Gesetze zur Verbindung von Solarzellen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen

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Alle Silizium-Solarzellen erzeugen eine elektrische Spannung von etwa 0,5 V. Der Strom hängt von der Intensität des Lichts und von der Größe der Zelle ab.

Abbildung 1 zeigt die Eigenschaften der Solarzelle (der Strom wird in willkürlichen Einheiten angezeigt).

Die Beleuchtungsstärke von 100 mW/cm2 entspricht dem direkten Fluss der Sonnenstrahlung zur Mittagszeit. Aus der Kennlinie folgt, dass mit zunehmendem Laststrom die Spannung am Ausgang des Elements abnimmt, bis sie bei einem bestimmten Strom auf Null abfällt. Dieser Strom wird Kurzschlussstrom genannt. Im Gegensatz zu anderen Stromquellen wird eine Solarzelle durch einen Kurzschluss nicht beschädigt.

Um die Spannung zu erhöhen, werden die Solarzellen in Reihe geschaltet. Es ist klar, dass in diesem Fall der Strom der Girlande durch das Element mit dem kleinsten Strom bestimmt wird.

Um den Strom zu erhöhen, werden die Solarzellen parallel geschaltet. In diesem Fall wird die Ausgangsspannung durch das Element mit der niedrigsten Spannung bestimmt. Für reale Anwendungen müssen Solarzellen daher als Parallelschaltung von Reihensträngen geschaltet werden. Diese Kombination wird als Batterie bezeichnet.

Bei der Arbeit mit Solarmodulen stoßen sie auf ein Phänomen, das bei der Verwendung herkömmlicher Stromversorgungen nicht auftritt. Dieses Phänomen wird als Reverse Bias bezeichnet. Nehmen wir an, dass es einen Satz in Reihe geschalteter Solarzellen gibt, die mit einem Widerstand belastet sind. Am Widerstand entsteht eine Gesamtspannung, durch die Strom fließt. Wenn eines der Elemente gleichzeitig abgedunkelt wird, passiert Folgendes. Eine Solarzelle, die keine elektrische Energie erzeugt, wird zu einem Glied mit großem Widerstand. Jetzt liegt die gesamte Spannung der Kette nicht an der Last, sondern am abgedunkelten Element. Dadurch erwärmt sich das Element und kann versagen (explodieren). Um dieses Problem zu lösen, ist es notwendig, zu jedem Element eine Diode parallel zu schalten, damit diese während des Betriebs des Elements gesperrt ist (Abb. 2).

Wenn nun eines der Elemente abgeschattet ist, beginnt die parallel dazu liegende Diode, Strom um das fehlerhafte Element zu leiten. Die Ausgangsspannung des Stromkreises wird sinken, aber das schattierte Element wird nicht ausfallen.

In der Praxis ist es unpraktisch, jede Batteriezelle parallel zu schalten. Es reicht aus, 4-5 Dioden für 1/4 oder 1/5 der Batterie zu verwenden. Bei der Beschattung sinkt die Spannung dann um 20-25 %.

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