Photovoltaic Electricity Generation Part 1

1. Photovoltaic ElectricityPhotovoltaic Electricity
GenerationGeneration
Part IPart I
N.K.BANSALN.K.BANSAL

2. ContentsContents
• Photovoltaic in GermanyPhotovoltaic in Germany
• Solar cellsSolar cells
-- MonocrystallineMonocrystalline
- Polycrystalline- Polycrystalline
- Amorphous- Amorphous
- Thin film cells- Thin film cells
• Installation and INtegrationInstallation and INtegration
• Operation typeOperation type
-- Grid connectedGrid connected
-- Grid-ParallelGrid-Parallel
--DecentralizedDecentralized

3. Development of PV markets in GermanyDevelopment of PV markets in Germany
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
ZubauinMWpp.a.
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Zubau bisher Prognose
Quelle: IGS, TU-Braunschweig

4. Photovoltaik - „Lichtblick“ von Dietmar LundszienPhotovoltaik - „Lichtblick“ von Dietmar Lundszien
Bei 10 000 000 °C
verschmilzt im
Sonneninneren
Wasserstoff zu
Helium...
... 4 000 000 000 000
000 000 000 Photonen
treffen pro Sekunde
auf 1 m² Solarmodul
und erzeugen ebenso
viele Ladungsträger...
... Die 200 000 000-fache
Groß-Kraftwerksleistung macht
sich mit 300 000 000 m/s auf
den 150 000 000 km langen
Weg zur Erde...
... damit kocht sich
Herr Müller 1 Tasse
Kaffee.
Quelle:Photon1/1999

5. What is a Solar Cell ?What is a Solar Cell ?

6. ……and What is a Solar Module?and What is a Solar Module?

7. ……and a Solar Generator?and a Solar Generator?

8. Solar Cell – Solar Module – Solar GeneratorSolar Cell – Solar Module – Solar Generator
Solarzelle
Fläche: 100 cm²
Spannung: 0,5 Volt
Strom: 3,0 Ampere
Leistung: 1,5 Watt
Solarzelle
Fläche: 100 cm²
Spannung: 0,5 Volt
Strom: 3,0 Ampere
Leistung: 1,5 Watt
Solarmodul
36 Solarzellen
Spannung: 18 Volt (36 * 0,5 V)
Strom: 3 Ampere
Leistung: 54 Watt (36 * 1,5 W)
Solarmodul
36 Solarzellen
Spannung: 18 Volt (36 * 0,5 V)
Strom: 3 Ampere
Leistung: 54 Watt (36 * 1,5 W)
Solargenerator
18 Solarmodule
Spannung: 108 Volt (6 * 18 V)
Strom: 9 Ampere (3 * 3 A)
Leistung: 972 Watt (18 * 54 W)
Solargenerator
18 Solarmodule
Spannung: 108 Volt (6 * 18 V)
Strom: 9 Ampere (3 * 3 A)
Leistung: 972 Watt (18 * 54 W)
Typische Werte für
Standardtestbedingungen:
•Einstrahlung G = 1000 W/m²
•Zellentemperatur T= 25°C
•Air Mass AM = 1,5

9. Solar Cell TypesSolar Cell Types
Kristallines Silizium Dünnschichtzelle
monokristalline
Siliziumzelle
polykristalline
Siliziumzelle
• amorphe Siliziumzelle
• Sonstige:
CIS, CdTe, GaAs, CuIn2
12-17% 10-14% amorph: 5-8%
sonstige: bis 12%
PolycryatallineMonocryatalline
Efficiency

10. Mono-CrystallineMono-Crystalline
Zur Herstellung wird ein einkristalliner
Siliziumstab aus einer Schmelze gezogen
und anschließend in dünne Scheiben
(Wafer) gesägt. Der Herstellungsprozess
bei der monokristallinen Technik ist
energetisch betrachtet am aufwendigsten.
Der Zellen- wirkungsgrad beträgt ca. 14 %.
Eine Wirkungsgradsteigerung ist durch die
Behandlung der Solarzellenoberfläche zu
erreichen. BP Solar hat die
Saturntechnologie entwickelt, die ebenfalls
auf der monokristallinen Technik basiert,
jedoch einen Zellenwirkungsgrad von
ca.16,5 % aufweist. Dies ist einerseits
durch die Verringerung der Kontaktfinker-
Fläche und andererseits durch eine
spezielle texturierten Oberfläche möglich.
Quelle: BP-Solar

11. Poly-CrystallinePoly-Crystalline
Das Arbeitspferd der Photovoltaik ist die
polykristalline Technologie, die derzeit einen
Marktanteil von 40% hält. Der
Herstellungsprozess dieser Technik ist,
verglichen mit dem Energieaufwand der
monokristallinen Technologie, nicht so
aufwendig. Es wird flüssiges Silizium in einer
Gussform kontrolliert abgekühlt, wobei eine
Vielzahl einzelner Kristalle entstehen. Der
abgekühlte Block wird anschließend
ebenfalls in dünne Scheiben (Wafer) gesägt
und zu Solarzellen weiterverarbeitet. Der
Zellenwirkungsgrad liegt bei ca. 12 %.
Quelle: BP-Solar

12. Coloured Solar CellsColoured Solar Cells

13. Photovoltaic – Efficiency of Solar CellsPhotovoltaic – Efficiency of Solar Cells
Zellentyp
Labor
[%]
Serienproduktion
[%]
monokristalline Siliziumzelle 28 18
polykristalline Siliziumzelle 17 15
amorphe Siliziumzelle a-Si 9 - 16 6 - 8
Kupfer-Indium-Selenid-Solarzelle CIS 17 10
Cadmium-Tellurid-Solarzelle CdTe 15 -
Graetzel-Zelle 8 -

14. Roof InstallationRoof Installation

15. Installation on the RoofInstallation on the Roof

16. Roof Frame for PV-GeneratorRoof Frame for PV-Generator

17. PV: CablesPV: Cables

18. Flat Roof InstallationFlat Roof Installation

19. Flat Roof InstallationFlat Roof Installation

20. Reihenabstand
Photovoltaik - SchwerlastverankerungPhotovoltaik - Schwerlastverankerung
Quelle:BundesamtfürKonjunkturfragen:PACERPVDachmontagesysteme
78
Solarmod
ul
Stahlkonsole
Betonelement
e
115
245
13
0
30
3
0
98,7
3 x Höhe
Höhe
β
Allgemeines
Komponenten
Beispiele
Förderung
Technische
Grundlagen
Integration
h
3 h

21. Free Ground InstallationFree Ground Installation

22. FaccadeFaccade

23. Cold FaccadeCold Faccade
Oberer
Fassadenanschluss
Unterer
Fassadenanschluss
Photovoltaik-Modul

24. Warm FaccadeWarm Faccade
Photovoltaik-Modul
Kaltfassade -
Unterer
Fassadenabschluss
Kaltfassade -
Oberer
Fassadenabschluss
Kaltfassade
Riegelschnitt
Photovoltaik-Modul
Photovoltaik-Modul

25. Decentralized SystemsDecentralized Systems

26. Grid Connected SystemsGrid Connected Systems

27. Parallel Grid OperationParallel Grid Operation

28. Insel-OperationInsel-Operation
12/24 Volt

29. Insel SystemsInsel Systems

30. Shading ElementsShading Elements

31. Photovoltaic as Sun ShadesPhotovoltaic as Sun Shades
Verschattungslamellen
mit Photovoltaik-
Modulen
Verschattungslamellen
mit holografisch-
optischen
Elementen
Quelle: IGS, TU-Braunschweig

32. Further ShadingFurther Shading
TaubendreckTaubendreck
Verschmutzung am unteren RandVerschmutzung am unteren Rand
Verschattung durch Bäume, Gebäude etc.Verschattung durch Bäume, Gebäude etc.

33. Orientation of PV - ModulesOrientation of PV - Modules
Ertrag einer Solarzelle in Prozent des
Maximalwertes und in Abhängigkeit von
der Neigung und Orientierung,
bezogen auf ein Jahr
Quelle: IGS, TU-Braunschweig

34. Solar Fraction on VariousSolar Fraction on Various
OrientationsOrientations
Quelle: RWE

35. Inclination and Orientation of PV-Inclination and Orientation of PV-
GeneratorsGenerators
Influence ofInfluence of
inclination andinclination and
orientation of a solarorientation of a solar
PV modulePV module
Influence ofInfluence of
inclination andinclination and
orientation of a solarorientation of a solar
PV modulePV module
Quelle: RWE

36. Energy gain from a 50 Watt-ModuleEnergy gain from a 50 Watt-Module
Daily energy
production from
a 50 W modules
in various
months
Daily energy
production from
a 50 W modules
in various
months
Quelle: ISET

37. Poly-crystalline and amorphous cellsPoly-crystalline and amorphous cells