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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Solarzellen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Viele von uns ahnen nicht, dass die Methode, aus Sonnenlicht Strom zu gewinnen, seit etwa 130 Jahren bekannt ist. Der photoelektrische Effekt wurde erstmals 1839 von Edmond Becquerel beobachtet. Diese zufällige Entdeckung blieb bis 1873 unbemerkt, als Willoughby Smith einen ähnlichen Effekt entdeckte, wenn eine Selenplatte mit Licht bestrahlt wurde. Und obwohl seine ersten Experimente alles andere als perfekt waren, markierten sie den Beginn der Geschichte der Halbleiter-Solarzellen. Auf der Suche nach neuen Energiequellen erfand Bell Labs die Silizium-Solarzelle, die zum Vorläufer der heutigen Solar-Photovoltaik-Konverter wurde. Erst Anfang der 50er Jahre erreichte die Solarzelle einen relativ hohen Perfektionsgrad. Die Energieumwandlung in Solarzellen (PEC) basiert auf dem photovoltaischen Effekt in inhomogenen Halbleiterstrukturen bei Sonneneinstrahlung. Wir setzen uns auf dieser Seite nicht das Ziel, auf die Physik dieses schwierigen Phänomens einzugehen, sondern beschreiben kurz die praktische Seite der Materie. Sie können die Energie von Solarzellen genauso nutzen wie die Energie anderer Stromquellen, mit dem Unterschied, dass Solarzellen keinen Kurzschluss befürchten. Jeder von ihnen ist so ausgelegt, dass er bei einer bestimmten Spannung eine bestimmte Stromstärke aufrechterhält. Aber im Gegensatz zu anderen Stromquellen hängen die Eigenschaften einer Solarzelle von der Lichtmenge ab, die auf ihre Oberfläche fällt. Beispielsweise kann eine ankommende Wolke die Ausgangsleistung um mehr als 50 % reduzieren. Darüber hinaus führen Abweichungen in den technologischen Regimen zu einer Streuung der Ausgangsparameter der Elemente einer Charge. Daher führt der Wunsch, das Beste aus Photovoltaik-Wandlern herauszuholen, dazu, dass die Zellen nach Ausgangsstrom sortiert werden müssen. Als anschauliches Beispiel für „ein mieses Schaf, das die ganze Herde verdirbt“ kann folgendes angeführt werden: Schneiden Sie ein Rohrstück mit viel kleinerem Durchmesser in eine Unterbrechung in einer Wasserleitung mit großem Durchmesser, dadurch wird das Wasser fließen drastisch verringern. Ähnliches passiert in einer Kette von ungleichmäßigen Ausgangsparametern von Solarzellen. Silizium-Solarzellen sind nichtlineare Geräte und ihr Verhalten kann nicht durch eine einfache Formel wie das Ohmsche Gesetz beschrieben werden. Um die Eigenschaften des Elements zu erklären, können Sie stattdessen eine Familie leicht verständlicher Kurven verwenden - Strom-Spannungs-Kennlinien (CVC).
Die von einem Element erzeugte Leerlaufspannung ändert sich beim Wechsel von einem Element zum anderen in einer Charge und von einem Hersteller zum anderen geringfügig und beträgt etwa 0.6 V. Dieser Wert hängt nicht von der Größe des Elements ab. Anders sieht es bei Strom aus. Sie hängt von der Intensität des Lichts und der Größe des Elements ab, die sich auf seine Oberfläche bezieht. Ein Element mit einer Größe von 100 * 100 mm ist 100-mal größer als ein Element mit einer Größe von 10 * 10 mm und gibt daher bei gleicher Beleuchtung einen 100-mal größeren Strom ab. Durch Laden des Elements können Sie die Abhängigkeit der Ausgangsleistung von der Spannung darstellen und erhalten etwas Ähnliches wie in Abb. 2 gezeigt
Die Spitzenleistung entspricht einer Spannung von etwa 0,47 V. Um also die Qualität einer Solarzelle richtig beurteilen zu können, sowie die Zellen unter gleichen Bedingungen miteinander zu vergleichen, ist es notwendig, sie so zu belasten, dass die Die Ausgangsspannung beträgt 0,47 V. Nachdem die Solarelemente für die Arbeit ausgewählt wurden, müssen sie gelötet werden. Serienelemente sind mit Stromsammelgittern ausgestattet, die zum Anlöten von Leitern ausgelegt sind. Batterien können in jeder gewünschten Kombination hergestellt werden. Die einfachste Batterie ist eine Kette von in Reihe geschalteten Zellen. Sie können Ketten auch parallel schalten, wodurch Sie die sogenannte Serien-Parallel-Verbindung erhalten. Ein wichtiger Punkt beim Betrieb von Solarzellen ist deren Temperaturregime. Wenn das Element um ein Grad über 25 erhitzt wirdоDamit verliert er 0,002 V an Spannung, d.h. 0,4 %/Grad. Abbildung 3 zeigt eine Familie von CVC-Kurven für Temperaturen 25о C und 60о C.
An einem hellen, sonnigen Tag erhitzen sich die Elemente auf 60-70оMit Verlust von jeweils 0,07-0,09 V. Dies ist der Hauptgrund für die Abnahme des Wirkungsgrads von Solarzellen, was zu einem Abfall der von der Zelle erzeugten Spannung führt. Der Wirkungsgrad einer konventionellen Solarzelle liegt derzeit bei 10-16%. Das bedeutet, dass ein Element mit einer Größe von 100 * 100 mm unter Standardbedingungen 1-1,6 Watt erzeugen kann. Als Standardbedingungen für die Zertifizierung von Elementen sind weltweit anerkannt: - Beleuchtung 1000 W/m2 - Temperatur 25оС - Spektrum AM 1,5 (Sonnenspektrum auf dem 45. Breitengradо) Veröffentlichung: alternativeenergy.ru
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