Kennlinien von Solarzellen

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Fachhochschule Gelsenkirchen Physikpraktikum FB 1 / 2 / 3 Versuch Nr. 2 a/b Versuchsanleitung 2. Messung von Kurzschlussstrom und Leerlaufspannung bei unterschiedlicher Bestrahlungsstärke Auf der optischen Bank wird das Lichtmessgerät durch ein Solarmodul ersetzt. Mit einem Umschalter werden ein Strom- und ein Spannungsmessgerät an das Solarmodul angeschlossen, sodass beide Messreihen nebeneinander durchgeführt werden können. Die Messungen sollen bei EE = 2 . (60, 80, 100, 150, 200, 300, 400, 500 und 600 ) W/m 2 aufgenommen werden. Zur Verhinderung einer Erwärmung des Solarmoduls wird ein Gebläse zur Kühlung eingesetzt und die Lichtquelle nur wie unter 1.) bei der Messung eingeschaltet. 3.Messung von Kurzschlussstrom und Leerlaufspannung bei unterschiedlicher Temperatur Bei einem geringen Abstand (ca. 40 cm) zur Lichtquelle sollen im Aufbau wie unter 2.) Strom- und Spannungsmessungen am Solarmodul durchgeführt werden, ohne jedoch das Kühlgebläse einzuschalten oder die Lichtquelle zwischen den einzelnen Messungen auszuschalten. Die Temperatur der Solarzelle kann mit einem Thermoelement auf der Vorderseite gemessen werden. Von Raumtemperatur ausgehend soll die Temperaturerhöhung beobachtet(in 5-Grad- Schritten, bis max. 60 0 C) und die Strom- und Spannungsänderung gemessen werden. C. Auswertung zu Teil a) 1. Um eine korrekte Bestrahlungsstärke der Lichtquelle zu erhalten, muss die gemessene Bestrahlungsstärke EE0 bei Raumbeleuchtung von den Messwerten der verschiedenen Abstände subtrahiert werden. Grundsätzlich ist die Bestrahlungsstärke einer Fläche abhängig von der Strahlstärke IE der Lichtquelle und dem Abstand s der Messfläche. I E EE , d.h. lg EE = lg IE - 2 lg s . lg IE = konst. 2 s In einem Diagramm sollen die Werte die Bestrahlungsstärke EE in Abhängigkeit vom Abstand s in doppeltlogarithmischem Maßstab aufgetragen werden. Durch die Steigung der Ausgleichsgeraden erhält man ein Maß für die Genauigkeit der Messungen, indem man das Steigungs-Ergebnis zum Idealwert ins Verhältnis setzt. Aus dem Diagramm lässt sich für jede Entfernung die dazugehörige Bestrahlungsstärke ablesen. 2. Der ermittelte Kurzschlussstrom IK und die Leerlaufspannung U0 sollen in Abhängigkeit von den vorgegebenen Bestrahlungsstärken in einem Diagramm dargestellt und diskutiert werden. 3. Die bei steigender Temperatur gemessenen Werte für Kurzschlussstrom und Leerlaufspannung sollen in einem Diagramm dargestellt werden. Die erhaltenen Kurven sind mit der Theorie zu vergleichen und Abweichungen zu diskutieren. Fachhochschule Gelsenkirchen Physiklabor Seite 4/5 Versuchsanleitung_02ab.doc Schmiler 17.10.01
Fachhochschule Gelsenkirchen Physikpraktikum FB 1 / 2 / 3 Versuch Nr. 2 a/b Versuchsanleitung Außerdem sollen durch Werte der Ausgleichsgeraden die theoretisch max. Leistung des Solarmoduls ohne Belastung ermittelt und mit den vorgegeben Daten des Solarmoduls( s. Laborauslage ) verglichen werden. B. Versuchsdurchführung Teil b) 4. Aufnahme der Strom-Spannungskennlinien bei verschiedenen Belastungen Mit einer auf den Lastwiderstand RL bezogenen stromstärkerichtigen Schaltung (Schaltplan aufzeichnen, Messgeräte angeben) sollen bei Veränderung dieses Widerstandes RL von 0 bis 100 Ohm, Strom -und Spannungsmessungen am Solarmodul bei drei verschiedenen Bestrahlungsstärken (Mindestabstand 50 cm) vorgenommen werden. Eine Erwärmung des Moduls über 25 0 C ist unbedingt zu verhindern. Das Kühlgebläse muss daher ständig in Betrieb bleiben und die Lichtquelle zwischen den Messungen abgeschaltet werden. 5. Ermittlung des Füllfaktors und des Umwandlungswirkungsgrades Mit dem unter 4.) ermittelten günstigsten Lastwiderstand RL (möglichst nahe am MPP) sollen bei 2 verschiedenen Bestrahlungsstärken - auf der optischen Bank (EE = 400 W/m 2 ) und - am Fenster bei evtl. Sonnenlicht in den gleichen Schaltungen wie vorher Strom- und Spannungsmessungen durchgeführt werden. C. Auswertung Teil b) 4. In einem Diagramm sind die gemessenen Strom- und Spannungswerte mit der Bestrahlungsstärke EE als Parameter einzutragen. Diese Darstellung wird in der Praxis als Ausgangs-Kennlinien von Solarzellen oder Solarmodulen üblicherweise angegeben. Anschließend soll nach Berechnung der Leistung PL aus den Strom- und Spannungswerten ein weiteres Diagramm die Abgängigkeit von PL zum Lastwiderstand RL (bei gleichen EE -Werten wie oben ) zeigen. Diese Darstellung wird als Leistungskennlinie bezeichnet. Aus den erhaltenen Kurven ist der jeweils günstigste Lastwiderstand und der MPP zu ermitteln. 5. Für die auf der optischen Bank und am Fenster ermittelten Bestrahlungsstärken sollen der Füllfaktor FF und der Umwandlungswirkungsgrad nach den im Grundlagenteil angegebenen Formeln berechnet werden. Um die auftreffende Strahlungsleistung P0 zu bestimmen, ist die in der Laborauslage vermerkte Solarmodulfläche zu benutzen. Die berechneten Werte sind zu vergleichen und zu diskutieren. Fachhochschule Gelsenkirchen Physiklabor Seite 5/5 Versuchsanleitung_02ab.doc Schmiler 17.10.01
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