GL NREE 2.1 UI13 3.Semester (HS14)
Grundlagen Nachwachsende Rohstoffe und Erneuerbare Energien 2 ZHAW Wädenswil 3. Semester (HS14) Lernziele 1-2 (Solarenergie)
Grundlagen Nachwachsende Rohstoffe und Erneuerbare Energien 2 ZHAW Wädenswil 3. Semester (HS14) Lernziele 1-2 (Solarenergie)
Definiere den Begriff "Halbleiter-Materialien".
Bei Halbleitern ist die äusserste Schale halb mit Elektronen gefüllt: dh sie haben 4 Elektronen aussen: 4. Hauptgruppe oder 3./5. Hauptgruppe oder 2./6. Hauptgruppe
Definiere den Begriff "Eigenleitfähigkeit"
Die Leitfähigkeit in chemisch reinen Halbleitern entsteht durch paarweise Erzeugung je eines Leitungselektrons und eines Loches (Generation) in Folge von Energiezuführ (Wärmeeinwirkung oder optische Bestrahlung).
Diese Art der Leitfähigkeit heisst Eigenleitfähigeit. Sie steigt mit der Temperatur stark an.
Ein Leitungselektron und ein Loch können gleichzeitig verschwinden, wenn ein Leitungselektron unter Abgabe der Anregunsenergie "in ein Loch fällt" (Vorgan der Rekombination)
Definiere den Begriff "Leiter"
In Metallen sind die einzelnen Atome in einer Gitterstruktur angeordnet, wobei sich die äußersten Elektronen (“Valenzelektronen”) frei entlang des gesamten Gitters bewegen können (“Metallbindung”, “Elektronengas”). Bei nur einem ungebundenem Elektron je Atom steht dabei eine enorme Zahl an Ladungsträgern – etwa Elektronen je Kubikzentimeter! – für den Ladungstransport frei zur Verfügung.
Definiere denBegriff "Halbleiter" mit dem Beispiel von Silizium.
In reinen Halbleiter-Materialien sind – im Gegensatz zu elektrischen Leitern – im Grundzustand (fast) keine freien Ladungsträger verfügbar. Beispielsweise bilden im wohl typischsten Halbleiter-Element Silizium (und auch in Germanium) alle vier Valenzelektronen kovalente Bindungen mit den vier benachbarten Atomen aus. Nur durch ein zeitweises Herauslösen der Valenzelektronen mittels Licht, Wärme oder ausreichender elektrischer Spannung lässt sich ein Ladungstransport in einem reinen Halbleiter erreichen
Definiere den Begriff "Isolator".
Isolatoren sind Stoffe, in denen sich Ladungen (fast) überhaupt nicht bewegen können. Bekannte Beispiele hierfür sind Gummi, Porzellan, Glas, Diamant, destilliertes Wasser und Luft. Alle diese Stoffe haben gemeinsam, dass in ihnen weder Ionen noch schwach gebundene Elektronen für den Ladungstransport zur Verfügung stehen; alle Elektronen sind fest in chemischen Bindungen verankert.
Beschreibe den Vorgang der n-Dotierung in Halbleitern.
Bei einer -Dotierung werden gezielt zusätzliche negativ geladene Ladungsträger in einen Halbleiter eingefügt.
Bringt man ein chemisch fünfwertiges Atom (z.B. Phosphor) in einen Halbleiter-Kristall (z.B. Silicium) ein, so können nur vier der fünf Valenzelektronen des Phosphors kovalente Bindungen mit den benachbarten Atomen aufbauen. Das fünfte Valenzelektron bleibt ungebunden am Phosphoratom zurück und lässt sich verhältnismäßig leicht ablösen. Somit steht es im weiteren Sinn als ein “freier” Ladungsträger für den elektrischen Strom zur Verfügung.
Beschreibe den Vorgang der p-Dotierung bei Halbleitern.
Bei einer -Dotierung werden gezielt zusätzliche positiv geladene Ladungsträger in einen Halbleiter eingefügt.
Bringt man ein chemisch dreiwertiges Atom (z.B. Bor) in einen Halbleiter-Kristall (z.B. Silicium) ein, so bleiben an den Bor-Atomen “Löcher” oder “Defektstellen” in den kovalenten Bindungen zurück. Jedes Bor-Atom ist zwar fest im Halbleiterkristall eingebunden, doch stellt jedes Loch einen freien Platz für benachbarte Valenzelektronen dar, der verhältnismäßig leicht besetzt werden kann. Springt ein Valenzelektron aus einer anderen kovalenten Bindung in die Defektstelle, so ist das Loch an eine neue Stelle weiter gewandert. Somit können die eingebrachten Löcher im weiteren Sinn als freie, einfach positiv geladene Ladungsträger angesehen werden.
Beschreibe den n-p-Übergang bei Halbleitern
Verbindet man einen n- mit einem p-dotierten Halbleiterkristall, so bildet sich entlang der Verbindungslinie ein neutraler Übergangsbereich aus, in der die zusätzlichen Elektronen der n-dotierten Schicht die Löcher der p-dotierten Schicht auffüllen. Die paarweise Aufhebung von Elektronen und Löchern wird als “Rekombination”, der entstehende Raumbereich als “Raumladungszone” oder “Grenzschicht” bezeichnet.
Innerhalb der Raumladungszone gleicht ein Halbleiter-Kristall mit n-p-Übergang einem Halbleiter ohne Dotierung, d.h. der elektrische Widerstand der neutralen Grenzschicht ist gegenüber den restlichen dotierten Bereichen deutlich erhöht.
Erläutere den Begriff der "Sperr-Richtung" einer Diode.
`
Legt man an einen Halbleiter-Kristall mit n-p-Übergang von außen eine elektrische Spannung an, so lässt sich die Dicke seiner Grenzschicht und damit auch seine elektrische Leitfähigkeit gezielt beeinflussen.
- Verbindet man die n-dotierte Schicht mit dem Plus- und die p-dotierte Schicht mit dem Minus-Pol einer Stromquelle (“Sperr-Richtung”), so werden die Elektronen und Löcher von der Grenzschicht weg bzw. an den Rand des Halbleiter-Kristalls hingezogen. Die neutrale Raumladungszone wird dadurch vergrößert, der elektrische Widerstand steigt stark an.
Erläutere den Begriff "Durchlass-Richtung" einer Diode.
- Verbindet man die n-dotierte Schicht mit dem Minus- und die p-dotierte Schicht mit dem Plus-Pol einer Stromquelle (“Durchlass-Richtung”), so werden an der n-Schicht kontinuierlich Elektronen nachgeliefert. Ist die angelegte Spannung größer als die Drift-Spannung im Kristall, so können sich die zusätzlichen Elektronen im Kristall ausbreiten. Die Elektronen und Löcher verteilen sich, ähnlich wie gelöste Ionen im Wasser, über den gesamten Kristall und tragen gleichermaßen zum Ladungstransport bei.
Welche Schicht der Solarzelle ist dem Licht zugewandt?
N-dotierte Schicht
Erkläre den Herstellungsprozess von Monokristallinen Siliziumkristallen nach dem Czochralski-Verfahren.
In einem Tiegel befindet sich eine schon gereinigte Schmelze des gewünschten Materials (beispielsweise Silicium, zT schon vordotiert).
Ein an einem langsam rotierenden Metallstab befestigter Impfkristall wird von oben mit der Spitze in die Schmelze eingetaucht. Der Impfkristall muss am Metallstab exakt mit der gewünschten Kristallorientierung ausgerichtet sein, da er die Kristallorientierung des entstehenden Einkristalls vorgibt. Das um nur wenige Millimeter eingetauchte Ende des Impfkristalls muss schmelzen, bis sich eine ganz homogene Grenzschicht zwischen der Schmelze und dem festen Teil des Impfkristalls ergibt. Der Stab mit dem Einkristall wird langsam wieder nach oben gezogen, während die Schmelze an der sich ausbildenden Grenzfläche erstarrt. Durch Variation von Ziehgeschwindigkeit und Temperatur erreicht der wachsende Kristall den gewünschten Durchmesser. Mittels einer geeigneten Regelung kann der Kristalldurchmesser bis zum Ende des Ziehvorgangs sehr genau beibehalten werden.
Erkläre den Herstellungsprozess von Monokristallinen Siliziumkristallen nach dem Floating-Zone-Verfahren.
Ein schon vorbereiteter, gereinigter Stab mit noch polykristalliner Kristallstruktur befindet sich in einer Schutzatmosphäre. Durch eine Induktionsheizung wird an einem Ende eine relativ schmale Zone Material aufgeschmolzen. Damit die Zone gleichmäßig aufschmilzt, rotiert der Stab langsam. Die aufgeschmolzene Zone wird mit einem Impfkristall in Berührung gebracht und wächst unter Annahme seiner Kristallstruktur an ihm an. Diese Schmelzzone wird nun langsam durch den Stab bewegt. Die wieder erkaltende Schmelze erstarrt über die gesamte Materialbreite mit einer einheitlichen Kristallstruktur, es bildet sich also hinter der Schmelzzone der gewünschte Einkristall. Fremdatome verbleiben weitestgehend in der Schmelzzone und lagern sich schließlich am Ende der Säule an, die nach dem Erkalten entfernt wird. Eine Dotierung kann durch Beigabe gasförmiger Stoffe, die dann in die Schmelze eindringen, erreicht werden.
Im Gegensatz zum Tiegelziehen, wo Säulendurchmesser bis zu etwa 30 cm gebräuchlich sind, lassen sich mit dem Zonenschmelzverfahren industriell nur Säulendurchmesser bis 20 cm herstellen. Größere Durchmesser nach diesem Verfahren sind in absehbarer Zeit nicht zu erwarten.
Erkläre den Herstellungsprozess von Polykristallinen Siliziumkristallen
Der Prozess für die Herstellung von Wafern für polykristalline Solarzellen ist wesentlich einfacher. Das hoch gereinigte polykristalline Silizium wird in Blöcke bzw. Stäbe des gewünschten quadratischen Querschnitts gegossen und dann mit einer Innenlochsäge in Wafer zersägt. Mit dem Gussverfahren erhält man mehr(poly-) kristallines Siliziummaterial, das aus einer Vielzahl von kleinen Einkristallen (Körnern) besteht. Die Korngrenzen wirken als Rekombinationszentren für Elektron/Loch-Paare. Durch gerichtete Erstarrung der Siliziumschmelze in einem von unten gekühlten Graphittiegel erzielt man säulenförmige Kristallite, deren Korngrenzen senkrecht zur Solarzellenoberfläche stehen.
Nenne den spezifischen Primärenergieverbrauch pro W_peak für Mono-, bzw. Polykristalline Si-Solarzellen.
Monokristallin:
4 kWh/W_peak
Polykristallin:
3.8 kWh/W_peak
Erläutere des Prinzip der "Amorphen Dünnschicht-Solarzellen"
S.27 Skript
Was passiert, wenn ein PV-Modul direkt mit einer Batterie verbunden wird?
Tagüber wird die Batterie geladen. In der Nacht wird die Batterie über das Solarmodul entladen. Das Solarmodul verhält sich wie ein Verbraucher.
Die Lösung dafür ist eine Diode.
Erkläre an einem mechanischen Ersatzmodell die Funktion einer Diode.
Die Funktion einer Gleichrichterdiode im Normalbetrieb kann man sich am einfachsten als Rückschlagventil vorstellen. Wenn der Druck (Spannung) auf dieses Ventil (Diode) in Sperrrichtung erfolgt, so wird der Stromfluss blockiert. In die Gegenrichtung muss der Druck groß genug werden, um den Federdruck des Ventils (Schleusenspannung) überwinden zu können. Danach öffnet das Ventil und der Strom kann fließen. Die Spannung, welche in diesem mechanischen Modell zum Überwinden des Federdruckes notwendig ist, entspricht bei einer Diode der so genannten Schwellenspannung .Dabei muss zunächst eine bestimmte Spannung in Flussrichtung der Diode anliegen, damit die Diode in den leitenden Zustand übergeht. Bei gewöhnlichen Silizium-Dioden liegt diese Schewellenspannung bei ca. 0,7 V.
Nenne die Richtgrössen folgender Daten eines Polykristallinen PV-Moduls bei Standard Bedingungen (STC, 1000W/m^2, 25C) mit den Abmessungen ≈ 1700x1000mm
Nennleistung
Nennspannung
Nennstrom
Nennleistung (Pmpp)≈ 230W
Nennspannung (Umpp) ≈ 30V
Nennstrom (Impp) ≈ 7.5A
Definiere den Begriff Kurzschlusstrom Isc
Unter Kurzschlussstrom (Isc) versteht man den Strom, den eine Solarzelle bzw. ein Solarmodul liefert, wenn beide Klemmen ohne jeglichen Widerstand miteinander verbunden werden und damit ein Kurzschluss entsteht. Fällt nun Licht auf diese unbelastete Solarzelle bzw. das unbelastete Solarmodul, kann mit einem Messgerät der Kurzschlussstrom ermittelt werden. Beim Kurzschlussstrom handelt es sich um die größte Stromstärke die eine Solarzelle oder ein Photovoltaikmodul erbringen kann.
Definiere den Begriff Kurzschlusstrom Isc
Unter Kurzschlussstrom (Isc) versteht man den Strom, den eine Solarzelle bzw. ein Solarmodul liefert, wenn beide Klemmen ohne jeglichen Widerstand miteinander verbunden werden und damit ein Kurzschluss entsteht. Fällt nun Licht auf diese unbelastete Solarzelle bzw. das unbelastete Solarmodul, kann mit einem Messgerät der Kurzschlussstrom ermittelt werden. Beim Kurzschlussstrom handelt es sich um die größte Stromstärke die eine Solarzelle oder ein Photovoltaikmodul erbringen kann.
Definiere den Begriff Leerlaufspannung
Unter Leerlaufspannung versteht man die Spannung von einem Photovoltaikmodul, wenn kein Verbraucher (dh es fliesst kein Strom) angeschlossen ist. Bei der Leerlaufspannung handelt es sich um die maximale Spannung eines Moduls. Sie wird als UOC in Volt [V] angegeben und sollte auf dem Moduldatenblatt aufgeführt sein. Während der Inbetriebnahme einer Photovoltaikanlage werden die Leerlaufspannungen einzelner Module oder ganzer Modulstränge gemessen. Die Leerlaufspannung eines Solarmoduls ist abhängig von der Temparatur der Module. Dies spiegelt sich im Temperaturkoeffizienten wider.
Definiere den Begriff Nennleistung
Der Begriff Nennleistung gibt Auskunft über die erbrachte Leistung unter Testbedingungen. STC = 1000W/m^2, 25 Grad C
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Lernkarten
Definiere den Begriff "Halbleiter-Materialien".
Bei Halbleitern ist die äusserste Schale halb mit Elektronen gefüllt: dh sie haben 4 Elektronen aussen: 4. Hauptgruppe oder 3./5. Hauptgruppe oder 2./6. Hauptgruppe
Definiere den Begriff "Eigenleitfähigkeit"
Die Leitfähigkeit in chemisch reinen Halbleitern entsteht durch paarweise Erzeugung je eines Leitungselektrons und eines Loches (Generation) in Folge von Energiezuführ (Wärmeeinwirkung oder optische Bestrahlung).
Diese Art der Leitfähigkeit heisst Eigenleitfähigeit. Sie steigt mit der Temperatur stark an.
Ein Leitungselektron und ein Loch können gleichzeitig verschwinden, wenn ein Leitungselektron unter Abgabe der Anregunsenergie "in ein Loch fällt" (Vorgan der Rekombination)
Definiere den Begriff "Leiter"
In Metallen sind die einzelnen Atome in einer Gitterstruktur angeordnet, wobei sich die äußersten Elektronen (“Valenzelektronen”) frei entlang des gesamten Gitters bewegen können (“Metallbindung”, “Elektronengas”). Bei nur einem ungebundenem Elektron je Atom steht dabei eine enorme Zahl an Ladungsträgern – etwa Elektronen je Kubikzentimeter! – für den Ladungstransport frei zur Verfügung.
Definiere denBegriff "Halbleiter" mit dem Beispiel von Silizium.
In reinen Halbleiter-Materialien sind – im Gegensatz zu elektrischen Leitern – im Grundzustand (fast) keine freien Ladungsträger verfügbar. Beispielsweise bilden im wohl typischsten Halbleiter-Element Silizium (und auch in Germanium) alle vier Valenzelektronen kovalente Bindungen mit den vier benachbarten Atomen aus. Nur durch ein zeitweises Herauslösen der Valenzelektronen mittels Licht, Wärme oder ausreichender elektrischer Spannung lässt sich ein Ladungstransport in einem reinen Halbleiter erreichen
Definiere den Begriff "Isolator".
Isolatoren sind Stoffe, in denen sich Ladungen (fast) überhaupt nicht bewegen können. Bekannte Beispiele hierfür sind Gummi, Porzellan, Glas, Diamant, destilliertes Wasser und Luft. Alle diese Stoffe haben gemeinsam, dass in ihnen weder Ionen noch schwach gebundene Elektronen für den Ladungstransport zur Verfügung stehen; alle Elektronen sind fest in chemischen Bindungen verankert.
Beschreibe den Vorgang der n-Dotierung in Halbleitern.
Bei einer -Dotierung werden gezielt zusätzliche negativ geladene Ladungsträger in einen Halbleiter eingefügt.
Bringt man ein chemisch fünfwertiges Atom (z.B. Phosphor) in einen Halbleiter-Kristall (z.B. Silicium) ein, so können nur vier der fünf Valenzelektronen des Phosphors kovalente Bindungen mit den benachbarten Atomen aufbauen. Das fünfte Valenzelektron bleibt ungebunden am Phosphoratom zurück und lässt sich verhältnismäßig leicht ablösen. Somit steht es im weiteren Sinn als ein “freier” Ladungsträger für den elektrischen Strom zur Verfügung.
Beschreibe den Vorgang der p-Dotierung bei Halbleitern.
Bei einer -Dotierung werden gezielt zusätzliche positiv geladene Ladungsträger in einen Halbleiter eingefügt.
Bringt man ein chemisch dreiwertiges Atom (z.B. Bor) in einen Halbleiter-Kristall (z.B. Silicium) ein, so bleiben an den Bor-Atomen “Löcher” oder “Defektstellen” in den kovalenten Bindungen zurück. Jedes Bor-Atom ist zwar fest im Halbleiterkristall eingebunden, doch stellt jedes Loch einen freien Platz für benachbarte Valenzelektronen dar, der verhältnismäßig leicht besetzt werden kann. Springt ein Valenzelektron aus einer anderen kovalenten Bindung in die Defektstelle, so ist das Loch an eine neue Stelle weiter gewandert. Somit können die eingebrachten Löcher im weiteren Sinn als freie, einfach positiv geladene Ladungsträger angesehen werden.
Beschreibe den n-p-Übergang bei Halbleitern
Verbindet man einen n- mit einem p-dotierten Halbleiterkristall, so bildet sich entlang der Verbindungslinie ein neutraler Übergangsbereich aus, in der die zusätzlichen Elektronen der n-dotierten Schicht die Löcher der p-dotierten Schicht auffüllen. Die paarweise Aufhebung von Elektronen und Löchern wird als “Rekombination”, der entstehende Raumbereich als “Raumladungszone” oder “Grenzschicht” bezeichnet.
Innerhalb der Raumladungszone gleicht ein Halbleiter-Kristall mit n-p-Übergang einem Halbleiter ohne Dotierung, d.h. der elektrische Widerstand der neutralen Grenzschicht ist gegenüber den restlichen dotierten Bereichen deutlich erhöht.
Erläutere den Begriff der "Sperr-Richtung" einer Diode.
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Legt man an einen Halbleiter-Kristall mit n-p-Übergang von außen eine elektrische Spannung an, so lässt sich die Dicke seiner Grenzschicht und damit auch seine elektrische Leitfähigkeit gezielt beeinflussen.
- Verbindet man die n-dotierte Schicht mit dem Plus- und die p-dotierte Schicht mit dem Minus-Pol einer Stromquelle (“Sperr-Richtung”), so werden die Elektronen und Löcher von der Grenzschicht weg bzw. an den Rand des Halbleiter-Kristalls hingezogen. Die neutrale Raumladungszone wird dadurch vergrößert, der elektrische Widerstand steigt stark an.
Erläutere den Begriff "Durchlass-Richtung" einer Diode.
- Verbindet man die n-dotierte Schicht mit dem Minus- und die p-dotierte Schicht mit dem Plus-Pol einer Stromquelle (“Durchlass-Richtung”), so werden an der n-Schicht kontinuierlich Elektronen nachgeliefert. Ist die angelegte Spannung größer als die Drift-Spannung im Kristall, so können sich die zusätzlichen Elektronen im Kristall ausbreiten. Die Elektronen und Löcher verteilen sich, ähnlich wie gelöste Ionen im Wasser, über den gesamten Kristall und tragen gleichermaßen zum Ladungstransport bei.
Welche Schicht der Solarzelle ist dem Licht zugewandt?
N-dotierte Schicht
Erkläre den Herstellungsprozess von Monokristallinen Siliziumkristallen nach dem Czochralski-Verfahren.
In einem Tiegel befindet sich eine schon gereinigte Schmelze des gewünschten Materials (beispielsweise Silicium, zT schon vordotiert).
Ein an einem langsam rotierenden Metallstab befestigter Impfkristall wird von oben mit der Spitze in die Schmelze eingetaucht. Der Impfkristall muss am Metallstab exakt mit der gewünschten Kristallorientierung ausgerichtet sein, da er die Kristallorientierung des entstehenden Einkristalls vorgibt. Das um nur wenige Millimeter eingetauchte Ende des Impfkristalls muss schmelzen, bis sich eine ganz homogene Grenzschicht zwischen der Schmelze und dem festen Teil des Impfkristalls ergibt. Der Stab mit dem Einkristall wird langsam wieder nach oben gezogen, während die Schmelze an der sich ausbildenden Grenzfläche erstarrt. Durch Variation von Ziehgeschwindigkeit und Temperatur erreicht der wachsende Kristall den gewünschten Durchmesser. Mittels einer geeigneten Regelung kann der Kristalldurchmesser bis zum Ende des Ziehvorgangs sehr genau beibehalten werden.
Erkläre den Herstellungsprozess von Monokristallinen Siliziumkristallen nach dem Floating-Zone-Verfahren.
Ein schon vorbereiteter, gereinigter Stab mit noch polykristalliner Kristallstruktur befindet sich in einer Schutzatmosphäre. Durch eine Induktionsheizung wird an einem Ende eine relativ schmale Zone Material aufgeschmolzen. Damit die Zone gleichmäßig aufschmilzt, rotiert der Stab langsam. Die aufgeschmolzene Zone wird mit einem Impfkristall in Berührung gebracht und wächst unter Annahme seiner Kristallstruktur an ihm an. Diese Schmelzzone wird nun langsam durch den Stab bewegt. Die wieder erkaltende Schmelze erstarrt über die gesamte Materialbreite mit einer einheitlichen Kristallstruktur, es bildet sich also hinter der Schmelzzone der gewünschte Einkristall. Fremdatome verbleiben weitestgehend in der Schmelzzone und lagern sich schließlich am Ende der Säule an, die nach dem Erkalten entfernt wird. Eine Dotierung kann durch Beigabe gasförmiger Stoffe, die dann in die Schmelze eindringen, erreicht werden.
Im Gegensatz zum Tiegelziehen, wo Säulendurchmesser bis zu etwa 30 cm gebräuchlich sind, lassen sich mit dem Zonenschmelzverfahren industriell nur Säulendurchmesser bis 20 cm herstellen. Größere Durchmesser nach diesem Verfahren sind in absehbarer Zeit nicht zu erwarten.
Erkläre den Herstellungsprozess von Polykristallinen Siliziumkristallen
Der Prozess für die Herstellung von Wafern für polykristalline Solarzellen ist wesentlich einfacher. Das hoch gereinigte polykristalline Silizium wird in Blöcke bzw. Stäbe des gewünschten quadratischen Querschnitts gegossen und dann mit einer Innenlochsäge in Wafer zersägt. Mit dem Gussverfahren erhält man mehr(poly-) kristallines Siliziummaterial, das aus einer Vielzahl von kleinen Einkristallen (Körnern) besteht. Die Korngrenzen wirken als Rekombinationszentren für Elektron/Loch-Paare. Durch gerichtete Erstarrung der Siliziumschmelze in einem von unten gekühlten Graphittiegel erzielt man säulenförmige Kristallite, deren Korngrenzen senkrecht zur Solarzellenoberfläche stehen.
Nenne den spezifischen Primärenergieverbrauch pro W_peak für Mono-, bzw. Polykristalline Si-Solarzellen.
Monokristallin:
4 kWh/W_peak
Polykristallin:
3.8 kWh/W_peak
Erläutere des Prinzip der "Amorphen Dünnschicht-Solarzellen"
S.27 Skript
Was passiert, wenn ein PV-Modul direkt mit einer Batterie verbunden wird?
Tagüber wird die Batterie geladen. In der Nacht wird die Batterie über das Solarmodul entladen. Das Solarmodul verhält sich wie ein Verbraucher.
Die Lösung dafür ist eine Diode.
Erkläre an einem mechanischen Ersatzmodell die Funktion einer Diode.
Die Funktion einer Gleichrichterdiode im Normalbetrieb kann man sich am einfachsten als Rückschlagventil vorstellen. Wenn der Druck (Spannung) auf dieses Ventil (Diode) in Sperrrichtung erfolgt, so wird der Stromfluss blockiert. In die Gegenrichtung muss der Druck groß genug werden, um den Federdruck des Ventils (Schleusenspannung) überwinden zu können. Danach öffnet das Ventil und der Strom kann fließen. Die Spannung, welche in diesem mechanischen Modell zum Überwinden des Federdruckes notwendig ist, entspricht bei einer Diode der so genannten Schwellenspannung .Dabei muss zunächst eine bestimmte Spannung in Flussrichtung der Diode anliegen, damit die Diode in den leitenden Zustand übergeht. Bei gewöhnlichen Silizium-Dioden liegt diese Schewellenspannung bei ca. 0,7 V.
Nenne die Richtgrössen folgender Daten eines Polykristallinen PV-Moduls bei Standard Bedingungen (STC, 1000W/m^2, 25C) mit den Abmessungen ≈ 1700x1000mm
Nennleistung
Nennspannung
Nennstrom
Nennleistung (Pmpp)≈ 230W
Nennspannung (Umpp) ≈ 30V
Nennstrom (Impp) ≈ 7.5A
Definiere den Begriff Kurzschlusstrom Isc
Unter Kurzschlussstrom (Isc) versteht man den Strom, den eine Solarzelle bzw. ein Solarmodul liefert, wenn beide Klemmen ohne jeglichen Widerstand miteinander verbunden werden und damit ein Kurzschluss entsteht. Fällt nun Licht auf diese unbelastete Solarzelle bzw. das unbelastete Solarmodul, kann mit einem Messgerät der Kurzschlussstrom ermittelt werden. Beim Kurzschlussstrom handelt es sich um die größte Stromstärke die eine Solarzelle oder ein Photovoltaikmodul erbringen kann.
Definiere den Begriff Kurzschlusstrom Isc
Unter Kurzschlussstrom (Isc) versteht man den Strom, den eine Solarzelle bzw. ein Solarmodul liefert, wenn beide Klemmen ohne jeglichen Widerstand miteinander verbunden werden und damit ein Kurzschluss entsteht. Fällt nun Licht auf diese unbelastete Solarzelle bzw. das unbelastete Solarmodul, kann mit einem Messgerät der Kurzschlussstrom ermittelt werden. Beim Kurzschlussstrom handelt es sich um die größte Stromstärke die eine Solarzelle oder ein Photovoltaikmodul erbringen kann.
Definiere den Begriff Leerlaufspannung
Unter Leerlaufspannung versteht man die Spannung von einem Photovoltaikmodul, wenn kein Verbraucher (dh es fliesst kein Strom) angeschlossen ist. Bei der Leerlaufspannung handelt es sich um die maximale Spannung eines Moduls. Sie wird als UOC in Volt [V] angegeben und sollte auf dem Moduldatenblatt aufgeführt sein. Während der Inbetriebnahme einer Photovoltaikanlage werden die Leerlaufspannungen einzelner Module oder ganzer Modulstränge gemessen. Die Leerlaufspannung eines Solarmoduls ist abhängig von der Temparatur der Module. Dies spiegelt sich im Temperaturkoeffizienten wider.
Definiere den Begriff Nennleistung
Der Begriff Nennleistung gibt Auskunft über die erbrachte Leistung unter Testbedingungen. STC = 1000W/m^2, 25 Grad C
