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Solarzellen sind großflächige Dioden = pn-Übergänge. |
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 Hinweis: In dieser Abbildung sind die Ströme noch englisch beschriftet: Feldstrom
= reverse current jR |
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Entscheidend ist die Erhöhung des Feldstroms unter Beleuchtung durch zusätzlich
generierte Ladungsgträger. Þ | |
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Die im Dunkeln vorliegende Kennlinie verschiebt sich um den Solarstrom "nach unten". |
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| jF(beleuchtet) | = |
jF(dunkel) + jF(Licht) |
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Wesentliche Solarzellenparameter sind | |
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Leerlaufspannung ("open circuit") UOC |
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Kurzschlussstrom ("short cicuit") ISC |
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Füllfaktor
FF (am optimalen Arbeitspunkt: UI = maximal) |
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Wirkungsgrad der vorliegende Solarzelle h = (UOC · ISC · FF) / Lichtleistung |
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Der maximale theoretischeWirkungsgrad ergibt
sich aus einem Kompromiss | |
EGop
» 1,4 eV
hmax
» 30 % |
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Kleine Energielücke:
- Auch infrarotes Sonnenlicht wird absorbiert und generiert Ladungsgträger.
- Die Differenz h n – EG erzeugt aber nur Wärme.
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Große Energielücke:
- (Infra)rotes Sonnenlicht wird nicht absorbiert. Die enthaltene Energie geht verloren.
- Energiereiches Licht (inkl. UV) wird gut genutzt.
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Das damit zu bestimmende Optimum der Energielücke
ist um EG = 1,4 eV; der erzielbare maximale
theoretische Wirkungsgrad liegt bei hmax
» 30 %. | |
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Wichtige (Zehner)zahlen: | |
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Diese Zahlen geben ein gutes Gefühl für die Möglichkeiten und Begrenzungen
der Solarenergie. | |
Max. Sonnenleistung: SP 1kW/m2
"Peak" Solar: WP = 1kW/m2 · 10 % = 100 W/m2
Mittelwert Solar: Wm
= WP · 10 % = 10 W/m2
Energie: Ea = Wm · 365 · 24 = 100 kWh/a
· m2
Gesamter Energiebedarf Deutscher = 6.000 kWh/a
Platzbedarf Deutscher für Solarzellen =
50 m2 |
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Merke: Arbeitsleistung 1 Sklave = (3 - 5) m2 Solarzellen. |
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Gesamtenergieverbrauch (Elektr., Heizung, Auto, ...) Deutscher »
50.000 kWh/a » (10 – 20) Sklaven | |
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Reale Solarzellen werden per Ersatzschaltbild
beschrieben. | |
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Kritisch sind insbesondere Serienwiderstand
RSE
und Kurzschlusswiderstand ("shunt") RSH. |
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Serienwiderstände im Bereich von mW
sind bereits schädlich; das ergibt ein schwieriges technisches Problem. | |
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Technische Herausforderung für kostengünstige Fabrikation: Þ | |
Produziere 1 m2 pro Minute,
d. h. zwei Solarzellen mit (15,6 × 15,6)
cm2
in drei Sekunden |
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© H. Föll (MaWi für ET&IT - Script)
