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Der elektrische* Sonnenkollektor ist eines unserer wichtigsten Themen. Er steht seit langem im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit, was erneuerbare Energien anbelangt. Ein sehr kunstliches Material, Silizium - nur selten andere Materialien, weil teuer - , wandelt Sonnenenergie direkt in die flexibelste Energieform um, in Elektrizität.
Ausserdem ist Silizium das Grundmaterial für die meisten Computer, eine der Fortschrittstechniken überhaupt. Da war ihm die Aufmerksamkeit gewiss!
* Für den thermischen Solarkollektor, i.a. mit Wasser, existiert eine eigene Seite.
Ich beziehe mich in der Folge auf wikipedia deutsch und französisch. In der Zusammenstellung ergibt sich ein besserer Überblick.
Inhaltlich präsentiere ich vier Abschnitte:
- Die Daten aus meiner Vergleichstabelle der Energien betreffend Solarenergie und die elektrischen Kollektoren aus Silizium, dem aktuellen Quasi-Standard.
- Technik und deren Wertung. Sie gerät entgegen meiner Absicht etwas länger als gedacht.
- Es gibt eine ganze Reihe von Neuentwicklungen, die sehr interessant sind. Zur Zeit tut sich da sehr viel, und man sollte ein Auge darauf haben. Was wir hiermit für Sie tun.
- Gebrauchsprobleme. Beispiel ist die Wartung, denn der leichteste Belag wie Staub soll die Leistung erheblich mindern. Ich werde das untersuchen.
- Umweltprobleme. Jawohl, es soll sie geben, und zwar ganz ähnlich wie bei Windkraftanlagen, deren Materialien sich als grösstenteils nicht wiederverwertbar herausstellten. Solarmodule sollen z.B. Probleme mit ihren Oberflächen haben, die Giftstoffe abgeben sollen. Ich werde das untersuchen.
Insgesamt lohnt sich ein Blick auf den thermischen Sonnenkollektor, weswegen ich beide Themen jetzt gleichzeitig entwickle.
Und hier ist meine Kritik fundamental: Mit einem einfachen Speicher für die Nacht ist es ein Leichtes, die Heizung für ein Haus zu speisen, energetisch der grösste Kostenfaktor!
Bitte lesen Sie unbedingt über den thermischen Sonnenkollektor! Er arbeitet nämlich auch, wenn die Sonne nicht scheint, und mit sehr viel höheren Wirkungsgraden als der elektrische! **(siehe unten Aktuelles)
Und das ist immer noch nicht alles, ganz im Gegenteil hat hier schon längst eine neue Entwicklung begonnen.
Statt sie zu nutzen, fragt man mich allen Ernstes, wie man die aktuellen elektrischen Solarkollektoren nutzt, um das Haus zu heizen! Ich kann verstehen, dass man das Medium Elektrizität dem Wasser vorzieht, aber da gibt es auch noch ganz andere Lösungen, die langfristig den elektrischen Solarkollektor aus dem Feld schlagen werden!
Wir werden ebenfalls das Medium Elektrizität immer am sorgfältigsten verfolgen, denn es ist das flexibelste Medium von allen (ausgenommen vielleicht die Speicherung), aber die anderen Medien wie Wasser, Wasserstoff etc bieten im Einzelfall vielleicht eine viel einfachere und leistungsfähigere Lösung an.
Wir müssen uns immer Ihre ganzen Gegebenheiten ansehen und in die Wertung einbeziehen!
Lassen Sie sich bitte unbedingt von uns beraten, denn wir stellen manchmal nicht sofort alles ein, was schon verfügbar ist! Dafür gibt es verschiedene Gründe, die die Firmen haben, mit denen wir in Kontakt stehen.
Wir wollen uns im Einzelfall für Sie einsetzen, wenn wir eine zukunftsweisende technische Lösung sehen, die es lohnt, sie für Sie zu installieren.
** Aktuelles 17-2-2023:
"Die Intensität der Globalstrahlung ist nicht gleichmäßig auf das Jahr verteilt... . Die Summe (der Globalstrahlung) in den Monaten Mai bis Juli kann bis zu zehnmal höher liegen als im Januar oder Dezember."
Deutscher Wetterdienst - Entwicklung der Globalstrahlung1983 - 2020 in Deutschland - Annett Püschel, Wiebke Winzig und Manfred Theel Veröffentlichung- Januar 2023 download_dekadenbericht.pdf
1. Die Daten aus meiner Vergleichstabelle der Energien betreffend Solarenergie und die elektrischen Kollektoren aus Silizium, dem aktuellen Quasi-Standard.
Salif ist mein Verbindungsmann in Burkina Faso, und bei meinem Besuch konnte ich Folgendes mitnehmen aus einem Land, in dem in der Nichtregenzeit schon mal 44°C erreicht werden. Klimaanlage hatten wir nicht.
Um Berechnungen anzustellen, rechne ich mit den folgenden Angaben:
Solarenergie - Elektrischer Standard-Sonnenkollektor
Sonnenlicht auf Salifs Dach: 1000W / m2
Berechnung: Standard-Sonnenkollektor mit 20% x 5
Actualités 17-2-2023 :
"L'intensité du rayonnement global n'est pas répartie uniformément sur l'année... . La somme (du rayonnement global) pendant les mois de mai à juillet peut être jusqu'à dix fois plus élevée qu'en janvier ou en décembre".
Deutscher Wetterdienst - Evolution du rayonnement global1983 - 2020 en Allemagne - Annett Püschel, Wiebke Winzig et Manfred Theel Publication- janvier 2023 download_dekadenbericht.pdfActualités 17-2-2023 :
"L'intensité du rayonnement global n'est pas répartie uniformément sur l'année... . La somme (du rayonnement global) pendant les mois de mai à juillet peut être jusqu'à dix fois plus élevée qu'en janvier ou en décembre".
Deutscher Wetterdienst - Evolution du rayonnement global1983 - 2020 en Allemagne - Annett Püschel, Wiebke Winzig et Manfred Theel Publication- janvier 2023 download_dekadenbericht.pdf
Salif könnte also durchschnittlich 10000 Watt bis 20000 Watt auf seinem gesamten Dach bei voller Sonneneinstrahlung gewinnen.
Standard-Solarpanel
Wirkungsgrad 20% 200W / m2 maximal
aktuelle Probleme:
der Wirkungsgrad sinkt in den nächsten Jahren
Hagelrisiko
die Materialien sind giftig (Annahme, zu belegen)
Materialien sind nicht wiederverwertbar (Annahme, zu belegen)
2. Technik und deren Wertung.
Der Werkstoff Silizium ist schon seit langem an seinen prinzipiellen Grenzen angekommen, und seit langem versucht man, diese zu umgehen. Ich schliesse nichts aus, aber grundsätzlich kann man dauerhaft nicht von Tricks leben.
Es gibt eine ganze Reihe von Neuentwicklungen, sie sehr interessant sind. Z.B. klare Solarkollektorscheiben, die man als Fenster einbauen kann.
Oder die farbigen Solarkollektorscheiben, die durch die Prese gegangen sind, die auch ganz neue Eigenschaften haben.
Man variiert z.B. zur Zeit sehr stark die Lichtfrequenzen, die vom Kollektor wahrgenommen und verwertet werden.
Unter dem Begriff Degradation wird die alterungsbedingte Änderung der Parameter von Halbleiterbauteilen verstanden – in diesem Fall der Rückgang des Wirkungsgrades von Solarzellen im Laufe ihres Lebens.
Der Herstellungsprozess der Paneele ist extrem aufwendig und kompliziert. Hinzu addiere ich den Herstellungsprozess der Siliziumscheiben. Wenn das stimmt, was in wikipedia zu der Herstellung der Paneelen steht, - sie wird ausführlich aufgefühert - dann ist fast jede andere Technik, die ich kenne, einfacher zu bekommen. Der Umweltfaktor dürfte auch hierbei eine Rolle spielen.
Ich behandle hier kristalline und amorphe Solarzellen aus Silizium
Kristalline Solarzellen
Bei kristallinen Solarzellen beträgt der anfängliche Wirkungsgrad ca. 19–23 %. Oft garantieren die Hersteller nach 20-jährigem Betrieb noch eine Leistung von 80 bis 85 % der Nennleistung.
Für die Degradation verantwortlich ist im Wesentlichen ... die lichtinduzierte Degradation. Verantwortlich für die lichtinduzierte Degradation ist z. B. die Bildung von Bor-Sauerstoff-Komplexen.
Amorphe Siliziumsolarzellen
Eine besonders hohe Degradation von bis zu 25 Prozent kann bei Solarzellen aus amorphem Silizium im ersten Betriebsjahr auftreten. Für Solarmodule aus diesem Material wird jedoch nicht die Leistung zu Beginn der Lebenszeit, sondern die Leistung nach der Alterung in den Datenblättern und beim Verkauf angegeben. Solarmodule aus diesem Material haben also zunächst eine höhere Leistung als die, für die man bezahlt hat. Die Degradation, auch Staebler-Wronski-Effekt (SWE) genannt, erfolgt unter Lichteinstrahlung.
Nach etwa 1000 Sonnenstunden erreichen a-Si-Zellen einen stabilen Sättigungswert für den Wirkungsgrad.
Die Spitzenleistung Wc
Die Spitzenleistung ist eine physikalische Größe für die maximal mögliche Leistung eines Geräts. Ihre Einheit ist das Watt im Internationalen Einheitensystem.
Obwohl eine Größe nicht mit ihrer Einheit verwechselt werden sollte, hat die Spitzenleistung in der Umgangssprache manchmal das Nicht-SI-Symbol Wc (für "watt peak") oder Wp (für das englische "watt-peak").
In einer Photovoltaikanlage ist die Spitzenleistung beispielsweise die maximale elektrische Leistung, die von den Zellen unter Standardbedingungen STC (Standard Test Conditions) erzeugt werden kann1 :
einer Bestrahlungsstärke (Bestrahlungsstärke) von 1 000 W/m2 ;
eine spektrale Verteilung der Strahlung, die als AM 1.5 (Air mass 1.5) bezeichnet wird und der Sonnenstrahlung entspricht, die nach Durchquerung einer Atmosphäre mit einer Masse von 1 kg unter einem Winkel von 45° auf dem Boden ankommt;
eine Position der Paneele, die es ihnen ermöglicht, das Maximum der Strahlung einzufangen (ihre Ebene liegt senkrecht zur Richtung der direkten Strahlungsquelle) ;
eine Temperatur der Paneele von 25 °C.
Wenn die Temperatur 25 °C übersteigt, sinkt der Wirkungsgrad um 0,4 % pro zusätzlichem Grad.
Diese Größe hat drei Hauptverwendungszwecke:
Vergleich des Wirkungsgrads von Photovoltaikmaterialien unter denselben Bedingungen. Bei einer gegebenen Fläche ist ein Panel umso effizienter, je höher sein Wc-Wert ist, wobei der Wirkungsgrad zwischen 10 und 20 % liegt. Gängige Werte liegen bei 100 bis 200 Wp/m2 ;
Quantifizierung der Größe einer Anlage, unabhängig von den Sonneneinstrahlungsbedingungen. Eine Anlage von 1 kWp umfasst 5 bis 10 m2 Solarmodule mit gängiger Technologie;
den Vergleich der Solarvorkommen. In Frankreich kann mit einer 1-kWp-Anlage eine durchschnittliche jährliche Energiemenge von 850 kWh/Jahr in Lille und 1250 kWh/Jahr in Nizza erzeugt werden2,3.
Anmerkungen und Referenzen
"Photovoltaique.info - Performance of photovoltaic modules" [Archiv], auf photovoltaique.info (abgerufen am 18. März 2019).
" Definition von ADEME "(Archive.org - Wikiwix - Archive.is - Google - Was tun?)
Definition der HESPUL Association [Archiv].
Merkmale
Module sind in der Regel starre, dünne (einige Zentimeter dicke) rechteckige Parallelepipede, deren Länge und Breite in der Regel etwa 1 Meter beträgt, bei einer Fläche von etwa einem Quadratmeter und einer Masse von etwa 20 kg. Verschiedene Elemente (elektrische Anschlüsse, Befestigungen, eventuell ein Rahmen zur Gewährleistung der Wasserdichtigkeit) sind enthalten. Es gibt auch Module in Form von flexiblen und widerstandsfähigen Membranen sowie konzentrierte Module, die komplexer sind, aber das teuerste Element des Moduls, die Photovoltaikzelle, besser ausnutzen.
Die Umwandlungseffizienz eines Moduls ist aufgrund der internen elektrischen Verluste und der nicht abgedeckten Flächen geringer als die Energie, die von allen Zellen, aus denen es besteht, bereitgestellt wird. Sie liegt derzeit bei etwa 20 %.
Die tatsächlich von einem Modul aufgenommene Energie hängt von der Fläche und der Nennleistung des Moduls, der Sonneneinstrahlung (variiert je nach Breitengrad, Tageszeit, Wetter, Verdeckung usw.), der Temperatur des Moduls (in den Bergen ist die Produktion besser, da es dort kälter ist) und dem elektrischen Widerstand ab, der vom Stromkreis angelegt wird. In Europa kann mit jedem installierten Wp über das Jahr hinweg etwa 1 kWh Energie erzeugt werden, in Gebieten mit viel Sonnenschein und einem Heliostaten sogar doppelt so viel.
Neben der Leistung und der Fläche hat ein Photovoltaikmodul drei wichtige Eigenschaften:
die Abweichung von der Nennleistung, die in der Größenordnung von -0/+5 % liegt ;
die Leistungsänderung mit der Temperatur (mehr dazu im Abschnitt "Mögliche Energieverluste") ;
die zeitliche Stabilität der Leistung (Hersteller garantieren in der Regel 20 bis 25 Jahre lang mindestens 80 % der Ausgangsleistung).
Der Preis für solche Module lag 2008 bei etwa 3-4 €/Wp und sinkt stetig1. Im Jahr 2021 liegt der Großhandelspreis (EU spot market crystalline module price) bei weniger als 0,35 €/Wp2.
Der folgende Absatz aus wikipedia ist nicht von mir bestätigt:
Ein Photovoltaikmodul erzeugt im Betrieb keinen Abfall, die Kosten für die Demontage sind sehr gering und die Betriebskosten tendieren gegen null. Da es wasserdicht ist, kann es als Dacheindeckung verwendet werden, sofern der Wasserabfluss an den Rändern durch eine geeignete Montage kontrolliert wird.
Stellen Sie mir Ihre Frage, ich werde sie hier veröffentlichen!
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