Physik photovoltaik mjj

Max JurischPhysik 9b Hr.Jakob

Photovoltaik (Solarzellen)

Inhalt

1. Allgemeines

2. Was ist Photovoltaik

3. Aufbau und Funktionsweise

4. Unterschiedliche Solarzellen?

5. Was ist der Wirkungsgrad?

6. Mögliche Verbesserungen7.Photovoltaik Pro/contra

1.Allgemeines zu Photovoltaik

Allessandro Volta

• Name setzt sich aus lat. für Licht und des Namen des physikers zusammen.
• 1839 entdeckte Alexandre Edmond Becquerel den photoelektrischen Effekt
• Albert Einstein bewies mit Hilfe der Quantentheorie die gleichzeitige Existenz des Lichtes sowohl als Welle als auch als Teilchen

Albert Einstein

2.Was ist Photovoltaik

• Umwandlung von Lichtenergie (Photonenenergie der Sonne) in elektrische Energie.

• Die entstandene Gleichspannung wird mit einem so genannten „Zerhacker“ (Wechselrichter) in Wechselspannung umgewandelt.
• Entweder wird die elektrische Energie direkt verwendet oder, wie im Regelfall, ins öffentliche Stromnetz eingespeist.

3. Aufbau und Funktionsweise von Solarzellen

3.1 Aufbau

• 95% aller Solarzellen bestehen aus Silizium
• Silizium wird aus Quarzsand gewonnen
• Silizium ist das zweithäufigste Element der Erdkruste.

• Hoher Energiebedarf zur Erschmelzung von Reinkristallen.

3.2 Funktionsweise

• Um Elektrizität zu erzeugen muss ein Strom von einem positiv geladenen Pol zu einem negativ geladenen Pol fließen.
• Besteht aus einer positiv und negativ dotierten Lage

• Silizium-Schicht mit Phosphorüberzug ist positiv geladen.
• Silizium-Schicht mit Borüberzug ist negativ geladen.
• Silizium dient nur als Transportmedium.
• Fällt Licht auf die Zelle entsteht eineSpannung zwischen diesen beiden Schichten, welche an den Polen entnommen werden kann.

4.Gibt es unterschiedliche Solarzellen?

PolykristallineWirkungsgrad ca. 13% Blockverbund aus vielen kleinen Kristallen.Bessere Direktlichteigenschaften als monokristalline Module. Zellränder stören den Elektronenfluss.

MonokrystallineWirkungsgrad ca. 15%Bestehen aus einem Silizium-Kristall. Sind sehr aufwendig in der Herstellung. Bessere Schwachlichteigenschafen als polykristalline Module.

Amorphe SolarzellenWirkungsgrad ca. 8% Ein Träger mit einer sehr dünnen Silizium-Schicht.Produktion im Druckverfahren. Altern mit der Zeit.

5.Was ist der Wirkungsgrad?

• Das Verhältnis von der Strahlungsenergie der Sonne zur erzeugten Energie des Solarmoduls.
• Sonneneinstrahlung in Deutschland etwa 1000kW/m²
• Eine Solarzelle kann je nach ihrer Leistung 0,8-1,5Watt wieder abgeben,das entspricht einem Wirkungsgrad von 8-15%.
• Scheint die Sonne nur halb so stark, verringert sich der Wirkungsgrad auch um die Hälfte.

6.1 Mögliche Verbesserungen

Oberflächenstrukturierung- z.B. Aufbau der Zelloberfläche in Pyramidenstruktur, damit das einfallende Licht mehrfach auf die Oberfläche trifft Neue Materialien - Z.B. Galliumarsenid (GaAs), Cadmiumtellurid (DdTe) oder Kupfer-Indium Diselenid (CulnSe2). •Nachführungen - Die Modulfläche folgt im Tagesverlauf der Sonne. -Jahresausbeute kann um 30% gesteigert werden.

Pyramidenstruktur

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6.2.Was verschlechtert den Wirkungsgrad und wo liegen seine Grenzen?

• Reflexion an der Zelloberfläche. Begrenztes Strahlungsspektrum.
• Elektrische Widerstandsverluste im Halbleiter und in den Anschlussleitungen.
• Materialverunreinigungen
• Kristalldefekte

• Lichtquanten (Photonen) haben nicht genügend Energie, um weiter Ladungsträger zu „aktivieren".
• Ein gewisser Teil Photonen-Überschussenergie wird nicht in elektrischen Strom umgewandelt, sondern in Wärme.
• Abschattung der Zelloberfläche (durch die Kontaminierung mit Schmutz, Laub und Schattenwurf).

DARAUS ERGIBT SICH EIN MAXIMALER WIRKUNGSGRAD VON 22%

Contra

Pro

1. kein Brennstoffverbrauch
2. Umweltfreundlich (kein CO2-Auststoß)
3. verschleißarm
4. gut integrierbar
5. gute Erweitbarkeit

1. wetterabhängig
2. hoher leistungsbedarf, erfordert große Flächen.
3. Hohe kosten

VS

Danke