Eine Frage, die mich schon länger beschäftigt und auf die ich noch keine befriedigende Antwort gefunden habe: Wohin geht die Energie bei einer unbelasteten Solarzelle? Nehmen wir mal folgendes Szenario an: Wir habe eine Solarzelle mit 20% Wirkungsgrad und 70% Absorbtion. Dann werden bei Betrieb im Leistungsmaximum von angenommenen 1000 W "Sonnen"leistung 300 W (30%) reflektiert, 200 W (20%) in elektrische Leistung umgewandelt und 500 W (50%) erwärmen die Solarzelle. Soweit sogut. Wenn ich der Solarzelle jetzt keinen Strom entnehme, steigt zwar die Spannung bis zur Leerlaufspannung an, aber da Leistung = Strom x Spannung, wird bei Erreichen der Leerlaufspannung keine elektrische Energie mehr erzeugt. Es werden nach wie vor 1000 W Leistung eingestrahlt. Wohin gehen die 200 W, die vorher als elektrische Leistung abgenommen wurden. 2 Möglichkeiten fallen mir ein: 1. Der Absorbtionskoeffizient verringert sich auf 50%, die Solarzelle absorbiert immer noch 500 W als Wärme, reflektiert aber statt 300 W jetzt 500 W. Klingt irgendwie nicht plausibel, da der Absorbtionskoeffizient eine Materialkonstante ist. 2. Die Solarzelle wandelt bei gleichem Absorbtionskoeffizient von 70% jetzt statt 50% die gesamten 70% in Wärme um, also 200 W zusätzlich. Das heisst aber, eine unbelastete Solarzelle würde in der Sonne deutlich wärmer als eine belastete Zelle. Könnte sein, klingt aber irgendwie komisch, da ich erstmal annehmen würde, dass eine belastete Zelle aufgrund des fließenden Stromes und ihres Innenwiderstandes wärmer würde als eine Zelle, die einfach nur rumliegt. Kann das hier jemand beantworten? Habe ich da was übersehen? Irgendwie erscheinen mir beide Varianten nicht schlüssig...
Also wissen tue ich nichts, aber der Augenschein sagt mir: Wenn eine Solarzelle bei Nicht-Nutzung der elektrischen Energie mehr Licht reflektieren würde, würde sich ja auch z.B. die Farbe ändern. Man könnte also sehen, wenn einer Solarzelle elektrische Energie entnommen würde. Bleibt also erstmal nur die Absorption. Man könnte ja mal mit einem Thermometer messen, ob die Temperatur unter einer Solarzelle konstant ist, oder ob sich eine Änderung bei "Benutzung" ergibt. So eine Messung geht natürlich nicht im Sonnenlicht, sondern nur bei konstanter Strahlung. (z.B. 500W Halogenstrahler)
Die geht definitiv in Wärme über. Wenn ich mir das richtig gemerkt habe gibt es bei Solarzellen eine Rekombinationszeit, in der nicht abgeleitete Elektronen wieder ihren "ursprünglichen Ort" einnehmen. Ihre Energie dürfte dabei in Wärme übergehen. Bei der Reihenschaltung großer Anzahl an Zellen können z.B. wegen Teilabschattung auch Zellen (mit dem Strom der anderen Zellen) durch hot spots zerstört werden.
Timm Thaler schrieb: > Wenn ich der Solarzelle jetzt keinen Strom entnehme, steigt zwar die > Spannung bis zur Leerlaufspannung an, aber da Leistung = Strom x > Spannung, wird bei Erreichen der Leerlaufspannung keine elektrische > Energie mehr erzeugt. Es werden nach wie vor 1000 W Leistung > eingestrahlt. Wohin gehen die 200 W, die vorher als elektrische Leistung > abgenommen wurden. Eine Solarzelle ist eine Spannungsquelle parallel zu einer Diode. Die Spannung der Spannungsquelle wird durch die Beleuchtung bestimmt. Ist die Spannungsquelle kleiner als die Schwellspannung der Diode, kann man sie an den Anschlüssen der Solarzelle messen. Will sie größer werden, wird sie von der Diode kurzgeschlossen. Wenn man Leistung entnehmen will, sollte man darauf achten, soviel Strom zu ziehen, daß die Spannung knapp unter der Diodenschwellspannung ist. Eine Leerlaufende Solarzelle wird durch den Strom durch die inherenten Diode aufgeheizt. Da bleibt dann die ungenutzte Sonnenenergie. MfG Klaus
Klaus schrieb: > Will sie größer werden, wird sie von der Diode kurzgeschlossen. Und jetzt kommt die logische Gretchenfrage: wird eine kurzgeschlossene Solarzelle in der Sonne heißer als eine daneben liegende unbelastete Solarzelle?
Lothar Miller schrieb: > Und jetzt kommt die logische Gretchenfrage: wird eine kurzgeschlossene > Solarzelle in der Sonne heißer als eine daneben liegende unbelastete > Solarzelle? Vielen Dank für ihre Frage Herr Miller, die nächste Frage bitte ;-) MfG Klaus
Beide werden gleich heiß. Nur wenn die elektrische Energie abgeführt wird, wird die Zelle kühler.
Klaus schrieb: > Eine Leerlaufende Solarzelle wird durch den Strom durch die inherenten > Diode aufgeheizt. Da bleibt dann die ungenutzte Sonnenenergie. Klingt plausibel. Dann wäre die Durchlassspannung der Diode(nreihenschaltung) gleich der Leerlaufspannung der Zelle. Das heisst, der Strom, den ich aussen nicht entnehme, fließt über die interne Diode und sorgt dort für eine Erwärmung.
Timm Thaler schrieb: > Klaus schrieb: >> Eine Leerlaufende Solarzelle wird durch den Strom durch die inherenten >> Diode aufgeheizt. Da bleibt dann die ungenutzte Sonnenenergie. > > Klingt plausibel. Dann wäre die Durchlassspannung der > Diode(nreihenschaltung) gleich der Leerlaufspannung der Zelle. > Das heisst, der Strom, den ich aussen nicht entnehme, fließt über die > interne Diode und sorgt dort für eine Erwärmung. Kann aber so nicht stimmen, da die Leerlaufspannung immer unterhalb der Diffusionspannung bleibt. http://www.et-inf.fho-emden.de/~elmalab/PV_Solar/download/PV_Solar_2.pdf Den internen Parallelwiderstand vermag ich aber nicht aufzudröseln.
monnemer schrieb: > Timm Thaler schrieb: >> Klaus schrieb: >>> Eine Leerlaufende Solarzelle wird durch den Strom durch die inherenten >>> Diode aufgeheizt. Da bleibt dann die ungenutzte Sonnenenergie. >> >> Klingt plausibel. Dann wäre die Durchlassspannung der >> Diode(nreihenschaltung) gleich der Leerlaufspannung der Zelle. >> Das heisst, der Strom, den ich aussen nicht entnehme, fließt über die >> interne Diode und sorgt dort für eine Erwärmung. > > Kann aber so nicht stimmen, da die Leerlaufspannung immer unterhalb der > Diffusionspannung bleibt. > > http://www.et-inf.fho-emden.de/~elmalab/PV_Solar/download/PV_Solar_2.pdf > > Den internen Parallelwiderstand vermag ich aber nicht aufzudröseln. Wenn man das ESB als Grundlage einer Erklärung heranzieht. (Sollte man besser noch hinzufügen)
monnemer schrieb: > Kann aber so nicht stimmen, da die Leerlaufspannung immer unterhalb der > Diffusionspannung bleibt. Das entnimmst Du welcher Stelle?
Wenn die Leerlaufspannung ihr Maximum erreicht und kein Strom fließt gibt es keine Energie die irgendwo hin geht. Bei einem geladenen Kondensator geht die Energie auch nirgendwo hin. Ich bin kein Halbleiterphysiker aber ich denke das die Feldverhältnisse bei maximaler Leerlaufspannung so beschaffen sind, das keine neuen Ladungsträger mehr dagegen anstinken können. Wenn eine belastete Zelle kühler ist als als eine leerlaufende, friert wahrscheinlich eine kurzgeschlossene ein wenn man sie bestrahlt. Gruß, Holm
Timm Thaler schrieb: > monnemer schrieb: >> Kann aber so nicht stimmen, da die Leerlaufspannung immer unterhalb der >> Diffusionspannung bleibt. > > Das entnimmst Du welcher Stelle? Z.b. dem angefügten Link von vorhin. Da friert nichts ein, ;)
Bei Silizium Zellen wird der größte Teil der nicht genutzten Energie in Wärme umgewandelt. Im Leerlauf wird ein winziger Anteil als zusätzliches IR Licht abgestrahlt. Da es halt im IR Bereich ist, kann man die Änderung in der Abstrahlung bzw. Absorbtion nicht sehen. Silizium ist als indirekter Halbleiter aber sehr ineffektiv in der Strahlungsabgabe (quasi als LED) - die Strahlung ist aber messbar, z.B. für die Qualitätskontrollen. Bei Zellen aus GaAs oder ähnlichen direkten Halbleitern wird der Einfluss der Äußeren Schaltung auf die Abstrahlung größer sein. Von daher wird die kurzgeschlossene Solarzelle ein klein wenig wärmer als die im Leerlauf.
Holm Tiffe schrieb: > Wenn die Leerlaufspannung ihr Maximum erreicht und kein Strom fließt > gibt es keine Energie die irgendwo hin geht. Das ist ja der Witz: Der Strom fließt eventuell intern über die Diode und den Parallelwiderstand ab. Das widerspricht sich natürlich mit dem U0 < Ud. Scheint also noch nicht die Erklärung zu sein. Der Betrieb als IRED würde auch nur funktionieren, wenn U0 = Ud, also Strom über die interne Diode fließt, die dann IR-Strahlung und Wärme* erzeugt. *) Ich weiss, IR ist Wärmestrahlung. Ich würde hier unterscheiden zwischen direkt als Photonen abgegebener IR-Strahlung aus Rekombinationsvorgängen und Erwärmung des Materials durch den Elektronenfluss.
Timm Thaler schrieb: > Das ist ja der Witz: Der Strom fließt eventuell intern über die Diode Eben nicht. In Flussrichtung der "Solardiode", eine Zelle = eine Diode, fliest nur ein Strom wenn von aussen eine höhere Spannung anliegt. Rp repräsentiert ja Defekte der nicht idealen FotoDiode, zb. Kantenkurzschlüsse. Schwellenspg. z.B. 0,7V ist ja auch eine willkürliche Festlegung bzgl. des Stroms. Lasse mich aber gern korregieren.
Du hast aber schon mal in das verlinkte Script geschaut: I = Isc - Id mit Id = Is x (e ^ (U / Ut) - 1) wobei I der äußere Strom, Isc der Kurzschlussstrom, Id der Strom durch die Diode, Is der Sättigungssperrstrom, Ut die Temperaturspannung Wenn I = 0, muss Id = Isc werden, dazu steigt U entsprechend an bis U = U0. Das passt schon, ich bring das nur nur nicht mit U0 < Ud, Ud Diffusionsspannung überein. Muss aber vielleicht auch nicht, wenn der Diodenstrom schon für U unterhalb der Diffusionsspannung Ud ausreichend hoch wird.
Hat ne Weile gedauert, aber die Leute von Q-Cells haben geantwortet: "Nach Rücksprache mit Spezialisten in unserem Haus, kann ich Ihnen folgende Antwort übermitteln...: Ist die Zelle beleuchtet und unbelastet baut sich die Spannung bis zur Leerlaufspannung auf, welche der Diffusionsspannung des PN-Übergangs (nur mit umgekehrtem Vorzeichen) entspricht. Betrachtet man die Zelle als System, heben sich nun diese beiden Spannungen auf. Wenn jetzt Photonen in der Sperrschicht aufschlagen und Elektronen-Loch-Paare generieren (Energieniveau á), werden diese nicht mehr durch die Diffusionsspannung getrennt und rekombinieren wieder (Energieniveau â) die Energie wird also durch interne Generations- und Rekombinationseffekte „verbraten“. Wir bitten nur zu bedenken, dass es sich bei den 1000W um 1000W pro Quadratmeter handeln dürfte, eine Zelle aber nur 250 Quadratzentimeter groß ist (grob). Es ist außerdem nicht möglich, aus den Daten auf eine Temperatur oder Temperaturerhöhung zu schließen, weil man die Wärmeabfuhr der Zelle an die Umgebung (thermische Strahlung, Wärmeleitung + Konvektion) nicht kennt. Generell stimmt aber die Aussage, dass eine unbelastete Zelle bei Beleuchtung wärmer werden sollte, als eine, die Strom (also Energie) abgibt." Und die müssen es ja wissen. ;-)
Timm Thaler schrieb: > Und die müssen es ja wissen. ;-) Soso... SOLLTE...
1 | Generell stimmt aber die Aussage, dass eine unbelastete Zelle bei |
2 | Beleuchtung wärmer werden sollte, als eine, die Strom (also Energie) abgibt. |
Das hört sich aber nicht nach Wissen an.
Kann aber gar nicht anders sein. denn Pab ist immer gleich Pzu: Pab = Pzu Wenn die Sonneneinstrahlung also 1kw ist und die Entnahme 150W sind, dann wird der Rest in Waerme umgewandelt. Wenn sich also an der Reflektion nichts aendert, werden also 150W zusaetzlich in Warme umgewandelt. Macht aber nichts, weil der Strom aus Solarzellen sowiso keinen einzigen Haushalt versorgen kann. Gruesse Florian Hillen
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