Alexander Liebram wurde 1987 in Nordhausen geboren und studierte an der Bauhaus-Universität Weimar den Bachelorstudiengang Baumanagement . Seinen Masterabschluss erlangte er in regenerativer Energie und energieeffizientem Bauen an der Universität Kassel. Seitdem hat der Autor diverse berufliche Erfahrungen gesammelt: Er arbeitete u.a. in einem Ingenieurbüro mit Spezialisierung auf energetische Beratung, einem Generalunternehmen für hochwertigen Ladeninnenausbau und war weiterhin Teil eines internationalen Planungsteams in einem chinesischen Automotiveprojekt. Der Autor ist mittlerweile in das Familienunternehmen gewechselt, welches auf Elektrotechnik spezialisiert ist. Das Interesse an der Photovoltaik und eigene durchgeführte PV Projekte führten zu seiner Veröffentlichung mit dem Ziel, Checklisten zu erstellen, die die Betreuung eines PV-Projektes von Standortanalyse bis Betrieb erleichtern. Das Ergebnis ist eine kompakte Einführung in die PV-Technik.

Textprobe: Kapitel 3., Energieentstehung durch Sonnenlicht: 3.1, Strahlungsarten: Licht besteht neben seinen Teilcheneigenschaften, aus einem breiten Spektrum einzelner Strahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge und Intensität. Der Mittelwert der Strahlungsintensität wird Solarkonstante genannt. Dieser Wert wird vereinfacht als konstant angesehen, obwohl er durch die unterschiedliche Entfernung zwischen Erde und Sonne im Laufe eines Jahres um 3,5% nach oben bzw. unten schwankt. Die Strahlung erfolgt in 3 Bereichen, dem optischen, dem ultravioletten und dem Infrarotbereich, wobei die höchste Strahlungsintensität im optischen Bereich vorliegt. Die Strahlungsintensität ist auf der Erde von verschiedenen Faktoren abhängig und im Gegensatz zum Weltraum nicht konstant. Abhängigkeiten entstehen durch die Jahreszeit, die Bewölkung, die geographische Lage und weitere Faktoren. Die gesamte auf eine horizontale Fläche treffende Sonnenenergie wird Globalstrahlung genannt. Sie kann unterteilt werden in direkte Strahlung und diffuse Strahlung. Diffuse Strahlung besitzt lange Wellenlängen und entsteht dadurch, dass das Licht von der Erdoberfläche reflektiert wird oder bzw. und an den Wolken gebrochen wird. Direkte Strahlung besitzt demzufolge kurze Wellenlängen und trifft ohne Hindernisse auf der Oberfläche auf. Im europäischen Raum überwiegt die diffuse Strahlung, vor allem in den Wintermonaten besteht die Globalstrahlung hauptsächlich aus der diffusen. In den Sommermonaten ist das Verhältnis zwischen diffuser und direkter Strahlung etwa gleich groß. Beide Strahlungsarten leisten ihren Beitrag zur Stromerzeugung, bei direkter Strahlung wird allerdings mehr Energie erzeugt. Doch da in unseren Breiten ein Jahresmittel von 50% diffuser Strahlung vorherrscht sind die Module technisch bestmöglich darauf abgestimmt. 3.2, Halbleiter: Um den photoelektrischen bzw. photovoltaischen Effekt zu beschreiben ist es nötig vorher einige Informationen über Halbleiter zu geben. Halbleiter sind weder reine Leiter wie Metalle, noch Isolatoren wie Kunststoffe, sie lassen den elektrische Strom gewissermaßen mit einem Widerstand durch. Der bekannteste und am meisten verwendete Halbleiter ist Silizium, er wird auch in der Elektronik häufig verwendet. Grund für den hohen Einsatz von Silizium sind die guten technologischen Eigenschaften, sowie das häufige Vorkommen, es ist das zweithäufigste chemische Element auf der Erde. Silizium kommt ausschließlich in gebundener Form im Quarz und Quarzsand vor. 3.3 Der innere Photoelektrischer Effekt: Wesentlich zur direkten Umwandlung von Sonnenlicht in Strom ist der innere Photoelektrische Effekt, der durch Strahlungsenergie im Halbleiter abläuft. Durch Sonneneinstrahlung steigt die Temperatur und das Kristallgitter beginnt zu schwingen. Dabei lösen sich teilweise die negativ geladenen Elektronen aus den Valenzbindungen und es entsteht an dieser Stelle ein Loch. Dieses Loch wird als Defektelektron bezeichnet und stellt eine positive Ladung dar. Es wird sofort durch ein weiteres freigewordenes Elektron besetzt, wodurch an einer anderen Stelle ein Loch entsteht. Auch dieses wird wieder besetzt, es entsteht eine elektrische Leitfähigkeit. Der in Abbildung 5 veranschaulichte Prozess läuft jedoch nur ab, wenn die Energie der Photonen größer ist als der Energie-Bandabstand, d.h. die Energie die nötig ist um das Elektron aus dem Valenzband in das Leitungsband zu heben. Das wiederum heißt, wenn eine bestimmte Lichtfarbe unterschritten wird und somit eine Grenzwellenlänge, kommt es nicht zum Herauslösen der Elektronen. Beim Silizium beträgt die Grenzwellenlänge ?g 1.117nm, was weißem Licht entspricht. 3.4, Umwandlung von Strahlung in Energie in Solarzellen: 3.4.1, Der pn-Übergang: Es werden in einem PV-Modul zwei Schichten gebildet, und zwar eine positive (p) und eine negative (n), diese elektrischen Eigenschaften werden durch eine Dotierung erzielt. Silizium besitzt wie in Abb. 5 zu sehen 4 Valenzelektronen, die jeweils mit einem Valenzelektron des Nachbaratoms eine Bindung eingehen. Bei der Dotierung wird zu je 108 Silizium-Atomen 1 Fremdatom beigemischt, man kann diesen Prozess als gezielte Verunreinigung bezeichnen. Eine n-leitende Schicht wird durch Zugabe eines Atoms mit 5 Außenelektronen erreicht (z.B. Sb – Antimon oder P - Phosphor). Es gehen vier der Sb-Valenzelektronen eine Bindung mit den Außenelektronen des benachbarten Silizium-Atoms ein, eines jedoch bleibt als freier Ladungsträger übrig und kreist um das Sb-Atom. Es reicht hier eine geringe Energiezufuhr um es zu entreißen. Weiterhin entstehen Defektelektronen durch den Vorgang der Eigenleitung, wie in 3.3 beschrieben. Das Antimon-Atom wird als Donator bezeichnet, da es ein Elektron freigibt (donare – lat. schenken). Die Stelle an der es eingebaut ist wird als Störstelle bezeichnet. Da dadurch die Leitfähigkeit erhöht wird spricht man von einer Störstellenleitung. Die negative Polung kommt dadurch zustande, dass die Anzahl der Elektronen die der Defektelektronen übersteigen. Eine p-leitende Schicht erhält man durch die Verunreinigung mit einem Atom, welches nur 3 Valenzelektronen besitzt (z.B. In – Indium oder B – Bor), dieses wird als Akzeptor bezeichnet. Dadurch kann an der Störstelle nur mit 3 Elektronen des Silizium-Atoms eine Bindung eingegangen werden. Die vierte Bindung bleibt frei, wodurch diesem Silizium-Elektron ein Loch gegenüberliegt, welches von einem seiner Außenelektronen besetzt wird. Das hat wiederum zur Folge, dass an dieser Stelle ein Loch entsteht, welches durch ein benachbartes Elektron besetzt wird, man kann sagen es entsteht eine Löcherkette. Da Löcher Defektelektronen sind, die positiv geladen sind und die Mehrheit in dieser Schicht bilden, entsteht eine p-leitende Schicht.

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Die globalen Volkswirtschaften werden immer energiehungriger. Energie ist eine entscheidende Ressource - sowohl in der Wirtschaft als auch im Privaten. Da konventionelle Energieträger schwinden und unter immer schwierigeren Bedingungen zu gewinnen sind, ist die Nutzung regenerativer Energiequellen von steigender Bedeutung. Ein prominentes Beispiel ist die Photovoltaik, die mit Hilfe des photovoltaischen Effekts elektrische Energie aus der Strahlung der Sonne erzeugt. Dieses Buch gibt einen Einblick in die Funktion und die Art und Weise, wie Photovoltaik genutzt werden kann. Darüber hinaus wird die Frage beleuchtet, ob und inwiefern Photovoltaikanlagen wirtschaftlich sind. Ein weiterer Aspekt liegt in der Ausarbeitung von Checklisten, die es ermöglichen, ein PV-Projekt von der anfänglichen Idee sowie der Planung und Bauausführung bis hin zum Betrieb zu managen. Neben einem kompakten Einstieg in das Feld der Photovoltaik sowie technischen Erläuterungen finden betriebswirtschaftliche Aspekte, wie Finanzierung, steuerliche Rahmenbedingungen, Versicherung, etc., ebenfalls Berücksichtigung.