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2019 | OriginalPaper | Chapter

2. Photovoltaik

Authors : Holger Watter, Prof. Dr.-Ing. Holger Watter

Published in: Regenerative Energiesysteme

Publisher: Springer Fachmedien Wiesbaden

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Zusammenfassung

Im Sonnenkern werden jeweils 4 Wasserstoffatome zu einem Heliumatom verschmolzen. Dabei ergibt sich ein Massendefekt, der nach der Gleichung \(E=m^{.}\) c \({}^{2}\) in Energie umgewandelt wird. Die Energie wird zum größeren Teil als elektromagnetische Strahlung (und überwiegend als sichtbares Licht) abgestrahlt. Ein kleinerer Teil der Energie wird als Materiestrahlung (Sonnenwind) abgestrahlt, der auf der Erde nur geringe Auswirkungen hat.
Leider ist das solare Energieangebot zeitlich und räumlich stark schwankend. Dies begründet sich durch das lokale Klima (Wolkenbildung) und die elliptische Erdumlaufbahn und die leicht geneigte Erdachse (vgl. Abb. 2.1).
Am oberen Rand der Erdatmosphäre kommen von der Strahlung der Sonne im Mittel etwa 1367 W/m\({}^{2}\) (so genannte Solarkonstante ) an, nämlich 1325 W/m\({}^{2}\) im Juli (größter Sonnenabstand) und 1420 W/m\({}^{2}\) im Januar (kleinster Sonnenabstand).
Neben dem Tag/Nacht-Rhythmus der Sonneneinstrahlung durch die Erdrotation ergibt sich durch Neigung der Erdachse um 23,5\({}^{\circ}\) und den jährlichen Umlauf der Erde um die Sonne ein starker jahreszeitlicher Einfluss. Da beispielsweise Hamburg etwa auf 53,5\({}^{\circ}\) nördlicher Breite und somit nördlich des Wendekreises liegt, steht hier die Sonne am Sommeranfang mit
$$90^{\circ}-(53,5^{\circ}-23,5^{\circ})=60^{\circ}\ \text{{\"u}ber dem Horizont}\> ,$$
zum Winteranfang hingegen nur mit
$$90^{\circ}-(53,5^{\circ}+23,5^{\circ})=13^{\circ}\> .$$
Die Strahlung fällt somit viel flacher ein und wird durch die Atmosphäre viel stärker abgeschwächt.
Footnotes
2
http://​de.​wikipedia.​org/​wiki/​Globalstrahlung; z. B.: Globalstrahlungskarten des Deutscher Wetterdienst: www.​dwd.​de.
 
3
Vgl.: VDI-Richtlinie 3789 Blatt 2: Umweltmeteorologie – Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Oberflächen – Berechnung der kurz- und der langwelligen Strahlung, Beuth-Verlag, Berlin 1994 (Strahlungsmodelle, u. A. zur Abschätzung der Globalstrahlung für einen gegebenen Standort).
 
4
DIN 5034-2: Tageslicht in Innenräumen, Grundlagen.
 
5
Die Mitteleuropäische Zeit (MEZ, engl. Central European Time, CET) ist eine für Teile Europas und Afrikas, unter anderem für Deutschland, Österreich und die Schweiz gültige Zeitzone. Sie entspricht der mittleren Sonnenzeit des 15. Längengrads östlich von Greenwich (GMT \(=\) Greenwich Mean Time). Ihre Differenz zur Weltzeit UTC beträgt \(+\)1 Stunde. Die Differenz der Mitteleuropäischen Sommerzeit (MESZ, engl. CEST) zur Weltzeit beträgt hingegen \(+\)2 Stunden; sie entspricht also der mittleren Sonnenzeit des 30. Längengrads.
 
6
Auch „Donatoren“ (von lat. donare \(=\) schenken).
 
7
Diffusion (v. lat.: diffundere „ausgießen, verstreuen, ausbreiten“) ist ein physikalischer Prozess, der zu einer gleichmäßigen Verteilung von Teilchen und somit vollständigen Durchmischung zweier Stoffe (hier von Gittermolekülen) führt.
 
8
STC \(=\) Standard Test Condition.
 
9
Ein Bipolartransistor, meist als BJT (Bipolar Junction Transistor) bezeichnet, ist ein Transistor, bei dem Ladungsträger beider Polarität (Elektronen und Defektelektronen) zur Funktion beitragen.
 
10
Der Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (englisch: metal oxide semiconductor field-effect transistor, MOSFET auch MOS-FET, selten MOST) ist der zur Zeit meistverwendete Feldeffekttransistor für analoge und digitale integrierte Schaltungen. Feldeffekttransistoren oder FET (engl. field-effect transistor) sind eine Gruppe von unipolaren Transistoren, bei denen im Gegensatz zu den Bipolartransistoren nur ein Ladungstyp am Stromtransport beteiligt ist – abhängig von der Bauart Elektronen oder Löcher bzw. Defektelektronen. Sie werden im Gegensatz zu den Bipolartransistoren weitestgehend leistungs- bzw. verlustlos geschaltet.
 
11
Ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (engl. insulated-gate bipolar transistor, kurz IGBT) ist ein Halbleiterbauelement, das zunehmend in der Leistungselektronik verwendet wird, da es Vorteile des Bipolartransistors (gutes Durchlassverhalten, hohe Sperrspannung, Robustheit) und Vorteile eines Feldeffekttransistors (nahezu leistungslose Ansteuerung) vereinigt. Vorteilhaft ist auch eine gewisse Robustheit gegenüber Kurzschlüssen, da der IGBT den Laststrom begrenzt.
 
12
Ein Vierquadrantensteller besteht aus einer elektronischen H-Brückenschaltung aus vier Halbleiterschaltern, meist aus Transistoren, welche eine Gleichspannung in eine Wechselspannung variabler Frequenz und variabler Pulsbreite umwandeln kann. Vierquadrantensteller in der Energietechnik können auch Wechselspannungen unterschiedlicher Frequenzen in beiden Richtungen ineinander umwandeln.
 
Literature
1.
go back to reference BINE Informationsdienst: Performance von Photovoltaikanlagen, Projektinfo 03/03, Fachinformationszentrum Karlsruhe/Bonn (2008). www.​bine.​info (Erstellt: 05.2008) BINE Informationsdienst: Performance von Photovoltaikanlagen, Projektinfo 03/03, Fachinformationszentrum Karlsruhe/Bonn (2008). www.​bine.​info (Erstellt: 05.2008)
2.
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3.
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go back to reference Wagemann, H.-G., Eschrich, H.: Photovoltaik, Solarstrahlung und Halbleitereigenschaften, Solarzellenkonzepte und Aufgaben. Vieweg+Teubner Verlag (2007) Wagemann, H.-G., Eschrich, H.: Photovoltaik, Solarstrahlung und Halbleitereigenschaften, Solarzellenkonzepte und Aufgaben. Vieweg+Teubner Verlag (2007)
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go back to reference Koeppen, J.: Innovative Energieversorgung/Windkraftanlagen (Vorlesungsmanuskript). HAW Hamburg (2008) Koeppen, J.: Innovative Energieversorgung/Windkraftanlagen (Vorlesungsmanuskript). HAW Hamburg (2008)
Metadata
Title
Photovoltaik
Authors
Holger Watter
Prof. Dr.-Ing. Holger Watter
Copyright Year
2019
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-23488-1_2