Photovoltaic Solar Energy

Solar-Photovoltaik

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

Siehe die französische Seekarte undSonnenstrahlung DNI von Frankreich.

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


Sonnenkollektoren als "nicht integriert".

PV Funktionsprinzip

Eine Photovoltaikzelle besteht aus Halbleitermaterialien. Diese sind in der Lage, die von der Sonne gelieferte Energie in elektrische Ladung und damit in elektrischen Strom umzuwandeln, da das Sonnenlicht die Elektronen dieser Stoffe anregt. Die Absorptionskurve dieser Materialien reicht von kurzen Wellenlängen bis zu einer Grenzwellenlänge von 1,1 Mikrometern für Silizium.

Silizium ist der Hauptbestandteil einer Photovoltaikzelle.

Physik einer Fotozelle (von der CEA-Website entnommen)


Funktionsschema einer Fotozelle.

Silizium wurde für die Herstellung von Photovoltaik-Solarzellen aufgrund seiner elektronischen Eigenschaften ausgewählt, die durch die Anwesenheit von vier Elektronen auf seiner peripheren Schicht gekennzeichnet sind (Spalte IV der Tabelle von Mendelejew). In festem Silizium ist jedes Atom mit vier Nachbarn verbunden, und alle Elektronen der peripheren Schicht sind an den Bindungen beteiligt. Wird ein Siliciumatom durch ein Atom der Säule V (zB Phosphor) ersetzt, so ist eines der Elektronen nicht an den Bindungen beteiligt; Es kann sich also durch das Netzwerk bewegen. Ein Elektron leitet, und der Halbleiter soll n-dotiert sein. Wenn im Gegenteil ein Siliciumatom durch ein Atom der Spalte III (z. B. Bor) ersetzt wird, fehlt ein Elektron, um alle Verbindungen herzustellen, und ein Elektron kann dazu kommen, diesen Mangel zu füllen. Wir sagen dann, dass es eine Leitung durch ein Loch gibt, und der Halbleiter soll p-dotiert sein. Atome wie Bor oder Phosphor sind Dotierstoffe des Siliziums.

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Wenn ein Halbleiter vom n-Typ mit einem Halbleiter vom p-Typ in Kontakt gebracht wird, diffundieren die überschüssigen Elektronen im Material n in das Material p. Der anfänglich n-dotierte Bereich wird positiv geladen und der anfänglich p-dotierte Bereich wird negativ geladen. Daher wird zwischen den Zonen n und p ein elektrisches Feld erzeugt, das dazu neigt, die Elektronen in der Zone n abzustoßen, und es wird ein Gleichgewicht hergestellt. Es wurde ein Übergang erzeugt, und durch Hinzufügen von Metallkontakten an den Bereichen n und p 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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Die aktuellen Module unterscheiden sich je nach 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: "gespreizte" Platten werden aus amorphem Silizium mit hoher Energetisierungskraft hergestellt und in flexiblen Streifen präsentiert, die eine perfekte architektonische Integration ermöglichen.

Zellhersteller.

Die fünf größten Firmen, 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.

Anwendungen der Sonnenenergie

Derzeit sind die Hauptanwendungsgebiete Einzelwohnungen, aber auch wissenschaftliche Geräte wie Seismographen.

Die erste Domäne, die diese Energie genutzt hat, ist die Weltraumdomäne. Tatsächlich wird fast die gesamte elektrische Energie der Satelliten durch Photovoltaik geliefert (einige Satelliten hätten kleine Stirlingmotoren).

Vorteile

  • Umweltfreundliche elektrische Energie im Einsatz und im Einklang mit dem Grundsatz der nachhaltigen Entwicklung,
  • Erneuerbare Energiequelle, weil im menschlichen Maßstab unerschöpflich,
  • Kann entweder in Entwicklungsländern ohne signifikantes elektrisches Netz oder an isolierten Standorten wie in den Bergen verwendet werden, an denen keine Verbindung zum nationalen elektrischen Netz hergestellt werden kann.


Beispiel für eine isolierte Standortversorgung: ein Seismograph, der mit einer Photovoltaikanlage des Vulkans Soufrière in Guadeloupe betrieben wird.

Nachteile

  • PV Kosten sind hoch, weil es von High-Tech kommt,
  • Die Kosten hängen von der Spitzenleistung ab. Die aktuellen Kosten für die Spitzenleistung betragen ca. 3,5 € oder ca. 550 € / m² Solarzellen.
  • Der derzeitige Ertrag an Photovoltaikzellen ist nach wie vor recht niedrig (etwa 10% für die breite Öffentlichkeit) und liefert daher nur eine geringe Leistung.
  • sehr begrenzt, aber wachsenden Markt
  • Strom wird nur tagsüber erzeugt, während nachts der höchste Bedarf besteht.
  • Die Speicherung von Elektrizität ist mit den derzeitigen Technologien sehr schwierig (sehr hohe wirtschaftliche Kosten für Batterien).
  • Lebensdauer: 20 bis 25 Jahre, nachdem das Silizium "kristallisiert" und die Zelle unbrauchbar macht,
  • Umweltverschmutzung während der Herstellung: Einige Studien behaupten, dass die zur Herstellung der 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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