Diese Arbeit gibt einen Überblick über die verschiedenen Zelltechnologien, die bereits jetzt eingesetzt oder in Zukunft in Modulen zu finden sein werden. Hocheffizienzzellen, die beispielsweise für Weltraumaktivitäten ausgelegt sind, werden in dieser Arbeit nicht behandelt. Um die Zelltechnologien besser vergleichen zu können, wird zudem ein Vergleich unter unterschiedlichen klimatischen Bedingungen durchgeführt. Die Gegenüberstellung der Module verfolgt das Ziel, die beste Zelltechnologie unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten, mittels der Betrachtung einer PV-Freiflächenanlage an drei verschiedenen Standorten, quantitativ zu ermitteln.
VIERHUNDERT PARTS PER MILLION – das ist die Schwelle der CO2-Konzentration, die im Mai 2013 nach mehr als 800 000 Jahren erstmals überschritten wurde. Dieser "Negativ-Effekt" der Energiegewinnung aus fossilen Brennstoffen ist, neben der daraus auch resultierenden Erderwärmung, nur einer von vielen Gründen für die Gesellschaft und die Politik, emissionsarme erneuerbare Energien immer mehr in den Fokus zu rücken. Neben dem Einsatz von Windkraftanlagen als alternative Energiequelle steigt die Anzahl der installierten Photovoltaikanlagen in den letzten Jahren weltweit. Dies ist auch den kontinuierlich verbesserten und modifizierten Solarzellentechnologien zu verdanken. Ein weiteres wichtiges Argument, das für die Nutzung der Solarenergie spricht, ist die hohe und unbegrenzte Verfügbarkeit. Keine andere Energiequelle liefert so viel Energie wie die Sonne.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Motivation und Ziel der Arbeit
- 2 Markt und Stromgestehungskosten der Photovoltaik
- 3 Theoretische Grundlagen und Basisgrößen
- 3.1 Globalstrahlung
- 3.2 Prinzipieller Aufbau und Wirkungsweise einer Solarzelle
- 3.3 Verluste in der realen Solarzelle
- 3.4 Standard Test Conditions (STC)
- 3.5 Normal Operating Cell Temperature (NOCT)
- 3.6 Temperaturkoeffizient
- 3.7 Performance Ratio
- 3.8 Degradation von Modulen
- 4 Vorstellung der Zelltechnologien
- 4.1 Kristalline Silizium-Technologien
- 4.1.1 Monokristalline Solarzelle
- 4.1.1.1 Aufbau und Wirkungsweise
- 4.1.1.2 Herstellung
- 4.1.2 Multikristalline Solarzelle
- 4.1.2.1 Aufbau und Wirkungsweise
- 4.1.2.2 Herstellung
- 4.2 Dünnschicht-Technologien
- 4.2.1 Amorphe Siliziumsolarzelle
- 4.2.1.1 Aufbau und Wirkungsweise
- 4.2.1.2 Herstellung
- 4.2.2 CIS und CIGS Solarzelle
- 4.2.2.1 Aufbau und Wirkungsweise
- 4.2.2.2 Herstellung
- 4.2.3 Cadmium-Tellurid Solarzelle
- 4.2.3.1 Aufbau und Wirkungsweise
- 4.2.3.2 Herstellung
- 4.3 Weitere Zelltechnologien
- 4.3.1 Farbstoffsolarzelle
- 4.3.1.1 Aufbau und Wirkungsweise
- 4.3.1.2 Herstellung
- 4.3.2 Organische Solarzelle
- 4.3.2.1 Aufbau und Wirkungsweise
- 4.3.2.2 Herstellung
- 4.3.3 Perowskit-Solarzelle
- 4.3.3.1 Aufbau und Wirkungsweise
- 4.3.3.2 Herstellung
- 4.4 Modifizierte Zelltechnologien
- 4.4.1 PERC-Zelle
- 4.4.2 TOPCon-Zelle
- 4.4.3 Punktkontaktzelle
- 4.4.4 Stapelzelle
- 4.4.5 HIT/HJT-Zelle
- 4.4.6 Bifaziale Module
- 4.5 Wichtige Vor- und Nachteile der Technologien
- 5 Technischer und wirtschaftlicher Vergleich von PV-Modulen
- 5.1 Vorgehensweise
- 5.2 Vorstellung der Module
- 5.3 Technische Vergleichsparameter
- 5.4 Wirtschaftliche Vergleichsparameter
- 5.5 Modulvergleich mit tabellarischer Übersicht
- 5.6 Sensitivitätsanalyse
- 6 Fazit und Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Arbeit analysiert verschiedene Solarzelltechnologien, die gegenwärtig zum Einsatz kommen oder zukünftig in Photovoltaikmodulen Verwendung finden werden. Sie verfolgt das Ziel, die beste Zelltechnologie hinsichtlich ihrer technischen und wirtschaftlichen Eigenschaften unter Berücksichtigung einer PV-Freiflächenanlage an unterschiedlichen Standorten zu identifizieren und quantitativ zu bewerten.
- Vergleich verschiedener Solarzelltechnologien
- Bewertung der technischen Eigenschaften der Zelltechnologien
- Analyse der wirtschaftlichen Aspekte der Zelltechnologien
- Erstellung eines technischen und wirtschaftlichen Vergleichs von Photovoltaikmodulen
- Quantifizierung der besten Zelltechnologie unter verschiedenen klimatischen Bedingungen
Zusammenfassung der Kapitel
Das erste Kapitel erläutert die Motivation und die Zielsetzung der Arbeit, wobei die Bedeutung erneuerbarer Energien im Kontext der globalen Erwärmung hervorgehoben wird. Im zweiten Kapitel wird die Entwicklung des Photovoltaikmarktes sowie die Stromgestehungskosten der Photovoltaik beleuchtet.
Kapitel 3 beschäftigt sich mit den theoretischen Grundlagen und Basisgrößen der Photovoltaik, einschließlich der Globalstrahlung, dem Aufbau und der Wirkungsweise einer Solarzelle, den Verlusten in der realen Solarzelle, Standard Test Conditions (STC), Normal Operating Cell Temperature (NOCT), dem Temperaturkoeffizienten, dem Performance Ratio und der Degradation von Solarmodulen.
Kapitel 4 stellt verschiedene Solarzelltechnologien vor, darunter kristalline Silizium-Technologien, wie die monokristalline und die multikristalline Solarzelle, sowie Dünnschicht-Technologien, wie die amorphe Siliziumzelle, die CIS und CIGS Solarzelle und die Cadmium-Tellurid Solarzelle. Weiterhin werden weitere Zelltechnologien wie die Farbstoffsolarzelle, die organische Solarzelle und die Perowskit-Solarzelle behandelt. Schließlich werden modifizierte Zelltechnologien, wie die PERC-Zelle, die TOPCon-Zelle, die Punktkontaktzelle, die Stapelzelle, die HIT/HJT-Zelle und bifaziale Module, vorgestellt.
Im fünften Kapitel wird ein technischer und wirtschaftlicher Vergleich von Photovoltaikmodulen durchgeführt, wobei verschiedene Module hinsichtlich ihrer technischen und wirtschaftlichen Eigenschaften verglichen werden. Die Vorgehensweise, die Vorstellung der Module, die technischen Vergleichsparameter, die wirtschaftlichen Vergleichsparameter, der Modulvergleich mit tabellarischer Übersicht und die Sensitivitätsanalyse werden erläutert.
Schlüsselwörter
Die Arbeit befasst sich mit Solarzelltechnologien, Photovoltaik, erneuerbare Energien, Energiegewinnung, technische und wirtschaftliche Eigenschaften, Stromgestehungskosten, Globalstrahlung, Zelltypen, Modulvergleich, Sensitivitätsanalyse und Freiflächenanlagen.
- Quote paper
- Alexander Zollner (Author), 2020, Vergleich von stromerzeugenden Solartechnologien, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1316177
