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Solar Photovoltaik

Anonim

Einführung

Solarzellen oder Photovoltaikzellen (PV-Zellen) wandeln Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom um. Die Photovoltaik hat ihren Namen von der Umwandlung von Licht (Photonen) in Elektrizität (Spannung). Photovoltaikmodule unterscheiden sich stark von Solarthermiemodulen, die die Wärme der Sonne aufnehmen, um heißes Wasser zu erzeugen, obwohl einige Module nun sowohl einen PV-Generator als auch einen Sonnenkollektor enthalten.

Starre Photovoltaikzellen (traditionell aus Silizium hergestellt) sind im Allgemeinen etwa 150 mm² groß und erzeugen eine kleine Menge an Elektrizität (bei etwa 0, 5 Volt). Dies bedeutet, dass zur Erzeugung einer höheren Spannung eine große Anzahl von Zellen, typischerweise 36 oder 72, in Reihe geschaltet sind, um ein Photovoltaikpanel zu bilden. Die Panels werden dann miteinander verbunden, um eine Photovoltaikanlage zu schaffen. Im Allgemeinen besteht ein Array aus etwa 10 Feldern für den Hausgebrauch.

Dünnschichtsolarzellen verwenden Schichten von Halbleitermaterialien mit einer Dicke von wenigen Mikrometern. Da sie semi-flexibel sind, können sie als Teil von Bauelementen wie Dachziegeln und Verglasungssystemen verwendet werden. Neue Technologien produzieren Solarzellen, die mittels Druckmaschinentechniken unter Verwendung von Sonnenfarbstoffen eingesetzt und mit leitfähigen Kunststoffen integriert werden.

Die geschätzte Lebensdauer eines Photovoltaik-Moduls beträgt 30 Jahre, und es wird erwartet, dass die Leistung nach 25 Jahren bei über 80% der ursprünglichen Leistung liegt.

Der CO2-Fußabdruck der Photovoltaikproduktion ist in den letzten 10 Jahren aufgrund von Leistungsverbesserungen, Rohstoffeinsparungen und Verbesserungen der Fertigungsprozesse um etwa 50% gesunken.

Sonnenlicht in Elektrizität verwandeln

Sonnenkollektoren werden als Spitzenleistung (kWp) bewertet. Dies ist die potenzielle Ausgangsleistung bei hellem Sonnenlicht (1000 W / m²) und einer Lufttemperatur von 25 ºC (die Ausgangsleistung der Paneele nimmt mit steigender Temperatur ab). 1 kWp gut positionierter Photovoltaikanlagen in Großbritannien sollte in der Lage sein, pro Jahr 700-800 kWh Strom zu erzeugen.

Die Menge der einfallenden Sonnenstrahlung hängt von der Breite des Standorts, der Richtung der Paneele und dem Neigungswinkel der Paneele ab. Ein Online-Rechner ist verfügbar, um Schätzungen der potenziell erzeugten Energie für Standorte in Europa zu erhalten (siehe Gemeinsame Forschungsstelle der EU). Selbst an bewölkten Tagen liefert das resultierende diffuse Licht nützliche Elektrizität. Die Leistung wird jedoch verringert, wenn der Standort regelmäßig beschattet wird (z. B. durch angrenzende Gebäude oder Vegetation).

Photovoltaik-Zellen

Es gibt drei Haupttypen von Photovoltaikzellen. Ihre individuellen prozentualen Wirkungsgrade geben an, wie viel der einfallenden Sonnenstrahlung in elektrischen Strom umgewandelt wird, der die Zelle verlässt (weitere Verluste in den Steuerungssystemen und der Verkabelung):

  • Monokristallin: Typische Effizienz von 15% (in Großbritannien etwa 100 kWh pro m² pro Jahr). Diese sind in der Regel dunkel gefärbt und haben dünne Linien.
  • Polykristallin: Typische Effizienz von mindestens 13% (in Großbritannien etwa 100 kWh pro m² pro Jahr). Diese haben wahrscheinlich ein wirklich kristallines Aussehen.
  • Dünnschicht: Typische Effizienz von 7% (in Großbritannien etwa 60 kWh pro m² pro Jahr). Diese können auf brise-soleil, Dachziegeln oder Glasscheiben integriert werden.

Derzeit macht die kristalline Photovoltaik über 90% der installierten Systeme aus.

Die Kosten für die Materialien sind im Allgemeinen für die effizienteren Zelltypen am höchsten, obwohl die Integration von Dünnschichttechnologien in Bauelemente ihre Kosten erhöht.

Die Energie aus der Photovoltaik nutzen

Photovoltaik kann Systeme betreiben, die vollständig vom Netz getrennt sind (insbesondere in ländlichen Gegenden). Das Interesse an Anwendungen in Großbritannien gilt jedoch für netzgebundene Systeme, die für eine staatliche Finanzierung in Frage kommen. Dadurch kann der erzeugte Überschussstrom an das Elektrizitätsversorgungsunternehmen verkauft werden und die Räumlichkeiten werden bei unzureichender Erzeugung von Photovoltaik normal mit Strom versorgt.

Photovoltaik-Anlage

Mit der Installation von Photovoltaik-Paneelen ist relativ wenig mechanischer Aufwand verbunden, und es gibt einen reifen Markt für die Lieferung flexibler Montagesysteme. Es gibt jedoch kontrollierte Arbeiten, die gut ausgebildete Elektriker erfordern, und die Installation von Dachpanelen würde normalerweise einen ausgebildeten Installateur erfordern. Photovoltaikmodule erzeugen Strom, wenn sie Tageslicht ausgesetzt sind und einzelne Module nicht abgeschaltet werden können. Im Gegensatz zu den meisten anderen elektrischen Anlagen erfordert die Installation einer Photovoltaikanlage die Arbeit an einer unter Spannung stehenden Anlage.

Typische Installationen von Photovoltaik-Modulen wiegen zwischen 10 und 13 kg / m². Die Hauptinstallationsarten sind:

  • Dach- oder Wandmontage von gerahmter Photovoltaik. Die Photovoltaik ist in Rahmen montiert, der im Allgemeinen weniger als 200 mm vorstehen sollte, um den normalen Planungsanforderungen zu genügen.
  • Dach- oder Wandintegrierte Photovoltaik, bei der die Platte ein verwitterter Teil der Oberfläche ist.
  • Dachschiefer und Ziegel. Diese werden als Einzelkomponenten teurer, können jedoch den Aufwand reduzieren, indem Standardfliesen / -platten verschoben werden.
  • Aufputz- (Dünnschicht-) Photovoltaik. Semi-flexible Dünnschicht-Photovoltaik wird an einem Bauteil wie einer Glasscheibe oder einem Flachdach befestigt.
  • Rahmeninstallationen (freistehend oder an Gebäuden befestigt). Kunststoff- oder Metallrahmen können auf Dächern oder auf dem Boden sitzen, um eine optimale Neigung und Ausrichtung zu gewährleisten.

Neuere Entwicklungen haben zu einer Vielzahl von Formen von integrierten Sonnenkollektoren geführt, darunter:

  • Solare Schindeln flach auf Bretterdächern montiert.
  • Solarplatten auf Latten montiert, die standardmäßige Dachkomponenten ersetzen können.
  • Solarglaslaminate, bei denen die Photovoltaik als halbtransparente Verglasung vorliegt.

Dies kann die Möglichkeit bieten, die Photovoltaik in ein Projekt einzubeziehen, bei dem bisher aus ästhetischen Gründen deren Einsatz verhindert worden wäre.

In einem netzgekoppelten System wird Gleichstrom von den Photovoltaikmodulen in einen Wechselrichter eingespeist, um ihn in 240 V Wechselstrom umzuwandeln, um ihn über die Verbrauchereinheit an das lokale Stromnetz anzuschließen. Im Idealfall befindet sich der Wechselrichter (oder die "Leistungssteuerung") in der Nähe der Schaltfelder, um die DC-Übertragungsverluste zu reduzieren (er muss belüftet werden und brummen). In größeren Anwendungen können mehrere Wechselrichter verwendet werden, um eine verbesserte Rückstellfähigkeit gegen Ausfälle bereitzustellen. Die Wechselrichtereinheit steuert normalerweise den Anschluss der Photovoltaikanlage an das Netz (sowie an die Gebäudelasten). Bei einem Stromausfall schalten sich die Wechselrichter automatisch ab, um die an den Stromleitungen arbeitenden Ingenieure zu schützen.

In netzfernen Systemen wird der Gleichstrom in einen Laderegler eingespeist, bevor er einem Speichermedium wie beispielsweise Bleibatterien zugeführt wird. Eine netzgekoppelte Photovoltaikanlage benötigt keine Batterien. Für die Bereitstellung von Hybridsystemen können spezialisierte Lösungen verwendet werden, die es ermöglichen, netzbasierte Systeme sicher (außerhalb von Stromnetz) zu betreiben (in Kombination mit Batterien). Normalerweise sind für das Netz konzipierte Systeme jedoch nicht direkt mit Batteriespeicherung verwendbar.

Photovoltaikanlagen erfordern im Allgemeinen keine besonderen Vorkehrungen für den Blitzschutz, obwohl Vorsichtsmaßnahmen gegen Blitzeinschlag und Überspannung zum Schutz der Investition in die Photovoltaik ratsam sein können.

In einem kürzlich veröffentlichten Bericht der Internationalen Energieagentur (IEA) für Photovoltaik-Energiesysteme wurde die Lebenserwartung von Geräten im Zusammenhang mit einer Photovoltaikanlage beschrieben:

  • Photovoltaik-Module: 30 Jahre für ausgereifte Modultechnologien.
  • Wechselrichter: 15 Jahre für kleine Anlagen (Photovoltaik im Wohnbereich).
  • Strukturen: 30 Jahre für Dächer und Fassaden und 30 bis 60 Jahre für Bodenmontage auf Metallstützen.
  • Verkabelung: 30 Jahre.

Der britische Photovoltaik-Feldversuch in Großbritannien im Jahr 2006 hat gezeigt, dass bei relativ kleinen Systemgrößen von rund 1, 6 kWp ein erheblicher Teil des Gebäudebedarfs von der Photovoltaik-Anlage gedeckt werden kann, wobei die Mehrzahl der Systeme zwischen 20 und 80% der Gesamtkosten ausmacht Die jährliche Belastung des Gebäudes lag bei durchschnittlich 51%.

Planung und Regulierung

In Großbritannien wird die Befestigung von Sonnenkollektoren an einem einzigen Wohnhaus, das kein denkmalgeschütztes Gebäude ist und sich nicht in einem Naturschutzgebiet befindet, als „zulässige Entwicklung“ betrachtet. Daher ist es nicht erforderlich, eine Baugenehmigung zu beantragen. Photovoltaikanlagen sind jedoch aus baulichen Gründen meldepflichtig und die örtliche Bauaufsichtsbehörde sollte informiert werden.

Der District Network Operator (DNO) muss bezüglich des Anschlusses an das lokale Netz konsultiert werden (und eine Vereinbarung getroffen werden), obwohl normalerweise Systeme mit bis zu 16 Ampere pro Phase installiert werden können, ohne die Genehmigung des DNO einzuholen. Eine ausführliche Anleitung zu den elektrischen Anforderungen finden Sie in der DTI-Veröffentlichung: Photovoltaik in Gebäuden: Anleitung zur Installation von PV-Anlagen.

Das Microgeneration Certification Scheme (MCS) hat den Standard für die Installation von Mikrogenerationen: MIS 3002 bereitgestellt, der den Entwurf und die Installation von Photovoltaik steuert. Dies ist von wesentlicher Bedeutung, wenn staatliche Mittel für ein Projekt mit weniger als 50 kW beantragt werden und eine nützliche Informationsquelle für größere Anlagen darstellen.

Regierungsfinanzierung

Photovoltaikanlagen werden von der britischen Regierung als Technologie für erneuerbare Energien (weniger als 5 MW) anerkannt. Als solche ziehen sie Einspeisevergütungen (FITs) für Anlagen mit einer Leistung von bis zu 5 MW für einen Zeitraum von 25 Jahren an. Mikrogenerationssysteme (weniger als 50 kW) müssen unter der Schirmherrschaft des MCS installiert werden, um Finanzmittel zu erhalten.

Einspeisetarife bestehen aus 2 Elementen:

  • Generierungstarif. Eine Zahlung für jede erzeugte Einheit (kWh).
  • Zolltarif exportieren. Strom, der nicht vor Ort verwendet wird, kann wieder in das Netz eingespeist werden, und eine Zahlung wird als zusätzliche Zahlung (zusätzlich zum Erzeugungszoll) gezahlt.

Wenn Photovoltaik installiert ist und der Eigentümer / Betreiber des Grundstücks Einspeisetarife erhält und die Immobilie anschließend an einen anderen Eigentümer übergeben wird, verbleiben die Einspeisetarife bei der Installation und kommen dem neuen Eigentümer zu.

Wenn ein Unternehmen Photovoltaik installiert hat und bereits am Energieeinsparungsprogramm für die Verringerung der CO2-Emissionen (Carbon Reduction Commitment, CRC) beteiligt ist, wird die Leistung von Photovoltaikanlagen (die für Einspeisevergütungen registriert sind) nicht als „Null-Emission“ für CRC-Zwecke gezählt muss beim Netzdurchschnitt berücksichtigt werden. Für die Nutzung von Photovoltaik zur Gewinnung von CRC-Gutschriften können Einspeisetarife nicht beansprucht werden. Ausführliche Anleitungen zum System "Feed in Tariff" für Unternehmen finden Sie in einigen klar verfassten Informationsblättern auf der Carbon Trust-Website.


Dieser Artikel wurde hier mit freundlicher Genehmigung der Building & Engineering Services Association reproduziert. Der Originalartikel sowie andere Ressourcen sind auf der Website www.b-es.org zu finden

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