@phdthesis{Anneser2020,
  author    = {Anneser, Katrin},
  title     = {Elektrochemische Doppelschichtkondensatoren zur Stabilisierung fluktuierender photovoltaischer Leistung},
  doi       = {10.25972/OPUS-19933},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-199339},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Der Ausbau der regenerativen Energiequellen f{\"u}hrt vermehrt zu unvorhersehbaren Schwankungen der erzeugten Leistung, da Windkraft und Photovoltaik von nat{\"u}rlichen Bedingungen abh{\"a}ngen. Gerade Kurzzeitfluktuationen im Sekunden- bis Minutenbereich, die bei Solarzellen durch die Verschattung von vor{\"u}berziehenden Wolken zustande kommen, wird bislang wenig Beachtung geschenkt. Kurzzeitspeicher m{\"u}ssen eine hohe Zyklenstabilit{\"a}t aufweisen, um zur Gl{\"a}ttung dieser Leistungsfluktuationen in Frage zu kommen. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden elektrochemische Doppelschichtkondensatoren f{\"u}r die Kopplung mit Siliziumsolarzellen und organischen Solarmodulen mit Hilfe von Simulationen und Messungen untersucht. Zus{\"a}tzlich wurden grundlegende Fragestellungen zur Prozessierung und Alterung von Doppelschichtkondensatoren im Hinblick auf ein in der Literatur bereits diskutiertes System betrachtet, das beide Komponenten in einem Bauteil integriert - den sogenannten photocapacitor. Um die Druckbarkeit des gesamten elektrochemischen Doppelschichtkondensators zu erm{\"o}glichen, wurde der konventionell verwendete Fl{\"u}ssigelektrolyt durch einen Polymer-Gel-Elektrolyten auf Basis von Polyvinylalkohol und einer S{\"a}ure ersetzt. Durch eine Verbesserung der Prozessierung konnte ein gr{\"o}ßerer Anteil der spezifischen Fl{\"a}che der por{\"o}sen Kohlenstoffelektroden vom Elektrolyten benetzt und somit zur Speicherung genutzt werden. Die Untersuchungen zeigen, dass mit Polymer-Gel-Elektrolyten {\"a}hnliche Kapazit{\"a}ten erreicht werden wie mit Fl{\"u}ssigelektrolyten. Im Hinblick auf die Anwendung im gekoppelten System muss der elektrochemische Doppelschichtkondensator den gleichen Umweltbedingungen hinsichtlich Temperatur und Luftfeuchte standhalten wie die Solarzelle. Hierzu wurden umfangreiche Alterungstests durchgef{\"u}hrt und festgestellt, dass die Kapazit{\"a}t zwar bei Austrocknung des wasserhaltigen Polymer-Gel-Elektrolyten sinkt, bei einer Wiederbefeuchtung aber auch eine Regeneration des Speichers erfolgt. Zur passenden Auslegung des elektrochemischen Doppelschichtkondensators wurde eine detaillierte Analyse der Leistungsfluktuationen durchgef{\"u}hrt, die mit einem eigens entwickelten MPP-Messger{\"a}t an organischen Solarmodulen gemessen wurden. Anhand der Daten wurde analysiert, welche Energiemengen f{\"u}r welche Zeit im Kurzzeitspeicher zwischengespeichert werden m{\"u}ssen, um eine effiziente Gl{\"a}ttung der ins Netz einzuspeisenden Leistung zu erreichen. Aus der Statistik der Fluktuationen wurde eine Kapazit{\"a}t berechnet, die als Richtwert in die Simulationen einging und dann mit anderen Kapazit{\"a}ten verglichen wurde. Neben einem idealen MPP-Tracking f{\"u}r verschiedene Arten von Solarzellen und Beleuchtungsprofilen konnte die Simulation auch die Kopplung aus Solarzelle und elektrochemischem Doppelschichtkondensator mit zwei verschiedenen Betriebsstrategien nachbilden. Zum einen wurde ein fester Lastwiderstand genutzt, zum anderen eine Zielspannung f{\"u}r den Kurzzeitspeicher und somit auch die Solarzelle vorgegeben und der Lastwiderstand variabel so angepasst, dass die Zielspannung gehalten wird. Beide Betriebsmethoden haben einen Energieverlust gegen{\"u}ber der MPP-getrackten Solarzelle zu verzeichnen, f{\"u}hren aber zu einer Gl{\"a}ttung der Leistung des gekoppelten Systems. Die Simulation konnte f{\"u}r Siliziumsolarzellen mit einem Demonstratorversuch im Labor und f{\"u}r organische Solarzellen unter realen Bedingungen validiert werden. Insgesamt ergibt sich eine vielversprechende Gl{\"a}ttung der Leistungsfluktuationen von Solarzellen durch den Einsatz von elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren.},
  subject      = {Energie},
  language  = {de}
}