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Description
(Text)
Alexander Liebram wurde 1987 in Nordhausen geboren und studierte an der Bauhaus-Universität Weimar den Bachelorstudiengang "Baumanagement". Seinen Masterabschluss erlangte er in regenerativer Energie und energieeffizientem Bauen an der Universität Kassel. Seitdem hat der Autor diverse berufliche Erfahrungen gesammelt: Er arbeitete u.a. in einem Ingenieurbüro mit Spezialisierung auf energetische Beratung, einem Generalunternehmen für hochwertigen Ladeninnenausbau und war weiterhin Teil eines internationalen Planungsteams in einem chinesischen Automotiveprojekt. Der Autor ist mittlerweile in das Familienunternehmen gewechselt, welches auf Elektrotechnik spezialisiert ist.
Das Interesse an der Photovoltaik und eigene durchgeführte PV Projekte führten zu seiner Veröffentlichung mit dem Ziel, Checklisten zu erstellen, die die Betreuung eines PV-Projektes von Standortanalyse bis Betrieb erleichtern. Das Ergebnis ist eine kompakte Einführung in die PV-Technik.
(Extract)
Textprobe:
Kapitel 3., Energieentstehung durch Sonnenlicht:
3.1, Strahlungsarten:
Licht besteht neben seinen Teilcheneigenschaften, aus einem breiten Spektrum einzelner Strahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge und Intensität. Der Mittelwert der Strahlungsintensität wird Solarkonstante genannt. Dieser Wert wird vereinfacht als konstant angesehen, obwohl er durch die unterschiedliche Entfernung zwischen Erde und Sonne im Laufe eines Jahres um 3,5% nach oben bzw. unten schwankt. Die Strahlung erfolgt in 3 Bereichen, dem optischen, dem ultravioletten und dem Infrarotbereich, wobei die höchste Strahlungsintensität im optischen Bereich vorliegt. Die Strahlungsintensität ist auf der Erde von verschiedenen Faktoren abhängig und im Gegensatz zum Weltraum nicht konstant. Abhängigkeiten entstehen durch die Jahreszeit, die Bewölkung, die geographische Lage und weitere Faktoren.
Die gesamte auf eine horizontale Fläche treffende Sonnenenergie wird Globalstrahlung genannt. Sie kann unterteiltwerden in direkte Strahlung und diffuse Strahlung. Diffuse Strahlung besitzt lange Wellenlängen und entsteht dadurch, dass das Licht von der Erdoberfläche reflektiert wird oder bzw. und an den Wolken gebrochen wird.
Direkte Strahlung besitzt demzufolge kurze Wellenlängen und trifft ohne Hindernisse auf der Oberfläche auf. Im europäischen Raum überwiegt die diffuse Strahlung, vor allem in den Wintermonaten besteht die Globalstrahlung hauptsächlich aus der diffusen. In den Sommermonaten ist das Verhältnis zwischen diffuser und direkter Strahlung etwa gleich groß.
Beide Strahlungsarten leisten ihren Beitrag zur Stromerzeugung, bei direkter Strahlung wird allerdings mehr Energie erzeugt. Doch da in unseren Breiten ein Jahresmittel von 50% diffuser Strahlung vorherrscht sind die Module technisch bestmöglich darauf abgestimmt.
3.2, Halbleiter:
Um den photoelektrischen bzw. photovoltaischen Effekt zu beschreiben ist es nötig vorher einige Informationen über Halbleiter zu geben.
Halbleiter sind weder reine Leiter wie Metalle, noch Isolatoren wie Kunststoffe, sie lassen den elektrische Strom gewissermaßen mit einem Widerstand durch. Der bekannteste und am meisten verwendete Halbleiter ist Silizium, er wird auch in der Elektronik häufig verwendet. Grund für den hohen Einsatz von Silizium sind die guten technologischen Eigenschaften, sowie das häufige Vorkommen, es ist das zweithäufigste chemische Element auf der Erde. Silizium kommt ausschließlich in gebundener Form im Quarz und Quarzsand vor.
3.3; Der innere Photoelektrischer Effekt:
Wesentlich zur direkten Umwandlung von Sonnenlicht in Strom ist der innere Photoelektrische Effekt, der durch Strahlungsenergie im Halbleiter abläuft. Durch Sonneneinstrahlung steigt die Temperatur und das Kristallgitter beginnt zu schwingen. Dabei lösen sich teilweise die negativ geladenen Elektronen aus den Valenzbindungen und es entsteht an dieser Stelle ein Loch. Dieses Loch wird als Defektelektron bezeichnet und stellt eine positive Ladung dar. Es wird sofort durch ein weiteres freigewordenes Elektron besetzt, wodurch an einer anderen Stelle ein Loch entsteht. Auch dieses wird wieder besetzt, es entsteht eine elektrische Leitfähigkeit.
Der in Abbildung 5 veranschaulichte Prozess läuft jedoch nur ab, wenn die Energie der Photonen größer ist als der Energie-Bandabstand, d.h. die Energie die nötig ist um das Elektron aus dem Valenzband in das Leitungsband zu heben. Das wiederum heißt, wenn eine bestimmte Lichtfarbe unterschritten wird und somit eine Grenzwellenlänge, kommt es nicht zum Herauslösen der Elektronen. Beim Silizium beträgt die Grenzwellenlänge g 1.117nm, was weißem Licht entspricht.
3.4, Umwandlung von Strahlung in Energie in Solarzellen:
3.4.1, Der pn-Übergang:
Es werden in einem PV-Modul zwei Schichten gebildet, und zwar eine positive (p) und eine negative (n), diese elektrischen Eigenschaften werden durch eine Dotierung erzielt. Silizium besitzt wie in Abb.
