Photovoltaik (SS 2011)
Einführung
Die Stromerzeugung durch Photovoltaik hat in den letzten Jahren einen stürmischen Siegeszug angetreten. In dessen Folge sind die Kosten für solar erzeugten Strom dramatisch gefallen. Selbst in Deutschland wird sehr bald die Erzeugung ohne Subventionen konkurrenzfähig sein. Die Kapazität aller Solarzellenfabriken weltweit beträgt insgesamt 40 Gigawatt Peak pro Jahr, was in etwa 5 Atomkraftwerken pro Jahr entspricht. D.h., dass selbst bei gleichbleibender Produktionskapazität jährlich Solarmodule produziert werden können, welche 5 Atomkraftwerke ersetzen (zugegeben etwas vereinfacht argumentiert).
In der Vorlesung werden wir die Physik der Solarzelle erkunden.
Vorausetzungen
Hilfreich aber nicht wirklich notwendig sind Grundkenntnisse in Thermodynamik, Quantenmechanik und vor allem Festkörperphysik. Wer diese nicht hat, muss die eine oder andere Formel dann eben unwissend glauben.
Leistungspunkte / Credit Points & Prüfung
Es werden 3 credit points vergeben. Wer diese haben möchte, muß dafür eine mündliche Prüfung am Ende des Semesters mitmachen.
Inhalt (später mit den Skripten und den meisten Folien)
- Einleitung, Martkdaten und Fakten
- Die Sonne, Sonnenstand & Spektrum Vorlesung vom 18.04.2011 (Kapitel 2) (ca. 200 kB)
- Photovoltaik Teil I (eher einfach):
- Grundprinzip der Photovoltaik
- Die kristalline Solarzelle Vorlesung vom 18.04.2011 (Kapitel 3) (ca. 700 kB)
- Simulation der kristallinen Solarzelle Vorlesung vom 09.05.2011 (Kapitel 3) (ca. 220 kB)
- Herstellungsprozess
- Die Unterschiedlichen Umsetzungen: verbesserte kristalline Zellen, Dünnschichtmodule, Farbstoffzellen Vorlesung vom 30.05.2011 (Kapitel 3) (ca. 230 kB) und Zusatzfolien (ca. 100 kB) dazu
- Wirtschaftlichkeit der Solarenergie Vorlesung vom 30.05.2011 (Kapitel 6) (ca. 380 kB)
- Erzeugung von Loch-Elektron Paaren (also Absorbtion von Licht) und Rekombination, Verluste Vorlesung vom 04.07.2011 (Kapitel 7) (ca. 490 kB)
- Kenngrößen, Ersatzschaltbilder, Verschaltung zum Modul und Abschattung Vorlesung vom 11.07.2011 (ca. 170 kB)
- Photovoltaik Teil II (Herleitung der Kennlinie im Detail):
- Der Halbleiter
- Die Diode
- Die beleuchtete Solarzelle
Literatur
- Volker Quaschning, “Regenerative Energiesysteme”
- Adolf Goetzberger, Bernhard Voß, Joachim Knobloch,“Sonnenenergie, Photovoltaik” (out of print)
- P. Würfel, Physics of Solar Cells, Wiley 2005, ISBN: 3-527-40428-7
- Martin A. Green, “Solar Cells: Operating Principles,Technology and System Applications”
- Antonio Luque und Steven Hegedusm, “Handbook of Photovoltaic Science and Engineering”
- Wagemann, H. Eschrich, Photovoltaik: Solarstrahlung und Halbleitereigenschaften, Solarzellenkonzepte und Aufgaben, ISBN-10: 3834806374
- Simon M. Sze, Kwok K. Ng, “Physics of Semiconductor Devices”