Photovoltaic Solar Energy

Solar-Photovoltaik

Es wird geschätzt, dass in Breiten in Frankreich um 45 ° die potenziell nutzbare Energie der Sonne 1500 kWh / m² pro Jahr beträgt.

Siehe die französische Sonnenscheinkarte undSonnenstrahlung DNI von Frankreich.

Mit Stromausbeuten 10 etwa 15% bei 150 225kwh / m².an erhalten.


Sogenannte „nicht integrierte“ Solarmodule.

PV Funktionsprinzip

Eine Photovoltaikzelle besteht aus Halbleitermaterialien. Diese können die von der Sonne gelieferte Energie in eine elektrische Ladung und damit in Elektrizität umwandeln, da das Sonnenlicht die Elektronen dieser Materialien anregt. Die Absorptionskurve dieser Materialien beginnt bei niedrigen Wellenlängen bis zu einer Grenzwellenlänge von 1,1 Mikrometern für Silizium.

Silizium ist der Hauptbestandteil einer Photovoltaikzelle.

Physik einer Fotozelle (entnommen aus der CEA-Website)


Funktionsdiagramm einer Fotozelle.

Silizium wurde ausgewählt, um Photovoltaik-Solarzellen aufgrund ihrer elektronischen Eigenschaften herzustellen, die durch das Vorhandensein von vier Elektronen auf seiner peripheren Schicht gekennzeichnet sind (Spalte IV von Mendeleievs Tabelle). In festem Silizium ist jedes Atom an vier Nachbarn gebunden, und alle Elektronen in der peripheren Schicht sind an den Bindungen beteiligt. Wenn ein Siliziumatom durch ein Atom aus Spalte V (z. B. Phosphor) ersetzt wird, ist eines der Elektronen nicht an den Bindungen beteiligt. Es kann sich daher im Netzwerk bewegen. Es gibt eine Leitung durch ein Elektron, und der Halbleiter soll vom n-Typ dotiert sein. Wenn im Gegenteil ein Siliziumatom durch ein Atom aus Spalte III (z. B. Bor) ersetzt wird, fehlt ein Elektron, um alle Bindungen herzustellen, und ein Elektron kann kommen, um diese Lücke zu füllen. Wir sagen dann, dass es eine Leitung durch ein Loch gibt und der Halbleiter als p-dotiert bezeichnet wird. Atome wie Bor oder Phosphor sind Dotierstoffe aus Silizium.

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Wenn ein Halbleiter vom n-Typ mit einem Halbleiter vom p-Typ in Kontakt gebracht wird, diffundieren überschüssige Elektronen im n-Material in das p-Material. Die anfänglich n-dotierte Zone wird positiv geladen und die anfänglich p-dotierte Zone wird negativ geladen. Daher wird zwischen der n- und der p-Zone ein elektrisches Feld erzeugt, das dazu neigt, die Elektronen zurück in die n-Zone zu drücken, und ein Gleichgewicht wird hergestellt. Ein Übergang wurde erzeugt, und durch Hinzufügen von Metallkontakten auf den n- und p-Bereichen wird eine Diode erhalten.
Wenn diese LED beleuchtet wird, werden Photonen, die durch das Material absorbiert und jedes Photons führt zu einem Elektron und einem Loch (bekannt als Elektron-Loch-Paar). Der Diodenübergang trennt die Elektronen und Löcher, um eine Potentialdifferenz zwischen den n und p-Kontakte zu schaffen, und ein Strom fließt, wenn ein Widerstand zwischen den Kontakten der Diode (Abbildung) angeordnet ist.

die verfügbaren Technologien.

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Aktuelle Module unterscheiden sich durch die Art des verwendeten Siliziums:

  • Silizium-Einkristall: die Photovoltaik-Zellen auf Basis von Silizium-Kristallen in einer Plastikhülle verkapselt.
  • polykristallinem Silizium: Die photovoltaischen Zellen werden auf Basis von Silicium-Polykristalle, weniger teuer als monokristallinem Silizium herzustellen, sondern haben auch eine etwas geringere Ausbeute. Diese Polykristalle werden durch Schrott von elektronischen Silicium schmelzen.
  • amorphes Silizium: Die „Spread“ -Paneele bestehen aus amorphem Silizium mit hoher Energie und werden in flexiblen Streifen präsentiert, die eine perfekte architektonische Integration ermöglichen.

Zellhersteller.

Die fünf größten Unternehmen, die Photovoltaikzellen herstellen, teilen sich 60% des Weltmarktes. Dies sind die japanischen Unternehmen Sharp und Kyocera, die amerikanischen Unternehmen BP Solar und Astropower sowie die deutsche RWE Schott Solar. Japan produziert fast die Hälfte der weltweiten Photovoltaikzellen.

Solarstromanwendungen

Derzeit sind die Hauptnutzungsbereiche isolierte Wohnungen, aber auch für wissenschaftliche Geräte wie Seismographen.

Die erste Domäne, die diese Energie genutzt hat, ist die Raumdomäne. Tatsächlich wird fast die gesamte elektrische Energie der Satelliten von der Photovoltaik bereitgestellt (einige Satelliten haben kleine Stirlingmotoren).

Avantages

  • Umweltfreundliche elektrische Energie wird verwendet und ist Teil des Prinzips der nachhaltigen Entwicklung.
  • Erneuerbare Energiequelle, weil sie im menschlichen Maßstab unerschöpflich ist,
  • Kann entweder in Entwicklungsländern ohne ein wichtiges Stromnetz oder an isolierten Standorten wie in den Bergen verwendet werden, an denen kein Anschluss an das nationale Stromnetz möglich ist.


Beispiel für eine isolierte Standortversorgung, ein Seismograph, der von einem Photovoltaik-Modul des Vulkans Soufriere in Guadeloupe angetrieben wird.

Nachteile

  • PV Kosten sind hoch, weil es von High-Tech kommt,
  • Kosten hängen von der Spitzenleistung ab, die aktuellen Kosten für die Spitzenleistung betragen ca. 3,5 € oder ca. 550 € / m² Solarzellen,
  • Die derzeitige Ausbeute an Photovoltaikzellen bleibt relativ niedrig (etwa 10% für die breite Öffentlichkeit) und liefert daher nur geringe Leistung.
  • sehr begrenzt, aber wachsenden Markt
  • Die Stromerzeugung erfolgt nur tagsüber, während der höchste Bedarf nachts besteht.
  • Das Speichern von Elektrizität ist mit aktuellen Technologien sehr schwierig (sehr hohe ökologische Kosten für Batterien).
  • Lebensdauer: 20 bis 25 Jahre, nachdem das Silizium "kristallisiert" und die Zelle unbrauchbar macht,
  • Verschmutzung während der Herstellung: Einige Studien behaupten, dass die zur Herstellung von Zellen verwendete Energie in den 20 Jahren der Produktion niemals rentabel ist.
  • Das gleiche Ende des Lebens Recycling von Zellen stellt Umweltprobleme.

Mehr:
- Energiebilanz von Solar-Photovoltaik
- Französisch Karte des Solarfeldes
- In das Gebäude integriert Photovoltaik-Anlagen (CEA-Dokument)

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