem Glanz und ist sehr spröde
Silizium hat in der Außenschale des Atoms vier Elektronen
In einer stabilen Kristallstruktur ist jedes Siliziumatom von vier Nachbar-Si-Atomen umgeben
Die regelmäßige Zuordnung der Si-Atome führt zu einer gitterförmigen Struktur, diese wird auch Kristallgitter genannt
Max Plancks
Alexander Bequerel
Philipp Lenard
Albert Einstein erhielt dafür 1921 den Nobelpreis.
E = h*v
Albert Einstein trug mit anderen Physikern zu Forschungsergebnissen und somit zur Weiterentwicklung bei.
Dotierung
Unter dem Begriff ,,Dotierung´´ versteht man die gezielte und gewollte ,,Verunreinigung´´ eines Materials mit einem Atom eines anderen Materials, das ein Bindungsatom mehr oder weniger hat.
Ein Halbleiter ist ein Material, das manchmal ein Leiter und manchmal ein Nichtleiter (Isolator) ist.
Das heißt, manchmal leitet dieses Material Strom und manchmal nicht.
Bändermodell
Bei
Leitern
liegen Valenzband und Leitungsband direkt nebeneinander, daher können die Elektronen sich frei bewegen und so im Leitungsband einen Strom erzeugen.
Bei
Nichtleitern
ist die Lücke zwischen den beiden Bändern zu groß um überwunden zu werden. Diese Stoffe leiten deswegen nicht
Bei
Halbleitern
ist die Lücke etwas kleiner und kann von den Elektronen durch thermische Anregung (also Wärme) überwunden werden. Je Wärmer es ist, desto mehr Elektronen schaffen den Sprung ins Leitungsband und leiten somit das Material besser.
Halbleiter in Solarzellen
Es sind Feststoffe, die unter bestimmten Bedingungen Strom leiten, unter anderen jedoch nicht.
Mit Hilfe der Dotierung werden die Solarazellen erst nutzbarer gemacht.
In der
oberen Schicht
wird ein Siliziumatom durch z.B ein
Phosphoratom
ersetzt. Phoshpor besitzt in der Außenschale fünf Elektronen.
Ein Elektron bleibt übrig und kann keine Paarbildung eingehen. Es hängt locker an dem Phosphoratom und löst sich bereits bei Zimmertemperatur.
n- Dotierung
p- Dotierung
Die untere Schicht wird mit z.B. Bor dotiert. Bor besitzt in der Außenschale drei Elektronen, die jeweils eine Paarbildung mit dem Silizium- Nachbar- Atom eingehen.
Für die vierte Bindung fehlt das Elektron. Diese Fehlstelle bezeichnet man als ,,Elektronenloch´´.
Schon bei Zimmertemperatur kann in das Loch von einem benachbarten Si-Atom ein Elektron ,,überspringen´´.
Die Leitfähigkeit des so dotierten Silizium beruht also auf der Beweglichkeit der positiv geladenen ,,Löcher´´.
p-n- Übergang
An der Berührungsstelle der Schichten mit p- und -n- Dotierung bildet sich der pn-Übergang.
Einige Elektronen geraten aus der n- dotierten Schicht in die p- dotierte Schicht. Sie ersetzten fehlende Elektronen in der Paarbildung.
Durch die Abwanderung wird eine gewisse Menge an negativer Ladung von der n- Schicht zur p- Schicht transportiert.
Es bleiben fest gebundene positive Ionen zurück.
Die Elektronen wandern in die Löcher und führen zu einem negativen Ladungsüberschuss.
Im Grenzbereich sind die beiden Schichten neutral.
Die n-dotierte Schicht ist positiv und die p- dotierte Schicht ist negativ aufgeladen.
Dieser Vorgang beschränkt sich jedoch auf eine dünne Grenzschicht, denn die zunehmend negative Ladung der angrenzenden p- Schicht behindert den weiteren Übertitt von freien Elektronen, weil gleichartige elektrische Ladungen sich abstoßen.
Im Grenzbereich bildet sich zwischen positiven und negativen Ladungsträgern ein elektrisches Feld.
Es fließt zur Zeit noch kein Strom, da die Ladungsträger örtlich fest gehalten sind.
Vorgang bei Lichtzufuhr
Bei einer Solarzelle ist die n- dotierte Schicht der Sonnenseite zugewandt.
Die n- dotierte Schicht wird sehr dünn gehalten, damit die energiegelandenen Photonen des Lichts, bis auf den pn-Übergang durchdringen können.
Durch die Lichteinstrahlung werden ständig Elektronen aus bestehenden Elektronenpaarenbindungen zwischen Siliziumatomen gelöst.
Es entstehen Elektronen und Löcher.
Die freiwerdenen Elektronen werden sofort in die n- dotierte Schicht transportiert und die Löcher in die umgekehrte Richtung.
Die p- Schicht lädt sich, durch den ausgelösten Elektronenmangel, positiv auf.
Schließt man nun den Stromkreis, so kommt es durch den außen angeschlossenen Leiter, zu einem Elektronenfluss und somit zu einem ladungsausgleich.
Solange die Lichtstrahlung besteht, kann ein elektrischer Strom fließen.
Ein Kontaktband aus Metall und vielen kleinen Kontaktfiger (Minuspol) ist auf der Obersite der Solarzelle angebracht.
Auf der Unterseite haftet eine durchgehende Metallschicht als Kontakt (Pluspol).
Die Metallfläche und das Kontaktband bilden die elektrischen Pole der Solarzellen.
Da die Leistung einer einzelnen Solarzelle nur gering ist, werden mehrere zu einem Solarmodul hintereinander geschaltet.
Gibt es unterschiedliche Solarmodule ?
Der Photoeffekt wurde im Jahre:
1839 von Alexander Bequerel entdeckt
1900 von Philipp Lenard näher untersucht
1905 verwendete die Idee der Energiequantisierung von Max Plancks für die Erklärung des Photoeffekts

Umwandlung von Licht in Strom
Albert Einstein erhielt dafür 1921 den Nobelpreis.
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