Hallo zusammen, ich habe neulich gelesen, dass es Möglichkeiten gibt eventuell Wirkungsgrade über 50% zu erreichen. Nun steh ich etwas auf dem Schlauch, denn die maximale Leistung die ich einer Quelle entnehmen kann, liegt bei Leistungsanpassung vor (RL = RI). Das bedeutet aber, dass die Hälfte der Leistung im Innenwiderstand der Quelle verbraten wird. Demzufolge kann eine Solarzelle doch gar nicht mehr als 50% Wirkungsgrad haben, da bei idealer Anpassung immer die Hälfte der elektr. Leistung im Innenwiderstand der Solarzelle verheizt wird. Bitte klärt mich auf, wo liegt mein Denkfehler? lg dummi
Dein Fehler ist, dass du dir nicht angeschaut hast, wie in diesem Fall "Wirkungsgrad" überhaupt definiert wird.
Der Wirkungsgrad einer Solarzelle ist in der Tat nicht so trivial. Das Sonnenlicht hat ein spektrum von 400-irgendwas Nanometer. Das Integral drueber und skaliert als leistung ergibt bei uns etwa 1000W/m^2. Mit einem thermisch schwarzen Koerper koennte man in der Tat soviel bekommen. Nun haben Halbleiter zur Stromerzeugunhg eine Bandluecke, die einer Wellenlaenge entspricht. Das bedeutet das Laengerwellige bringt nichts, auf die andere Seite ist die Spannung proportional der Frequenz, dh fuer 1200nm(infrarot) bekommt man 1V, fuer 600nm(rot) 2V, fuer 400nm(blau) 3V, theoretisch. Optimalerweise haette eine Solarzelle mehrere Schichten, die das kurzwellige zuerst wandeln, in einer tieferen Schicht laegerwelliges, usw. Es gibt solche Ansaetze. Die Realitaet ist dass die heutigen Zellen eine Bandluecke im langewelligen haben, und daher die zusaetzlich moegliche hoehere Spannunge des kuerzerwelligen Lichtes verschenken, dafuer aber einen groesseren Bereich des Spektrums nutzen.
und skaliert als leistung ergibt bei uns etwa 1000W/m^2. Nehmen wir an die Solarzelle wandelt diese 1000W photonische Leistung in elektrische Leistung um, dann kann ich davon jedoch nur 500W nutzen, wenn ich ideal anpasse. Das war doch der Punkt der mich irritiert hat. Man kann grundsätzlich nur 50% der Sonnenenergie nutzen, ganz gleich wie toll die Solarzelle aufgebaut ist. -------- Dein Fehler ist, dass du dir nicht angeschaut hast, wie in diesem Fall "Wirkungsgrad" überhaupt definiert wird. -------- Das Dämmert mir auch so langsam :) Offensichtlich ist der Wirkungsgrad nicht als Nutzbare Leistung / Lichtleistung definiert. Wenn dem so wäre, ginge es nicht über 50%. richtig?
So eine Solarzelle ist ein extrem nichtlineares Teil; ich glaube nicht, dass du da die einfachen Formeln zur Leistungsanpassung verwenden kannst. Siehe Stichwort Maximum Power Point Tracking.
dummi schrieb: > denn die maximale Leistung die ich > einer Quelle entnehmen kann, liegt bei Leistungsanpassung vor (RL = RI). > Das bedeutet aber, dass die Hälfte der Leistung im Innenwiderstand der > Quelle verbraten wird. Quatsch. Schau dir die Kennlinie einer Solarzelle an. Am MPP ist die Klemmenspannung so bei 80-85% der Leerlaufspannung. In deinem einfachen Modell wären es bei Leistungsanpassung genau 50%.
Quatsch. Schau dir die Kennlinie einer Solarzelle an. Am MPP ist die Klemmenspannung so bei 80-85% der Leerlaufspannung. In deinem einfachen Modell wären es bei Leistungsanpassung genau 50%. Der dynamische Widerstand am MPP liegt dann aber bei RL oder nicht?
dummi schrieb: > Der dynamische Widerstand am MPP liegt dann aber bei RL oder nicht? Es gibt keinen RL im klassischen Sinne, weil man da eine intelligente Regelung verwendest. Deine Vorstellungen sind da etwas zu einfach.
ev. hat mir auch die Hitze das Hirn geplättet, aber ich stehe auf dem Schlauch. Meines Erachtens spielt es gar keine Rolle ob das Bauteil nichtlinear ist oder nicht. Wenn die Solarzelle in einem bestimmten Arbeitspunkt betrieben wird, ist der Innenwiderstand der Quelle konstant und es gilt auch hier Leistungsanpassung. Wie die Klemmenspannung im Leerlauffall ist, interessiert dann überhaupt nicht
Es gibt keinen RL im klassischen Sinne, weil man da eine intelligente Regelung verwendest. die Regelung verwendet, weil die Solarzelle keinen konstanten Ri hat. Aber das ist doch Nonsens, denn für den Zeitraum delta t ist Ri konstant und für diesen Zeitraum muss Leistungsanpassung gelten...
Wie gesagt, google mal nach Maximum Power Point Tracking... da wird dir vieles klarer.
hehe, aber das MPP Verfahren macht doch nichts anderes, als den RL so zu variieren, als dass Leistungsanpassung vorliegt. Um die Leistungsanpassung kommt man nicht herum und somit auch nicht um das eingangs erwähnte Problem, dass immer die Hälfte der Leistung am Ri verbraten wird ;)
zitat wikipedia: Dieses iterative Verfahren führt ein Mikroprozessor ständig aus, sodass auch bei wechselnden Bestrahlungsverhältnissen (Faktor >10 zwischen bewölktem Himmel und Sonne) immer Leistungsanpassung vorliegt.
und wie erreicht man Leistungsanpassung? Eben - durch Variation von R_last ;)
Ja aber wer sagt, dass bei Leistungsanpassung immer bedeutet, dass die Hälfte der Leistung verbraten wird?
Zitat Wiki: Unter Leistungsanpassung von elektrischen Geräten versteht man die optimale Leistungsübertragung von Signalen oder Energie und das bedeutet, dass an den Endverbraucher die maximal mögliche Leistung abgegeben wird. Hierzu ist es erforderlich, dass der Innen- und Außenwiderstand den gleichen Betrag aufweisen. Der Wirkungsgrad beträgt 50 %, d. h. nur maximal die Hälfte der erzeugten Leistung wird zum Endverbraucher übertragen.
Der Knackpunkt ist, dass eine Solarzelle sich nicht wie ein ohmscher Widerstand verhält, sondenr eine nichtlineare Kennlinie besitzt (sieht man ja, wenn man sich die mal anschaut).
wo steht da was davon, dass selbige überhaupt eine Rolle spielt? ;)
eine nichtlineare Kennlinie bedeutet ja nun nicht, dass die Regel der Leistungsanpassung ausgehebelt würde.
Nur durch Wikipedia-lesen wird man nicht schlauer. Selbst nachdenken hilft.
100% zustimmung stefan, aber ich habe mir ja gedanken gemacht und stehe halt immernoch auf dem Schlauch.
dummi schrieb: > eine nichtlineare Kennlinie bedeutet ja nun nicht, dass die Regel der > Leistungsanpassung ausgehebelt würde. "Die Regel" der Leistungsanpassung ist ein Spezialfall für ohmsche Widerstände. Nimm eine U-I-Kennlinie einer Solarzelle und lege dir mal die U-I Kennlinie eines Widerstandes rein. Wenn du es dann noch nicht verstanden hast, können wir dir hier wahrscheinlich auch nicht weiterhelfen.
"Die Regel" der Leistungsanpassung ist ein Spezialfall für ohmsche Widerstände. Ist eine Diode etwa kein Ohmscher Widerstand? Auch bei der Diode handelt es sich um einen ohmschen Widerstand, weil auch er warm wird, wenn Strom fließt ;) Oder fließt da etwas Blindstrom?
dummi schrieb: > Ist eine Diode etwa kein Ohmscher Widerstand? Auch bei der Diode handelt > es sich um einen ohmschen Widerstand, weil auch er warm wird, wenn Strom > fließt ;) Oder fließt da etwas Blindstrom? Du hast noch viel zu lernen... Wieso glaubst du, wieso es Dioden gibt... genau, weil es eben kein ohmscher Widerstand ist.
physikalisch gibt es drei arten von Widerstand: ohmisch, kapazitiv und induktiv Na welchen der drei hat man wohl bei Gleichspannung?
So ein Quatsch. Warte mal ab, bis in der Schule Halbleiter drankommen, damit dein Weltbild etwas erweitert wird.
der Widerstand einer Diode ändert sich eben jeh nach Arbeitspunkt, aber das ändert nichts, aber auch gar nichts daran, dass er ohmisch ist. ;)
... Du hast noch viel zu lernen... Wieso glaubst du, wieso es Dioden gibt... genau, weil es eben kein ohmscher Widerstand ist ... Das klingt einfach nur arrogant. Im Sinne Dummis würde ich von einem dynamischen Ri sprechen - an dem Rl angepasst wird.
Das klingt einfach nur arrogant. Im Sinne Dummis würde ich von einem dynamischen Ri sprechen - an dem Rl angepasst wird. Genau das habe ich doch oben schon geschrieben!
Es mag arrogant klingen, es ist aber nur ein gut gemeinter Rat. Eine Diode ist einfach kein Ohmscher Widerstand mehr. Egal wie man sich das als dynamischer Widerstand oder was auch immer veranschaulichen möchte.
Und es gibt tatsächlich keinen 4 Widerstand mehr. Es gibt nur jene drei die ich aufgezählt habe. Das diese drei veränderlich sein können, jeh nach Arbeitspunkt ist doch vollkommen egal für den physikalischen Vorgang der Leistungsumwandlung! auch ein Drahtwiderstand ist dynamisch, weil er sich mit der Temperatur ändern kann. Er ist dennoch ohmisch. Bei der Diode ist es eben der Strom, welcher den ohmschen Widerstand verändert und nicht die Temperatur wie bei einem Drahtwiderstand.
Eine Diode ist einfach kein Ohmscher Widerstand mehr. Das stimmt eben nicht! Sie ist ein Ohmscher Widerstand, der sich in Abhängigkeit des Stromes verändert. Es gibt aber jede Menge ohmsche Widerstände, die sich in Abhängigkeit irgendeiner physikalischen Größe verändern. Das tut aber nichts zu Sache
dummi schrieb: > jeh > nach Arbeitspunkt ist doch vollkommen egal für den physikalischen > Vorgang der Leistungsumwandlung! Eben nicht! dummi schrieb: > Das stimmt eben nicht! Sie ist ein Ohmscher Widerstand, der sich in > Abhängigkeit des Stromes verändert. Es gibt aber jede Menge ohmsche > Widerstände, die sich in Abhängigkeit irgendeiner physikalischen Größe > verändern. Das tut aber nichts zu Sache Das sind zwei völlig unterschiedliche Dinge.
Eben nicht! Doch! den Elektronen ist das vollkommen wurscht ob sie in einer Diode durch Zusammenstöße in Wärme gewandelt werden oder in einem Drahtwiderstand. Beide Vorgänge sind absolut identisch! Das die Nichtlinearität dazu führt, dass man Leistungsanpassung auf aufwändige Weise durchführen muss (beispielsweise durch MPP, weil Ri sich dauernd ändert) steht doch auf einem anderen Blatt.
Schau dir mal den Aufbau der Sperrschicht einer Diode an und erkläre, was das noch mit einem Ohmschen Widerstand zu tun hat. Zweite Übung: Bestimme den Maximum Power Point einer idealen Diode.
Bestimme den Maximum Power Point einer idealen Diode. es gibt keinen MPP einer idealen Diode. Der MPP ist variabel und hängt von x Faktoren ab. Zudem muss die Sperrschicht auch noch von Licht bestrahlt werden, damit es da überhaupt ne abgegebene Leistung geben kann. Schau dir mal den Aufbau der Sperrschicht einer Diode an und erkläre, was das noch mit einem Ohmschen Widerstand zu tun hat. es gibt freie Ladungsträger und Hindernisse, an dem sich die Ladungsträger stoßen können --> ohmscher Widerstand. Wie gesagt: es spielt keine Rolle, dass die Ladungsträgerzahl in der Sperrschicht variabel ist. Die grundsätzlichen Physikalischen eigenschaften sind ohmscher Natur und führen zum Resultat Wärme.
Du kannst ja mal eine Diode nehmen und lässt einen bestimmten Strom fließen und misst die dazugehörige Spannung. Dann multiplizierst du beides und misst die Wärmeleistung, die von der Diode ausgeht. Beide Werte sind identisch --> ohmscher Widerstand
Beide Fragen falsch beantwortet. Und dein zweiter Post in eine krasse Fehlinterpretation des Ohmschen Gesetz.
Zur ersten Frage poste ich einfach mal ein zitat aus wiki: Der Maximum Power Point ist der Punkt des Strom-Spannungs-Diagramms einer Solarzelle, an dem die größte Leistung entnommen werden kann, d.h. der Punkt, an welchem das Produkt von Strom und Spannung sein Maximum hat. Er ist nicht konstant, sondern hängt von der Bestrahlungsstärke, der Temperatur und dem Typ der Solarzellen ab. --> also vollkommen richtig beantwortet. Der MPP ist nicht konstant.
was den ohmschen widerstand betrifft: eine Diode wird nicht umsonst "stromabhängiger Widerstand" genannt. Das ändert aber nichts daran, dass er ohmisch ist. Steht auch alles so im Physikbuch.
... Eine Diode ist einfach kein Ohmscher Widerstand mehr. Egal wie man sich das als dynamischer Widerstand oder was auch immer veranschaulichen möchte. ... Noch einmal: die Darstellung Dummis ist nicht von der Hand zu weisen. Dazu ein kleines Experiment: Du hast einen Zweipol mit den Informationen - es liegt eine Gleichspannung von 0,65 V über dem Bauteil - durch das Bauteil fließt ein Strom von 10 mA Frage: was für ein Bauteil ist dieser Zweipol?
Martin ist wohl der Zweitname von dummi. Martin schrieb: > - es liegt eine Gleichspannung von 0,65 V über dem Bauteil > - durch das Bauteil fließt ein Strom von 10 mA > > Frage: was für ein Bauteil ist dieser Zweipol? Das kann alles mögliche sein. Ein Widerstand, eine Diode, ein entsprechend verschalteter FET oder irgendeine andere beliebige Schaltung. Anhand eines Arbeitspunktes kann man das nicht bestimmen. Schau dir mal die Definition vom Ohmschen Gesetz an. Wenn die nicht einmal sitzt, sollte man sich nicht so weit aus dem Fenster lehnen.
Man kann auch maal über folgende Frage nachdenken: Wird ein Kraftwerk mit Leistungsanpassung betrieben ?
Stefan L. schrieb: > Schau dir mal die Definition vom Ohmschen Gesetz an. Wenn die nicht > einmal sitzt, sollte man sich nicht so weit aus dem Fenster lehnen. Stefan, du redest die ganze Zeit am Thema vorbei, es geht hier nicht darum dass du mit dem URI Satz deine Spannungen Ströme und Widerstände berechnen kannst, dass ist hier allen klar! Fakt ist aber, dass sich die Art der Leistungsumwandlung an dem Bauteil wie ein ohmscher Widerstand verhält. Insofern ist das Zweipolbeispiel vollkommen zielführend, anhand der charakteristik, die dargestellt wurde, kann es sich nur um einen Ohmschen Verbraucher handeln, bei induktiver Leistungsumwandlung würde der Strom irgendwann steigen, wenn das Feld gesättigt ist, bei kapazitativer umwandlung irgendwann gegen Null gehen, weil die maximale Ladung aufgenommen wurde.
--Man kann auch maal über folgende Frage nachdenken: Wird ein Kraftwerk mit Leistungsanpassung betrieben ?-- Du musst bedenken, dass ein Kraftwerk regulieren kann wieviel Kohle es verbrennt oder auch wieviel Kernmaterial gespalten wird. Bei der Solarzelle fällt immer eine unbeeinflussbare Menge an Energie auf die Solarzelle, von der ich möglichst viel nutzen will --> Ergo benötige ich Leistungsanpassung womit wir bei dem eingangs erwähnten Problem stehen. --Insofern ist das Zweipolbeispiel vollkommen zielführend, anhand der charakteristik, die dargestellt wurde, kann es sich nur um einen Ohmschen Verbraucher handeln, bei induktiver Leistungsumwandlung würde der Strom irgendwann steigen, wenn das Feld gesättigt ist, bei kapazitativer umwandlung irgendwann gegen Null gehen, weil die maximale Ladung aufgenommen wurde.-- Ist es dann korrekt, dass eine Solarzelle niemals mehr als 50% der photonischen Energie an den Verbrauer liefern kann? Diese Frage ist bislang noch nicht beantwortet worden.
dummi schrieb: > Ist es dann korrekt, dass eine Solarzelle niemals mehr als 50% der > photonischen Energie an den Verbrauer liefern kann? Diese Frage ist > bislang noch nicht beantwortet worden. Hmm, dass kann ich leider nicht beantworten ... Die Frage ist dabei für mich ob diese Form der Leistungsanpassung beim MPP tatsächlich so ausgeführt wird, würde man dies dann auch so machen, wenn man möglichst viel Saft aus einer Batterie ziehen müsste? Da käme man definitiv nicht hin, weil man sicher beim entladen eines Akkus nicht die hälfte der Leistung am Innenwiderstand verbrät und bei der Solarzelle müsste auch eine recht hohe Wärmeentwicklung stattfinden, würde dies tatsächlich so sein
--Hmm, dass kann ich leider nicht beantworten ... Die Frage ist dabei für mich ob diese Form der Leistungsanpassung beim MPP tatsächlich so ausgeführt wird, würde man dies dann auch so machen, wenn man möglichst viel Saft aus einer Batterie ziehen müsste? Da käme man definitiv nicht hin, weil man sicher beim entladen eines Akkus nicht die hälfte der Leistung am Innenwiderstand verbrät und bei der Solarzelle müsste auch eine recht hohe Wärmeentwicklung stattfinden, würde dies tatsächlich so sein-- Man kann das nicht miteinander vergleichen, weil ich mir bei einer Batterie aussuchen kann in welchem Zeitraum ich die Energie aus der Batterie sauge (idealerweise mache ich das mit einem möglichst großen Lastwiderstand, da dann weniger Leistung am Ri verbraten wird). Bei der Solarzelle steht mir eine bestimmte photonische Leistung zur Verfügung und ich muss zusehen, dass ich auch die maximale Leistung an meinem Verbraucher habe, denn ansonsten verschenke ich photonische Energie --> also Leistungsanpassung
Könnt ihr mal bitte vernünftig zitieren? Sonst muss man immer raten, welche Sätze nun von euch stammen, und welche irgendwo schonmal im Thread geschrieben wurden!
dummi schrieb: > Man kann das nicht miteinander vergleichen, weil ich mir bei einer > Batterie aussuchen kann in welchem Zeitraum ich die Energie aus der > Batterie sauge (idealerweise mache ich das mit einem möglichst großen > Lastwiderstand, da dann weniger Leistung am Ri verbraten wird). Bei der > Solarzelle steht mir eine bestimmte photonische Leistung zur Verfügung > und ich muss zusehen, dass ich auch die maximale Leistung an meinem > Verbraucher habe, denn ansonsten verschenke ich photonische Energie --> > also Leistungsanpassung Aber wenn die Leistungsanpassung so funktioniert würde dieses Problem bei jedem Fall der Leistungsanpassung auftreten. Und wenn ich zu einem beliebigen Zeitpunkt die maximale Leistung aus dem Akku rausholen wollen würde, wäre das doch der selbe Fall, wie bei der Solarzelle ... Ich denke die Modellbauer, die Hunderte Ampere aus ihren LiPos in 5min Flugzeit ziehen, sind da nicht so weit von entfernt, aber dann müssten dien Akkus ziemlich schnell in die Luft gehen ...
http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrischer_Widerstand ---- Ein ohmscher Widerstand ist ein elektrischer Widerstand, dessen Widerstandswert im Idealfall unabhängig von der Spannung, der Stromstärke und der Frequenz ist. An einem solchen ohmschen Widerstand gilt das ohmsche Gesetz für beliebige Spannungen, Ströme und Frequenzen. ---- Wo genau ist das jetzt bei der Diode der Fall? Folglich ist eine Diode kein ohmscher Widerstand. dummi schrieb: > ohmisch Es heißt OHMSCH.
... Schau dir mal die Definition vom Ohmschen Gesetz an. Wenn die nicht einmal sitzt, sollte man sich nicht so weit aus dem Fenster lehnen. ... Ich geb' es auf; du hast einfach einen zu eingeschränkten Horizont. Allein dein schiefer Vergleich (siehe oben) zeigt schon, dass du nicht einmal im Ansatz die Argumention von Dummi & mir verstehst. EOT http://av8n.com/physics/resistance.htm#eq-ohmic
> Folglich ist eine Diode > kein ohmscher Widerstand. Wir können uns ja darauf einigen, dass die Diode ein ohmscher Widerstand ist, dessen Widerstandswert sich in Abhängigkeit des Stromes ändert. Wären wir dann im Konsens? Für die Ausgangsfrage spielt das aber letztlich gar keine Rolle, denn zum Zeitpunkt x ist die Solarzelle eine Spannungsquelle mit einem bestimmten Innenwiderstand Ri (an dem Leistung verbraten wird) und einem Lastwiderstand RL an dem im Idealfall bei einer Leistungsanpassung genau die Hälfte der Leistung abfällt, welche am Ri abfällt. Das ist ja das worauf ich hinauswollte und die Frage die ich in den Raum warf. lg dummi
ich korrigiere: ...Lastwiderstand RL an dem im Idealfall bei einer Leistungsanpassung genau die Leistung abfällt, welche am Ri abfällt.
Der Innenwiderstand der Solarzelle ist nicht direkt ein ohmscher Widerstand, der Leistung in der Solarzelle umsetzt, sondern hängt auch mit der Lichtquelle zusammen. Man muss hier also den gesamten Energiefluss von der Quelle (also der Sonne) bis zur Last betrachten. Das ist ähnlich bei einer (Empfangs-)Antenne für elektromagnetische Wellen, die hat zum Beispiel eine Impedanz von 50 Ohm. Wenn man die Antenne mit 50 Ohm belastet, so dass Leistungsanpassung vorliegt, wird nicht die gleiche Verlustleitung in der Antenne entstehen wie im Abschlusswiderstand. Die Energiequelle mit dem "ohmschen" Widerstand ist nämlich außerhalb der Antenne, die Antenne wandelt einfach nur die elektromagnetischen Wellen in einen Strom und eine Spannung um, die über ein Kabel abgegeben wird. Bei Solarzellen ist das so ähnlich, eine ideale Solarzelle, die auf den absoluten Nullpunkt abgekühlt wird, könnte theoretisch das Sonnenlicht komplett ohne eigene Verluste in elektrische Leistung umwandeln und hatt dann trotzdem noch einen Innenwiderstand, der von außen wie ein ohmscher Widerstand aussieht.
so ganz einleuchten tut mir das aber immer noch nicht. Nun muss ich aber erstmal pausieren, denn bei dem Hupenlärm kann ich eh nicht nachdenken :)
> Das ist ähnlich bei einer (Empfangs-)Antenne für elektromagnetische > Wellen, die hat zum Beispiel eine Impedanz von 50 Ohm. Wenn man die > Antenne mit 50 Ohm belastet, so dass Leistungsanpassung vorliegt, wird > nicht die gleiche Verlustleitung in der Antenne entstehen wie im > Abschlusswiderstand. Noch ne Anmerkung Allerdings handelt es sich dort um den Wellenwiderstand. Ich glaube nicht, dass eine Solarzelle einen Wellenwiderstand aufweist und man so argumentieren kann, wenn reiner Gleichstrom vorliegt. ;) Ich glaube das sind zwei paar Schuhe.
Versuchs mal so rum: Eine Reihenschaltung aus idealer Solarzelle, ihrem Widerstand Ri und dem Verbraucher Rl. U von der idealen Quelle sei 11V, Ri sei 1Ohm und Rl sei 10Ohm. Somit fließt somit ein Strom von 1A. P(Ri) = 1W P(Rl) = 10W Angenommen die ideale Solarzelle hat einen Wirkungsgrad von 90%. Sie gibt an das System aus Ri und Rl eine Leistung von 11W ab. Somit fallen 12,22W auf die Solarzelle als reine Lichtleistung ein. Nur 90% gelangen als Strom in den Stromkreis, darin wird noch mals 1W als Verlust verbraten (nochmals 8,18% Verlust in der Zelle). Somit gelangen von den 100% Lichtleistung (12,22W) noch 81,82% zum Verbraucher.
ihr vermuscht da auch etwas. ohmscher verbraucher heißt nicht automatisch, dass dieser über das ohmsche-gesetz definierbar/beschreibbar wäre. ohmsch heißt lediglich, dass es eben keine Blindströme/phasenverschiebungen gibt (respektive einschwingvorgänge und dergleichen bei gleichströmen). und die r=u/i-geschichte ist lediglich eine mathematische beschreibung für die kennlinie eines speziellen ohmschen verbraucher, nämlich eines einfachen widerstands. und das auch nur in erster näherung. wenn man es genau betrachtet gibt es da auch parasitäre komponenten.. und das mit der leistunganpassung und nur 50% wirkungsgrad gilt genauso bei allen anderen kraftwerksanlagen (außer kraft-wärme-kopplung). ich vermute mal die angestrebten >50% wirkungsgrad gelten für den zusammenhang eingestrahltes licht und in freie elektronen umgesetzte energie...
Hi Fisch, Du gehst hier aber einfach davon aus, dass die Quelle in der Lage ist mit einem Wirkungsgrad von 90% ihre Leistung an diese Reihenschaltung abzugeben. Aber genau hier stellt sich doch sofort wieder die Frage von oben, nur das aus meinem obigen RL nun eine Reiheinschaltung aus deinem Ri+RL geworden ist. :(
@ wirres zeug, genauso ist auch meine Vermutung, aber ich wollts nun halt mal ganz genau wissen, weil ich mir jedes mal blöd vorkomme wenn ich diesen gedanken habe und mich kaum traue ihn auszusprechen ;)
Warum sind zur Zeit eigentlich so viele Trottel unterwegs, die vorherige Posts nicht sinnvoll zitieren können?
@dummi: Das ist aber genau das was bei der ganzen Leistunganpassungsgeschichte auch gemacht wird: Man sieht die gesamte Quelle als eine Reihenschaltung aus idealer Quelle und einem Widerstand der ihrer Verluste darstellt.
Die Diskussion kommt irgendwie nicht vom Fleck. Eine Solarzelle ist eine Stromquelle. Die maximale Leistung zieht man bei der maximalen Spannung, bevor der Strom einsackt, im MPP.
> Allerdings handelt es sich dort um den Wellenwiderstand. Ich glaube > nicht, dass eine Solarzelle einen Wellenwiderstand aufweist und man so > argumentieren kann, wenn reiner Gleichstrom vorliegt. ;) Ich glaube das > sind zwei paar Schuhe. Ich denke du machst den Denkfehler, dass du davon ausgehst, das Licht kommt ohne einen Innenwiderstand zur Solarzelle. Wenn das so währe, könnte die Solarzelle unendlich viel Leistung von der Sonne ziehen und die Leistung am Ausgang der Solarzelle ist nur durch den Innenwiderstand der Solarzelle begrenzt. Es ist aber so, dass da Licht, was von der Sonne auf die Solarzelle einfällt, eine bestimmte Leistungsdichte hat und wenn die Solarzelle gar keine eigenen Verluste macht, also keinen ohmschen Innenwiderstand hat, wird trotzdem die Spannung absinken, wenn der Laststrom ansteigt. Man sieht also aus Sicht der Last einen Innenwiderstand, der aber nicht von der Solarzelle kommt, sondern von der Lichtquelle. In der Realität hat die Solarzelle noch zusätzlich einen Innenwiderstand, so dass man in der Zelle natürlich trotzdem noch Verluste hat.
Bei einer bestimmten Sonneneinstrahlung kann die Solarzelle aufgrund von Verlusten (Reflektion, Erwärmung etc.) nur einen Teil der gesamten an ihrer Oberfläche ankommenden Bestrahlungsleistung in elektrische Leistung umwandeln. Das ist der publizierte Wirkungsgrad, der evtl. bald 50% überschreiten soll. Dass dananch nur mit der optimalen Anpassung die maximale elektrische Leistung aussen wirksam wird liegt an weiteren Faktoren: Es gibt tatsächlich einen Innenwiderstand der Zelle, wie schon erwähnt an den man sich anpassen muss. Schwerer wiegt aber die Beeinflussung der oben genannten Verluste (das etc. sozusagen) durch die Belastung der Zelle. Es gibt also einen optimalen Belastungspunkt, bei dem der oben genannte Wirkungsgrad sein ungefähres Maximum erreicht. Die Leistungsanpassung an den Innenwiderstand ist davon nur ein kleiner Anteil.
Ich lehne mich mal ganz weit aus dem Fenster und gehe davon aus dass jemand noch mehr dazu sagen kann: Die ankommenden Photonen erzeugen leichter einen Elektronenüberschuss und somit Strom wenn die Spannungsverhältnisse ihnen nicht entgegenwirken. Ergo würde man gerner jedes freigeschlagene Elektron so schnell wie möglich abmarschieren lassen - maximale Stromentnahme also. Da jedoch auch ein Innenwiderstand existiert, ist die entstehende Kurve für die entnehmbare Leistung die Kombination der beiden Effekte, die irgendwo zwischen 0V und der Leerlaufspannung der Zelle liegt (viel näher an der Leerlaufspannung als an 0V).
Also ich glaube, das ihr hier etwas grundlegendes vergesst. Der Wirkungsgrad der Solarzelle ist nicht konstant, er hängt von der Belastung ab. Je mehr Strom fließt, desto mehr Verlustleistung entsteht im Innenwiderstand der Zelle (dieser macht jedoch nicht die gesamten Verluste aus). Das Gedankenspiel funktioniert auch, wenn man die ganzen komplizierten Zusammenhänge weglässt, wie ich oben vorgerechnet habe. Also kann ich mir aussuchen, ob ich Leistungsanpassung habe (ich bekomme den größtmöglichen Teil der elektrischen Leistung aus der Zelle, der Wirkungsgrad ist aber nicht so optimal, da die Verluste am Innenwiderstand ebenfalls hoch sind). Oder ich verzichte auf die Leistunganpassung und gehe in Richtung Spannungsanpassung. Ich bekomme einen geringeren Prozentsatz der elektrischen Leistung. Allerdings ist der Gesamtwirkungsgrad jetzt besser, da weniger Strom fließt und somit weniger Verluste am Innenwiderstand entstehen. Somit bekomme ich im Endeffekt mehr elektrische Leistung aus der gleichen Zelle.
dummi schrieb: >> Folglich ist eine Diode >> kein ohmscher Widerstand. > > Wir können uns ja darauf einigen, dass die Diode ein ohmscher Widerstand > ist, dessen Widerstandswert sich in Abhängigkeit des Stromes ändert. > Wären wir dann im Konsens? Nein, weil dann obige Gleichung nicht mehr stimmt. Diese besagt, dass der Strom durch einem Widerstand sich umgekehrt-proportional mit dem Widerstandswert verhält. Also R = U * 1/I. Wenn R aber wiederum wieder von I abhängt, muss dieser Zusammenhang nicht unbedingt mehr gelten (zB wenn R = I² * [Ohm/A]). Das was du meinst wird "differentieller Widerstand" genannt. http://de.wikipedia.org/wiki/Diode#Differentieller_Widerstand Und dessen Definition ist etwas anders als die vom ohmschen Widerstand.
dummi schrieb: > Hallo zusammen, > > ich habe neulich gelesen, dass es Möglichkeiten gibt eventuell > Wirkungsgrade über 50% zu erreichen. > > Nun steh ich etwas auf dem Schlauch, denn die maximale Leistung die ich > einer Quelle entnehmen kann, liegt bei Leistungsanpassung vor (RL = RI). > Das bedeutet aber, dass die Hälfte der Leistung im Innenwiderstand der > Quelle verbraten wird. Demzufolge kann eine Solarzelle doch gar nicht > mehr als 50% Wirkungsgrad haben, da bei idealer Anpassung immer die > Hälfte der elektr. Leistung im Innenwiderstand der Solarzelle verheizt > wird. > > Bitte klärt mich auf, wo liegt mein Denkfehler? Hallo dummi, hallo alle anderen! Das ist eine interessante Frage/Diskussion. Wie nun schon mehrmals geschrieben wurde, ist eine Solarzelle alles andere als linear, mit Abhängigkeiten von Umwelteinflüssen, Belastung, usw. Vielleicht wird das Problem klarer, wenn mit etwas "Greifbarerem" gerechnet wird: Ein Windrad mit einem Gleichstromgenerator dran. Angenommen, der Wind erzeugt im Windrad eine mechanische Leistung von 10W. Der Generator verhalte sich dabei wie eine Spannungsquelle mit Uq=10V und einem Innenwiderstand von 0.1R. Jetzt kommst du und sagst: Wir ziehen maximale Leistung, nehmen also einen Lastwiderstand von ebenfalls 0.1R. Der Stromkreis umfasst nun also 0.2R, was bei 10V in einem Strom von 50A resultiert. Die gesamte Leistung des Generators müsste dann also bei satten 500W liegen. Was wird bei dieser Last also passieren? Die Klemmenspannung am Motor wird sich reduzieren (Im Idealfall auf U=sqrt(P*Rg)=sqrt(10W*0.2R)=1.4V). Das passiert aber nicht durch den Innenwiderstand (U_Ri=U/2=0.7V), sondern weil schlicht und einfach die Drehzahl und damit die Generatorspannung absäuft. Um effektiv den besten Wirkungsgrad zu erreichen, sollte der Lastwiderstand also so gewählt werden, dass die gesamte verfügbare Leistung verwendet wird. Das wären hier 10W, bei 10V Ausgangsspannung müsste Also ein Strom von 1A fliessen. Macht ein Lastwiderstand von 10R (Ok, eigentlich 9.9R). Der Innenwiderstand nimmt für sich dann gerademal noch 1% der abgegebenen Leistung, der Generator hätte also einen Wirkungsgrad von 99%. Dein Denkfehler liegt also ganz einfach darin, dass du vor deinem Innenwiderstand keine ideale Quelle hast, sondern eine Quelle mit einer definierten Maximalleistung. Im Solarzellenbeispiel wären das dann also die 1000W/m^2. Ich hoffe, die Beschreibung passt so und ist nachvollziehbar :) Viele Grüsse, Philipp EDIT: Noch was zur Diskussion um den "ohmschen Widerstand". Ich kann zwar nachvollziehen, auf was die verschiedenen Poster rauswollen, doch ich finde die Bezeichnung etwas unglücklich gewählt. Für mich is ein "ohmscher Widerstand" eben ein Widerstand, der sich gemäss den Regeln des ohmschen Gesetzes verhält. Das ist sowohl beim differentiellen Widerstand eine Solarzelle, wie auch bei Spulen/Kondensatoren der Fall. In letzterem Fall aber natürlich nur bei komplexer Rechnung. dummi (und einige andere) wollte(n) hier wahrscheinlich eher darauf hinaus, dass der Widerstand eben Wirkleistung umwandelt. Und das macht ein "normaler" Widerstand genau so wie eine Solarzelle, nicht jedoch eine Induktivität/Kapazität. Ich würde dafür daher die Bezeichnung "Wirkwiderstand" oder von mir aus "realer Widerstand" (da nicht komplex) vorziehen.
In der Tat ist das Windrad auch ein gutes Beispiel: Die Aufnahmefähigkeit für die Energie des Windes variert mit der Drehzahl. Sie Propellerformel. Dieses völlig nichtlineare Gebilde hat an irgendeiner Stelle eben ein Leistungsentnahmemaximum, in welches per Formel nur zum Teil die Anpassung an einen (übrigens ebenfalls dynamischen) Innenwiederstand eingeht.
Wenn Du die 230V Steckdose mit dem Innenwiderstand des Netzes belastet, übertrags Du die maximale Leistung - mit 50% Verlust. Weicht der Innenwiderstand von deinem Lastwiderstand ab, kriegst Du nicht die maximal mögliche Leistung für dein RL(aber fast...), mit weniger Verlust. (Wobei ich funktionierende Solarzellen, die einen besseren Wirkungsgrad als Blattpflanzen haben sollen, für unrealistisch halte).
Ich halte 50% für unrealistisch. Hier wird von viel weniger gesprochen. http://www.solarserver.de/lexikon/wirkungsgrad.html Die Vertreter, welche Solaranlgen verkaufen wollen, werden ihren Kunden natürlich den höchsten Wert einreden.
>(Wobei ich funktionierende Solarzellen, die einen besseren Wirkungsgrad
als Blattpflanzen haben sollen, für unrealistisch halte).
Ich nicht. Eine Solarzelle besteht nicht aus rezyklierbarem Biomaterial
und muss auch nicht innerhalb ein paar Monaten ein Vielfaches der
eingesetzen Energie produzieren. Bei gleichen Bedingungen wird es
schwierig. Aber,
durch diese geaenderten Anforderungen sollte es moeglich sein etwas
Besseres zu finden.
Ohne eine Konzentration des Lichtes, oder wenigstens eine spezielle Richtungsabhängigkeit gibt es schon aus Gründen der Thermodynamik eine Grenze von rund 50% für Solarzellen. Real wird man das aber nicht erreichen. Nicht umsonst werden die besten Werte nur für Konzentriertes Licht erreicht. Besser als eine Blattpfanze sollte kein Problem sein. So gut sind die Pflanzen nicht, nur halt billig im Vergleich zu einer Solarzelle. Zum Problem mit der Leistungsanpassung: Für die Leistungsanpassung ist der differentielle Widerstand am MPP wesentlich. Dieser Differentiell Widerstand ist aber bei der nichtlinearen Kennline keine realer Ohmscher Widerstand als Teil der Solarzelle, sondern einfach nur eine Rechengröße. Es entstehlt also keine Verlustleistung in der Solarzelle entsprechend des differentiellen Widerstandes.
> Wobei ich funktionierende Solarzellen, die einen besseren Wirkungsgrad > als Blattpflanzen haben sollen, für unrealistisch halte Also der photochemische Wirkungrad, bei dem ein Photon eingefangen wird und ein Molekül in einer Verbindung daraufhin umgebaut wird, liegt bei 98%. Da sind Solarzellen weit von entfernt. Der restliche Wirkungsgrad der Biomasse ist aber mieserabel, so 0.01% Es muss uns also gelingen, die photochemische Umsetzung direkt zu nutzen in möglichst kostengünstiger Apparatur. Ein Beispiel sind Algen, die Zucklerwasser zu Benzin verwandeln in dem einfach ein grosser See unter der Sonne liegt und am Rand das leichtere Benzin abgeschöpft wird. So wäre Solarenergie sinnvoll.
Hallo, ich verstehe das Problem nicht. Hier wird davon ausgegangen das eine Solarzelle bei gegeben Umweltbdeingen aus einer idealen Spannungsquelle und einen Reihenwiderstand dargestellt werden kann. Das ist aber nicht Richtig. Der Widerstand ist auch abhängig vom Strom der fliest. R = f(I) oder überlicherweise U = f(I). Typische Strom-Spannungsverläufe sehen so aus: U |---------\ | \ | | ___________|I Bei dieser leicht idealiserten Kennlinie hast du zu beginn keinen Innenwiderstand. Ab einen Bestimmten Strom wird der Widerstand schnell größer und geht dann gegen unendlich. Die Kennline gilt so bei einer spezellen Umweltgedingung! Der differenzelle Widerstand ist auch vom entnommen Strom abhängig. Mfg Michael
Hi, Vielen Dank für die super Erläuterungen! Nun habe ich noch eine Frage: Wie sähe die Kennlinie einer Solarzelle aus, welche 100% Wirkungsgrad hat und wo läge dort der MPP? Diese Frage ist mir noch wichtig, weil der MPP ja keinesfalls dort liegen darf, wo Uklemme/I genau dem RL entspräche, welchen ich anklemmen muss um am MPP zu operieren. Denn dann wäre der MPP "zufällig" genau dort, wo RL = Ri ist.
nachtrag: mit 100% Wirkungsgrad meine ich das Verhältnis aus photonischer Energie zu insgesamt freigesetzter elektrischer Energie (also auch der Energie im Innenwiderstand).
korrektur: ...insgesamt freigesetzter elektrischer Energie zu photonischer Energie...
dummi schrieb: > Diese Frage ist mir noch wichtig, weil der MPP ja keinesfalls dort > liegen darf, wo Uklemme/I genau dem RL entspräche, welchen ich anklemmen > muss um am MPP zu operieren. Denn dann wäre der MPP "zufällig" genau > dort, wo RL = Ri ist. Da bestand fast Hoffnung, dass du es verstanden hast, und jetzt so etwas... Einen hochintelligenten DC-DC-Wandler zu einem Widerstand zu degradieren ist einfach Quark.
Das Diagramm ist fast das gleiche MMP beim Kreuz U |--------X | | | | _________|__I Ri ist dort noch 0 (in Realität nicht möglich) aber der Strom maximal. Mfg Michael
korrektur2: :D:D Diese Frage ist mir noch wichtig, weil der MPP ja keinesfalls dort liegen "darf", wo RL genau Ri entspricht.
nachtrag: Danke für Zeit und Mühe die ihr euch genommen habt! Nun ist vieles klarer. :))
Noch ein kleiner Nachtrag wie moderne Solarzellen (in der Forschung) höhere Wirkungsgrade (bei elektrooptischen Bauelementen oft das Verhältnis aus Anzahl von Photonen / Anzahl erzeugter Elektronen) erreichen: Wie bereits oben erwähnt haben herkömmliche Solarzellen mit einem PN-Übergang, dass sie nur Photonen mit dem Bandgap entsprechender Energie wandeln können. Somit wird nur ein minimaler Teil des Spektrums wirklich gewandelt. Besser sind Zellen mit meheren PN-Übergängen mit verschiedenem Bandgap. Diese sind noch recht teuer herzustellen und das Licht müsste idealerweise beim Durchgang durch die erste Schicht am besten keine Absoprtion erfahren, nicht reflektiert werden usw. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad wieder erhöhen. Der aktuelle Trick ist der Einsatz von Bandgap-Engineering mit Quantum-Wells. Hier können sehr effiziente Zellen hergestellt werden, welche einen großen Teil des Spektrum wandeln. Jedoch sind diese Strukturen noch sehr in der Forschung und weit weg von fertigen Produkten.
lukas schrieb: > Wie bereits oben erwähnt haben herkömmliche Solarzellen mit > einem PN-Übergang, dass sie nur Photonen mit dem Bandgap entsprechender > Energie wandeln können. Nein. Es können auch Photonen mit höherer Energie (bis zu einer gewissen Obergrenze) gewandelt werden, da es sich nicht um diskrete Energieniveaus handelt, sondern um (wie der Name schon sagt) Bänder. Ein Elektron vom unteren Ende des Valenzbandes zum oberen Ende des Leitungsbandes zu heben braucht eine erheblich höhere Energie als die Bandlücke, deshalb können auch höherenergetische Photonen genutzt werden. lukas schrieb: > Besser sind Zellen mit meheren PN-Übergängen mit > verschiedenem Bandgap. Das hat einen anderen Hintergrund: die gewonnene elektrische Energie pro angeregtem Elektron entspricht exakt der Bandlücke, selbst dann, wenn das anregende Photon eine höhere Energie hatte, die Überschussenergie wird in kürzester Zeit in Wärme umgewandelt. Deshalb kann man mit kleiner Bandlücke auch längerwellige Photonen nutzen (ergo viele Elektronen), verschenkt aber bei kurzwelligeren dann einen Teil der Energie. Eine breite Bandlücke produziert weniger Elektronen (da weniger Photonen ausreichend Energie haben), aber die nutzbare Energie pro Elektron ist höher. Deshalb die mehrschichtigen Zellen, da ist die oberste Schicht dann mit breiter Bandlücke und kann so nur kurzwelliges Licht absorbieren, dieses aber dann besser ausnutzen. Die folgenden Schichten haben dann immer kleinere Bandlücken, so dass immer größere Wellenlängen absorbiert werden können. Andreas
> Wie sähe die Kennlinie einer Solarzelle aus, welche 100% > Wirkungsgrad hat Genau dort, wo das Ergebnis der Division durch 0 ist. Es gibt einen Wirkungsgrad von 100% aus genau dem Grund nicht, weil er zu unmöglichen Betriebszuständen führen würde. Sicher ist der Innenwiderstand eine effektiven Solarzelle möglichst niedrig.
@dummi: Leistungsanpassung wird in solchen Fällen (Energieversorgung jeglicher Art) natürlich nicht angewandt und angestrebt! Das wäre völlig sinnlose Energieverschwendung! Auch z.B. in Leistungsverstärkern für die Audio-Technik wird selbstverständlich keinerlei Leistungsanpassung betrieben, auch wenn das immer wieder behauptet wird. In all diesen Fällen ist der Innenwiderstand der Quelle viel kleiner als der Widerstand der Verbraucher, und das ist gut so.
Ach ja, und das mit den verschiedenen "Arten elektrischer Widerstände" ist auch nicht ganz korrekt. Es gibt in der Elektrotechnik einen Widerstand, und der besitzt die Einheit "Ohm". Bei elektrotechnischen Berechnungen wirst Du niemals einen anderen Widerstand entdecken können als das gute alte Ohm. Und selbstverständlich ist auch der (differenzielle) Widerstand einer Diode ein ohmscher Widerstand. Was sonst? Wärmewiderstand, akustischer Widerstand, Luftwirderstand kommen wohl kaum in Frage.
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