Physik photovoltaik mjj

Max Jurisch

Inhalt

1. Allgemeines

2. Was ist Photovoltaik

3. Aufbau und Funktionsweise

4. Unterschiedliche Solarzellen?

5. Was ist der Wirkungsgrad?

6. Mögliche Verbesserungen

• 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

1.Allgemeines zu Photovoltaik

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

2.Was ist Photovoltaik

• 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.
  

• 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. Aufbau und Funktionsweise von Solarzellen

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?

Amorphe Solarzellen

Polykristalline

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.

Oberflächenstrukturierung

6.1 Mögliche Verbesserungen

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

• 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).

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

Pro

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

Contra

VS

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

Danke