Photovoltaik bedeutet die direkte Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie.
Der Begriff Photovoltaik leitet sich aus dem griechischen Wort für "Licht", sowie aus der Einheit für die elektrische Spannung Volt ab. Sie ist ein Teilbereich der Solartechnik, die weitere technische Nutzungen der Sonnenenergie einschließt.
Anwendung findet diese Umwandlung, unter anderem auf Dachflächen, bei Parkscheinautomaten, in Taschenrechnern, an Schallschutzwänden und auf Freiflächen.
Erste kleinere Versuche, Module zu kühlen, machten wir 2009. Dabei hinterlegten wir einem kleinen Photovoltaikmodul eine Art
Schlangen-Geflecht, eingebettet in ein Aluminiumfolienbett und ließen Wasser zirkulieren. Das Ergebnis war toll.

Bei einer ungekühlten Modultemperatur von 45 °C, erreichten wir mit Kühlung 25 °C Modultemperatur

Also war der nächste Schritt eine Testanlage

Auf unserer Testanlage in Donaueschingen wurden zwei identische monokristallene Photovoltaikmodule auf der Südseite nebeneinander installiert. Während ein Modul auf herkömmliche Weise betrieben wird, wird das andere mit der neuen Technologie gekühlt.

Der obere Puffer stellt einen wesentlichen Bestandteil der Anlage dar. In diesem ist ein Füllstandsregler und Sensoren enthalten, welche mit einer Pumpe verbunden sind. Die Kühlung kommt nun nur bei Bedarf zum Einsatz. Wir sind somit nicht an einen permanenten Kühlkreislauf gebunden.

Die benötigte Energie zur Betreibung der Pumpe und der Sensorik wird direkt von den Modulen entzogen. Eine wirschaftliche Gegenüberstellung des Verbrauchs mit dem Ertrag gibt ein Verhältnis 1:10 an
Technische Daten
Auf der Testanlage stellen wir verschiedene Varianten der Möglichkeit zur Kühlung dar und versuchen einen hohen Wirkungsgrad unter Berücksichtigung einer hohen Wirtschaftlichkeit zu erreichen.
Die Überlegungen gehen dahin, dass das Modul...

...sporadisch unter Berücksichtigung des Bedarfes gekühlt wird
...permanent unter Berücksichtigung des Bedarfes gekühlt wird,
...in Intervallen ohne Berücksichtigung des Bedarfes gekühlt wird

Um eine konstante Auswertung zu erreichen, setzten wir eine permanente Kühlmitteltemperatur
von 10,5 °C - 11,5 °C ein. Dieses erreichten wir zum Anfang mit einem Kühlschrank

Die Kühlung mit dem EWT 50.. .







...unser EWT 50 ist ein patentierter passiver Wärmetauscher der ganz ohne Energieeinsatz für eine Kühlentlastung konzipiert wurde. Im Sommer kann unser EWT 50 als Kühlelement und im Winter als Wärmelieferant dienen. Durch seinen von uns patentierten Aufbau, liefert er ganzjährig eine Durchschnittstemperatur von ca. 12°C bis 15°C. Photovoltaik Module, welche einen Kollektor zur Kühlung der Photovoltaik Zellen besitzen, werden mit dem EWT 50 verbunden und benötigen lediglich eine einfache Umwälzung für eine Effizienzsteigerung von Photovoltaik Modulen.
Auch ist er für den Betrieb einer Wärmepumpe geeignet.

Vorzüge des EWT 50.

Der EWT 50 ist durch seinen speziellen Aufbau eine kostengünstige und flächenschonende Alternative. Im direkten Vergleich benötigt der EWT 50 bei vergleichbarer Leistung nur ca. 25% der Fläche und der Kosten. Er ist je nach Gegebenheiten des Baulandes und/oder des Untergrundes flexibel einsetzbar und erweiterbar. Das Gelände über dem Tauscher kann nach seinem Einbau gärtnerisch weiter genutzt werden, ist mit bis zu 12 t überfahrbar und besitzt keine negative Kapillarwirkung auf den Boden. Es werden ausschließlich umweltverträgliche Materialien verwendet. Er benötigt durch seine geringe Einbautiefe, keine behördliche Genehmigungspflicht.


Wirkungsweise des EWT 50

Unser EWT 50 überträgt, auf der Basis eines thermodynamischen Modells, die eingeleitete Wärmemenge ins Erdreich, umgeht durch seinen speziellen Aufbau einen unmittelbaren Wärmestau und nutzt das Erdreich als temporäre Wärmesenke. Verschiedene speziell ausgewählte und umweltverträgliche Materialien, mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, transportieren die Eingangswärme vom Kern des EWT 50 ins Erdreich ab.


Vorteile

höhere Leistungsausbeute von bis zu 30 %, da die PV-Module mit einer Temperatur um bis zu 50 °C niedriger betrieben werden können. Leistungsgewinn durch Nullenergiebedarf für Kühlung langlebigere Photovoltaik, konstanter Betrieb durch annähernd gleiche Temperierung der Zellen kostenlose Wärme im Winter für die Wärmepumpe.

Der in der Praxis getestete EWT 50 besitzt auch eine gewisse Eigenwärmespeicherfähigkeit. Optional kann er daher auch als Erdkollektor verwendet werden, indem die Oberflächen mit einem hochisolierenden Material versehen werden. Dieses Material wird speziell auf die Bodenbeschaffenheit abgestimmt und ist zu 100 % umweltverträglich und recycelbar.

Die Sonnenenergie trifft mit einer Leistung von ca.1000 Watt auf unsere Erdoberfläche.
Beim derzeitigen Stand der Technik wandeln Photovoltaikzellen jedoch nur 15 bis 20 Prozent der einstrahlenden Sonnenenergie in Strom um, der Rest geht in Form von Wärme verloren, die diese aufheizen. In unseren Breitengraden können schnell Temperaturen von +40 bis +60 °C in den Sommermonaten erreicht werden, bei schlecht hinterlüfteten Anlagen sogar bis zu +90°C.
So ist das Erstaunen oft groß, wenn an vermeintlich schönen Sommertagen die Betreiber von Photovoltaikanlagen nur niedrige Erträge verbuchen können, während im Herbst oder im Frühjahr gute Ergebnisse erzielt werden.
Der Hintergrund dieses Phänomens lässt sich wie folgt erklären: „
... Die durch Lichteinfall gebildeten Elektronen-Loch-Paare sind sehr unbeständig, denn nach kurzer Zeit rekombinieren sie sich. Das heißt, sie fallen an ihre alten Plätze zurück. Es entsteht "nur" Wärme.
Will man die Ladungsträger-Paarbildung zur Elektroenergiegewinnung ausnutzen, so müssen die Elektronen und die Löcher voneinander getrennt werden.
Zu diesem Zweck baut man Solarzellen aus zwei verschiedenen Schichten auf, einer negativ dotierten n-Schicht und einer positiv dotierten p-Schicht... „


Dieses Phänomen wird mit dem sogenannten Temperaturkoeffizienten beschrieben.
Der Koeffizient gibt praktisch an, wie viel Prozent an Leistung verloren geht, wenn sich das Modul um 1 °C aufheizt.
Bei einer Temperatur von nur 65 °C liegt demnach der Leistungsverlust mitunter bereits bei 20 Prozent.
Bei einem Photovoltaikmodul mit einer maximal möglichen Leistung von
ca. 200 Wp entspricht ein Verlust von 20 Prozent einer Leistung von 40 Watt.
Auf diese Weise entgehen dem Besitzer schnell mal einige 100 Euro bei der Vergütung seiner Anlage.

Wo liegt der Qualitätsunterschied einer Photovoltaikzelle ?



Bei einer 100-fachen Vergrößerung zeigen sich die Qualitätsunterschiede.
Die kristalline Struktur des Silizuims entsteht bei der Herstellung der Zelle.
In diesem Beispiel wurde der Ziehvorgang der monokristallinen Zelle zu schnell getätigt. Dadurch konnte sich das Silizium nicht "beruhigen".

Schnell ist nicht immer besser, aber günstiger.

Die Leistung nimmt mit der Zeit ab.
So verwundert es keinen, dass die Leistungsgarantienangaben so unterschiedlich sind.
Die meisten Hersteller geben eine Garantie
für 90% der Leistung auf 10 Jahre.
Der große Unterschied in der Qualität zeigt sich bei der 80%igen Leistungsgarantie.

Die der Sonne zugewandte Seite eines Photovoltaikmoduls besteht aus dem "Solarglas", dieses ist ein speziell entmineraliesiertes und wärend der Produktion vorgespanntes Glas.
Gleichzusetzen mit Sicherheitsglas.

Die zweite Schicht ist eine Laminat-Siliconfolie; nun folgt die eigentliche Zelle, anschließend wieder
eine Laminat-Siliconfolie und zum Abschluss folgt noch eine "Schutzfolie", oder je nach Modell eine zweite Glasscheibe. Dieses Sandwich wird nun in den Laminator gelegt und mit Unterdruck und einer Temperatur von ca. 150°C, verbacken.

Eine Delaminierung kann bei einer Temperatur von ca. 80 °C bis 95 °C erfolgen.
Dabei löst die "Siliconfolie" ihre Verbindung mit dem Solarglas und es kann Luft zwischen diese eintreten. Wenn die Zelle keinen luftdichten Einschluss hat, kollabiert sie und es kommt zum Kurzschluss.
Dabei blockiert sie den Stromfluss und setzt mitunter das ganze Modul still.
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