Photovoltaik, Grundlagen

In der heutigen Energieversorgung spielt die Photovoltaik eine zentrale Rolle. In der Schweiz werden erfreulicherweise jedes Jahr mehr PV-Anlagen installiert, was entsprechend viele Fachkräfte braucht. Das Modul pvg will den Studierenden ein fundiertes Grundlangenwissen und Kompetenzen im Bereich PV vermitteln, was ihnen ermöglichen wird, anspruchsvolle Optimierungsaufgaben im Bereich PV zu übernehmen.

Teil 1: Solarzellen

Theorie

• Physikalische Grundlagen der Solarzelle

• Kenngrössen

• Solarzellentypen

Labor: Messung von UI-Kennlinien von Solarzellen

• Manuelle MPP-Bestimmung mit einem variablen Widerstand

• Einfluss der Bestrahlung (Bestrahlungsstärke Spektrum)

• Einfluss der Zellentemperatur

• Charakterisierung verschiedener Typen von Solarzellen

Teil 2: Solarmodule

Theorie

• Verschaltung von Solarzellen zu Modulen

• Aufbau von Modulen

• Einsatz von Byepassdioden

• Zuverlässigkeit von Modulen

Labor

• Reihen- und Parallelschaltung von Solarzellen, Untersuchung von Abschattung mit und ohne Byepassdiode

• Charakterisierung von Solarmodulen in der Klimakammer und im Aussenbereich unter verschiedenen Bestrahlungs- und temperaturbedingungen

• Charakterisierung des Temperaturkoeffizienten

• Charakterisierung von bifacialen Modulen

• Field Trip zu Modulhersteller (z.B. Megasol, Meyer Burger)

Teil 3: Photovoltaiksysteme

Theorie

• Einführung in Solarsysteme

• Optimierung der Auslegung von Solarsystemen (energetische und finanzielle Aspekte)

Labor:

• Auslegung und Simulation von Solaranlagen auf bestehenden Gebäuden mit einem von der FHNW entwickelten Virtual Reality Tool

• Charakterisierung des Wirkungsgrades von Wechselrichtern unter verschiedenen Lastprofilen

Die Studierenden

• können Kenngrössen wie Kurzschlussstrom, Leerlaufspannung, Serienwiderstand, Parallelwiderstand, Füllfaktor, Maximalleistung, Wirkungsgrad und Temperaturkoeffizienten aus UI-Kennlinien von Solarzellen und -modulen bestimmen.

• kennen die Standard-Testbedingungen für die Charakterisierung von Solarzellen und -modulen sowie in der Industrie und Labor verbreitete Messmethoden.

• verstehen den Zusammenhang zwischen Bestrahlungsstärke, Sonnenspektrum, Zellentemperatur und den elektrischen Kennwerten der Solarzellen.

• kennen die wichtigstem Solarzellentechnologien.

• kennen den Grundaufbau von Solarmodulen und verstehen den Einfluss von Serien- und Parallelschaltung auf die Kennwerte eines Solarmoduls.

• können anhand von Datenblättern Solarmodule miteinander vergleichen.

• können die Funktion und Rolle von Bypass-Dioden in einem Solarmodul als Schutz vor Hotspots erklären.

• kennen die wichtigsten Ausfall- und Degradationsmechanismen von Solarmodulen.

• können den Einfluss der Lage und Modulorientierung auf den jährlichen Ertrag von Modulen abschätzen.

• kennen die Komponenten und den Aufbau von Photovoltaiksystemen sowohl für die Netzspeisung als auch für die Speicherung von Solarstrom

• kennen die Funktionsweise von Wechselrichtern in einem Photovoltaiksystem und können den Einfluss des Wechselrichters auf die Kennwerte des Designs abschätzen.

• können mit Hilfe einer cloudbasierten «virtual reality» Software eine kostenoptimierte Solaranlage für ein existierendes Gebäude planen.