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Klima und Energie
Tel.: (49) 0681/ 302-2737; Fax /302-4676 e-mail: [email protected] [email protected] (für größere Dateien)Homepage: http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/
Dr. Gerhard LutherUniversität des Saarlandes, FSt. Zukunftsenergie
c/o Technische Physik – Bau E26D-66041 Saarbrücken
EU - Germany
V_EKW3_0eUebersicht_SolarerStrom-PV.ppt
0. Klima <> Energie 1. Der Problemdruck - Warum müssen wir handeln 1.1 Ein Entwicklungsproblem 1.2 Ein Energieproblem (Endlichkeit der Ressourcen; Lieferengpässe : Preise) 1.3 Ein Klimaproblem 2. Wo stehen wir und was ist zu erwarten 2.1 CO2 und Energieeinsparung in BRD 1990 – 2005 2.2 Trend und Trend-brechende Aktivitäten: 2.2a Zum Reizthema: Vorzeitiges Abschalten der AKW‘s
3. Einige Trendbrecher zur CO2-Einsparung 3.1 Sonnenenergie (Offshore Wind, Biomasse, Solarthermie, Solarer Strom – PV )
3.2 Energieeinsparung beim Verbrauch 3.3 Fossile Kraftwerke hoher Effizienz Strategische Reserve: demnächst:
3.4 Fossile Kraftwerke mit CO2 Sequester 3.5 Solarthermische Kraftwerke im Süden vermutlich bald:
3.6 Kernkraftwerke der „Generation IV“ (inhärent sicher, nachhaltig, Proliferations-gesichert) vielleicht:
3.7 Fusionsreaktor ( Iter, Demo, Proto, >> „Standard FuKw“)
Klima und Energie
Hier geht‘s weiter
3.13.2 Strom aus Sonnenwärme
.21 Motivation und Hoffnungen auf thermische Solarktaftwerke .22 Konzentrierende Solarkollektoren: Entwicklung und Status (hier übernehme ich einen vorbildlichen Vortrag aus den FVS-Themen) .23 Anlagen und aktuelle Projekte .24 F&E-Bedarf bei Sonnenkollektoren
3.13.3 Photovoltaik ( PV)
.31 Solar Cell Physics .32 Solar Cell Materials .33 PV: Stand und Potenziale .34 Kostenreduktion .35 Förderung der PV durch Stromverbraucher und Staat
3.13 Direkte Sonnenenergie
3.13.1 Solarthermie
Strom aus Sonnenwärme-
Solarthermische Kraftwerke
3.13.2 Strom aus Sonnenwärme
Strom aus Sonnenwärme
3.13.21 Motivation und Hoffnungen auf thermische Solarktaftwerke
3.13.22 Konzentrierende Solarkollektoren: Entwicklung und Status (hier übernehme ich einen vorbildlichen Vortrag aus den FVS-Themen)
3.13.23 Anlagen und aktuelle Projekte
3.13.14 F&E-Bedarf bei Sonnenkollektoren
Hier nur kurze Übersicht: Ausführlichere Behandlung in EKW 2 im Zusammenhang mit Kraftwerksprozess, 3.5
1. Konzentrierende Solarkollektoren, da höhere Temperaturen erforderlich
• Spiegel oder Linsen als Auffangflächen ( das ist billiger als PV –Module)
• Nur das direkte Sonnenlicht wird genutzt • Nachführung der Auffangfläche
Das geht aber sehr viel besser in Sonnenländern als in unseren Breiten.
2. Einbindung in Kraftwerksprozess ermöglicht:
• kurzzeitige Zwischenspeicherung von Wärme
• Hybridbetrieb mit fossilem Brennstoff (H2? , Biomasse? ) möglich (Solaranlage ist sozusagen ein alternativer Kessel )
Solare Erwärmung des Arbeitsstoffes eines Dampfkraftwerkes:3.13.21
Prinzipien der Solarkonzentration
Solarturm Parabolrinnen Paraboloid
BQuelle: DPG2005_Klima, Abb.10.1, p.80
3.13.22
Die fünf 30 MW SEGS Kraftwerke bei Kramer Junction, California, USA
SEGS = Solar Electric Generating Systems
Quelle: M. Geyer e.a.: „Parabolrinnensysteme“ ; FVS - Themen2002 Solare Kraftwerke, Abb.1, p.14
3.13.23 Anlagen und Projekte
Technische Daten der SEGS – Kraftwerke
350 MW , seit 15-20 Jahren einwandfreier BetriebQuelle: M. Geyer e.a.: „Parabolrinnensysteme“ ; FVS - Themen2002 Solare Kraftwerke, Tabelle 1, p.15
BQuelle: DPG2005_Klima, Abb.10.2, p.84 Urquelle : BMU http://www.erneuerbare-energien.de/inhalt/5650/20049/
Erwartete Stromgestehungskosten solarthermischer Kraftwerke
unter verschiedenen Randbedingungen
Quelle: SolarMillenium Pressefoto; SolarMillenium_EuroTroughDemoLoop_inCalifornia_vonOben_mitAuto.jpg
Am 11. Februar 2006 erfolgte in Boulder City, Nevada, USA,
der erste Spatenstich für das 64 MW Solarkraftwerk „Nevada Solar One“.
Herzstück sind die 19.300 SCHOTT Solar-Receiver aus Mainz, EU-Germany.
„Nevada Solar One“ soll im Juni 2007 ans Netz gehen
Quelle: Fa. Schott, Mainz
Photovoltaik
3.13.3 PV
3.13.3 Photovoltaik ( PV)
3.13.31 Solar Cell Physics
3.13.32 Solar Cell Materials
3.13.33 PV: Stand und Potentiale
3.13.34 Kostenreduktion
3.13.35 Förderung der PV durch Stromverbraucher und Staat
Die meisten Folien und Erklärungen habe ich übernommen von :
Quelle: J. Luther: „Potenziale der Sonnenenergie –Heutige Technologien und Trends“ , Vortrag 21.11.2005, Folie 6 http://www.ise.fhg.de/german/vortraege_luther/index.html (sehr wichtige Quelle für hervorragende Vorträge zu PV, Sonnenenrgie und RE)
Zum Original: http://www.ise.fhg.de/german/vortraege_luther/index.html
Aktuell kompetentverständlich
Auszug:
Dr. Karl Molter / FH Trier / [email protected]
PhotovoltaicsTechnology
Components and Systems Applications
Clemson Summer School
6.5. – 8.5.06
Dr. Karl Molter
FH Trier
www.fh-trier.de/~molter
Zum Original: http://www0.fh-trier.de/~molter/clemson/PV-en.ppt
Didaktischgute Erklärungder Grundlagen
ISBN= 3-528-06518-4Vieweg Verlag Braunschweig (1993)
Sehr empfehlenswertbeiphysikalischem Grundwissen.
Quelle: Physik der Solarzelle
3.13.3 Photovoltaik ( PV)
3.13.31 Solarzelle Cell Physics
3.13.32 Solar Cell Materials
3.13.33 PV: Stand und Potenziale
3.13.34 Kostenreduktion
3.13.35 Förderung der PV durch Stromverbraucher und Staat
Dr. Karl Molter / FH Trier / [email protected]
1. Solar Cell Physics
• Solar Cell and Photoelectric Effect
• The p/n-Junction
• Solar Cell Characteristics
3.13.31
Zu den Folien zu diesem Kapitel aus der Vorlesung von Dr. Molter:
lokale Exzerptdatei V_EKW3_0e1_Molter-2006_PV-01SolarCell_Physics.ppt
Zum Original: http://www0.fh-trier.de/~molter/clemson/PV-en.ppt
Ergänzung: 1. Kontaktpotentiale 2. Direkte (GaAs) und indirekte (Si, Ge) Halbleiter
Kontaktspannungen im thermischen Gleichgewicht
Quelle:Rudolf Müller „Grundlagen der Halbleiter-Elektronik“, Springer Verlag Berlin 1971,ISBN 3-540-05278-X; Abb. 66, p.102
3.13.31_E1
Eine Messung der Diffusionsspannung an den Klemmen der verschieden dotierten Zonen ist im thermischen Gleichgewicht nicht möglich, da an den Kontakten zum Halbleiter unterschiedliche Kontaktspannungen entstehen, deren Differenz gleich der Diffusionsspannung ist.
Sind alle Kontakte auf gleicher Temperatur, so ist in einem geschlossenen Kreis die algebraische Summe der Kontaktspannungen Null.
Die Diffusionsspannung selbst ist die Kontaktspannung zwischen verschiedenen dotierten Halbleiterzonen.
Die gegenseitige Kompensation der Kontaktspannungen folgt aus der konstanten Höhe des Fermi- Niveaus im thermischen Gleichgewicht.
Quelle:Rudolf Müller „Grundlagen der Halbleiter-Elektronik“, Springer Verlag Berlin 1971,ISBN 3-540-05278-X; Abb.66, p.101
Quelle:Rudolf Müller „Grundlagen der Halbleiter-Elektronik“, Springer Verlag Berlin 1971,ISBN 3-540-05278-X; Abb 43. ,p.73
. Bänderstruktur von Ge, Si und GaAs
Abb. 43. Bänderstruktur von Ge. Si und GaAs, [33]. Die Werte für die Bandabstände in Ge sind [60] entnommen.
I--------------------Indirekte Halbleiter ---------------I I-----direkter Halbleiter -I
Ge Si GaAs
3.13.31_E2
In dem behandelten eindimensionalen Modell zeigt der Wellenvektor k in Richtung dieser eindimensionalen Atomkette. In einem dreidimensionalen Kristallgitter hängt die Energie nicht nur vom Betrag, sondern auch von der Richtung des Ausbreitungsvektors ab; man erhält daher für verschiedene Richtungen verschiedene Abhängigkeiten E(k). Abb. 43 zeigt die Bänderstruktur für Ge, Si und GaAs für zwei bevorzugte Richtungen (mit den Miller-Indizes 111 und 100; s. z.B. Bd. 4 dieser Reihe ). Außer der Tatsache, daß für einen Energiewert mehrere k- Werte existieren (Überlappung von Bändern), fällt besonders auf, daß bei Ge und Si das Minimum des Leitungsbandes bei einem anderen k- Wert liegt als das Ma:ximum des Valenz bandes. Dies bedeutet, daß sich bei Elektron-Loch-Paarerzeugung bzw. bei Rekombination sowohl die Energie als auch der Impuls ändert (indirekte übergänge).
Im Gegensatz dazu hat GaAs einen "direkten übergang", d.h. die Impulsänderung ist Null bei Generation bzw. Rekombination.
Optische Absorptionsspektren einiger relevanter Halbleiter
Man sieht, dassim sichtbaren Spektralbereich kristallines Silicium trotz seiner niedrigeren Energielücke wesentlich schwächer absorbiert als GaAs. -
BQuelle: W.Fuhs in D. Meissner (Hrg.): „Solarzellen, physikalische Grundlagen und Anwendungen in der Photovoltaik“, p.17, Abb.3
Si
Si
GaAs
GaAs
GaAs
Absorptionskonstanteaus dem Absorptionsgesetz expd
Dr. Karl Molter / FH Trier / [email protected]
2. Solar-cell Technologies
• Materials
• Technologies
• Market shares and development
3.13.32
Zu den Folien zu diesem Kapitel aus der Vorlesung von Dr. Molter:
lokale Exzerptdatei
Zum Original: http://www0.fh-trier.de/~molter/clemson/PV-en.ppt
PV: Stand und Potenziale
3.13.33
Quelle: J. Luther: „Potenziale der Sonnenenergie –Heutige Technologien und Trends“ , Vortrag 21.11.2005, Folie 8 http://www.ise.fhg.de/german/vortraege_luther/index.html (sehr wichtige Quelle für hervorragende Vorträge zu PV, Sonnenenrgie und RE)
Quelle: J. Luther: „Hocheffiziente Photovoltaik –Stand und Potenziale“ , Vortrag 22.2.2006 , Folie 6 http://www.ise.fhg.de/german/vortraege_luther/index.html
Quelle: J. Luther: „Hocheffiziente Photovoltaik –Stand und Potenziale“ , Vortrag 22.2.2006, Folie 16 http://www.ise.fhg.de/german/vortraege_luther/index.html
Quelle: J. Luther: „Hocheffiziente Photovoltaik –Stand und Potenziale“ , Vortrag 22.2.2006, Folie 17 http://www.ise.fhg.de/german/vortraege_luther/index.html
Quelle: J. Luther: „PV Activities and Strategies at theFraunhofer ISE“ , Vortrag 5.5.2006 , Folie 6 http://www.ise.fhg.de/german/vortraege_luther/index.html
Quelle: J. Luther: „PV Activities and Strategies at theFraunhofer ISE“ , Vortrag 5.5.2006 , Folie 8 http://www.ise.fhg.de/german/vortraege_luther/index.html
Quelle: J. Luther: „PV Activities and Strategies at theFraunhofer ISE“ , Vortrag 5.5.2006 , Folie 13 http://www.ise.fhg.de/german/vortraege_luther/index.html
Quelle: J. Luther: „PV Activities and Strategies at theFraunhofer ISE“ , Vortrag 5.5.2006 , Folie 14 http://www.ise.fhg.de/german/vortraege_luther/index.html
Quelle: J. Luther: „PV Activities and Strategies at theFraunhofer ISE“ , Vortrag 5.5.2006 , Folie15 http://www.ise.fhg.de/german/vortraege_luther/index.html
Relativ hohe Anforderungen an die witterungsbeständigen und langlebigen Module:
Quelle: J. Luther: „Forschung und Entwicklung für eineNachhaltige Energieversorgung“, Vortrag 8.3.2006;Folie24 http://www.ise.fhg.de/german/vortraege_luther/index.html
BQuelle:Intersolar2006 – Freiburg, Messekatalog ; UrQuelle: Solarpromotion GmbH, Freiburg
PV-Marktdaten in Deutschland
Hier nur:
Kostenreduktion Photovoltaik,
3.13.34
Quelle: J. Luther: „Hocheffiziente Photovoltaik – Stand und Potenziale“, Vortrag 22.2.2006; Folie 3 http://www.ise.fhg.de/german/vortraege_luther/index.html
Stand 2006_0529
wg. Überförderung in BRD boomt die Nachfrage, solar-grade Si wird knapp und die Preise steigen:
Quelle: J. Luther: „Perspektiven der technischen Nutzung der Sonnenenergie, Vortrag 19.6.2006 , Folie 10 http://www.ise.fhg.de/german/vortraege_luther/index.html
Quelle: Bernreuter:“Energie: Siliziumengpass begrenzt PV: Das graue Gold ist knapp “, VDI- Nachrichten Nr.14 (2005), 8.4.2005; p.14
Die Produktion von Solarzellen, gemessen in MW, steigt weltweit. Das Silizium für Solarzellen kann seit 1998nicht mehr alleine aus den Siliziumabfällen der Halbleiterindustrie gedeckt werden. Daher: Solarsilizium.
Neue Produktionskapazitäten für Solar Silizium sind weltweit im Aufbau.
z.B. Erweitert die Firma Wacker Chemie AG ihre Produktionskapazitäten
an polykristallinen reinst Siliziumund möchte gerne Weltmarktführer (jetzt Nr.2) werden
PolySilizium Produktion am Standort Burghausen:
derzeit (2006) : 5.500 [t/a]
Anfang 2008 : 10 000 [t/a]
Ende 2009 : 14 500 [t/a]
Quelle: Wacker Chemie Pressemitteilung 28.6.2006, http://www.wacker.com/cms/de/press_media/press-releases/
Erfahrung als Kunde des Elektronik-Einzelhandels
Sehr komisch, die Preise sind höher als vor 10 Jahren !!Ich werde der Sache nachgehen müssen
Currys to sell solar panels By Eoin Callan
Published: July 30 2006 22:10 | Last updated: July 30 2006 22:10
Currys will this week become the first big UK retail chain to sell domestic solar power panels, giving homeowners the chanceto slash their energy bills.The company said it would cost the average three-bedroom household about £9,000 to buy and install the panels. This would be substantially cheaper than going to specialist suppliers, which currently charge up to £16,000, but it would still take an average household between seven and 18 years to recoup fully its costs. Homeowners could expect to reduce their energy bills by about 50 per cent, the company said. It added that public attitudes towards solar power had reached a tipping point because of soaring fuel prices and fears about climate change.
“We think the moment has arrived. We are anticipating interest from those concerned about rising energy costs, early adopters and the environmentally conscious,” the company said.“Currys has identified a clear demand for renewable energy solutions from customers. Market evaluation has revealed significant levels of interest.”The move dovetails with government steps to encourage the growth of the sector by easing planning restrictions for solar panels
and tax credits.Homes account for more than one-quarter of the UK’s carbon dioxide emissions.The prices may be more than most consumers expect to spend in a Currys store but reflect a sharp fall in the cost of solar systems in recent years. Panels have come down in price by more than half in the past five years amid intense competition among global manufacturers. UK industry estimates for further price falls are 5 per cent a year, but global prices could drop more quickly, in line with a wider slide in the cost of electrical goods such as flat-panel televisions.
The company will begin with three pilots at stores in Fulham, Croydon and West Thurrock.………………………….…Copyright The Financial Times Limited 2006
31.7.2006:Eine gute Nachricht aus Großbritannien:
Förderung der PV
durch Stromverbraucher
und Steuerzahler*
3.13.35
* Die einst üppige steuerliche Förderung wurde mit Wirkung vom 1.10.2006 reduziert
Förderung der PV:
1. EEG und 2. Steuerabschreibung1. EEGÜbersetzt man die geschwollene juristische Prosa des EEG in eine effektive mathematische Sprache so gilt für
die 20 Jahre lang gültige Einspeisevergütung P• Bei normalen Dachanlagen (und Lärmschutzwände) bis 30 kWp: (1) P = P0 * 0,95 (N-N0)
mit P0 = 57,4 [cent/kWh] ( bei Anlagen bis 30 kWpeak )
N = Jahr der Inbetriebnahme der Anlage N0 = 2004 AD
(2) P = (P0 + PZusatz )* 0,95 (N-N0)
• Bei allgemeinen Anlagen an /auf Gebäuden und Lärmschutzwänden:
PZusatz :
bei Dachanlagen (und Lärmschutwänden) : PZusatz = 0 [ct /kWh]
bei Fassaden etc. : PZusatz = 5 [ct /kWh]
P0:bei Dachanlagen <= 30 kWp : P0 = 57,4 [ct /kWh] ~ ~ mit ]30 – 100 [ kWp : P0 = 54,6 ~ ~ mit >=100 kWp : P0 = 54,0
(3) P = P0 * 0,95(N-N0) für N = 2004 und 2005 AD
• Bei Freiflächen und sonstigen Anlagen:
Bei Freiflächen und sonstigen Anlagen: P0 = 45,7 [ct /kWh] Und unverändert: N = Jahr der Inbetriebnahme der Anlage N0 = 2004 AD
(4) P = P0 * 0,95 * 0,93(N-N0+1) für N >= 2006
Direkte BQuelle: http://www.gesetze-im-internet.de/bundesrecht/eeg_2004/gesamt.pdf Gespeichert unter: EEG_2004_BGB-II-2004-1918.pdf
Das EEG : Der Antrieb für den Ausbau des RE- Stromes
Der einschlägige Gesetzestext
1a. Abnahmeverpflichtung - der „geborene“ Netzzugang
Die teuren Zauberworte:
unverzüglich vorrangig
1b. Fester Einspeisetarif für PV auf 20 Jahre
Der einschlägige Gesetzestext
Hinzu kommen noch:
Förderung der PV:
1. EEG und 2. Steuerabschreibung
2. Steuerliche Begünstigung
Siehe Vorbemerkung. Sorry, ich habe es nicht mehr geschafft, das auf einen kurzen Nenner zu bringen. Aber es lohnte sich.Nachbemerkung: seit 2005.10 können Verluste nur noch vorgetragen werden (also jetzt keine Verrechnung mit anderen Einkünften mehr möglich).
1. Vorbemekung: Ich blicke selber hier nur teilweise durch. In dem Prospekt des Beteiligungsfonds der voltwerk AG beansprucht das Kapitel „2 Steuerliche Aspekte “ immerhin 9 Druckseiten; und schließt mit der Empfehlung zum „persönliche Steuerberater“ zu gehen.
Dies lohnt sich auch, denn
der eigentliche Reiz für betuchte Anleger liegt in der kurzfristigen (!!) steuerlichen Absetzbarkeit eines Großteils (ca. 80%) der Investitionskosten !!
Achtung: ungültig seit 2005.1001
PhotovoltaicsTechnology
Components and Systems Applications
Clemson Summer School
6.5. – 8.5.06
Dr. Karl Molter
FH Trier
www.fh-trier.de/~molter
Exzerpt aus:
Zum Original: http://www0.fh-trier.de/~molter/clemson/PV-en.ppt
