Strom aus Licht - Institut für naturwissenschaftliche Grundlagen

Kapitel 4: Solarzellen 38
4.3 Solargeneratoren
Wie schon erwähnt, müssen viele Solarzellen zusammengeschaltet werden, bis eine elektrische
Leistung resultiert, die mehr kann, als bloss einen Taschenrechner anzutreiben. (Das heisst
nicht, Solarrechner seien unsinnig: Die Entsorgung der Batterien und Akkumulatoren gewöhnlicher
Rechner ist leider noch ein düsteres Kapitel!) Betrachten wir einen modernen, käuflichen
Solargenerator oder ein Solar-Panel, wie manche lieber sagen:
Daten für einen Solargenerator
• 36 monokristalline, weitgehend quadratische Silizium-Solarzellen sind in 3 Reihen à 12
Zellen witterungsbeständig zwischen zwei Plexiglasscheiben eingegossen.
• Sie sind alle in Serie geschaltet, so dass die Betriebsspannung bis 20 V beträgt.
• Bei maximalem Sonnenlicht vermögen sie über 3 A Strom abzugeben.
• Wenn die Temperatur nicht zu hoch ist, leistet der Solargenerator 55 W.
• Der Wirkungsgrad erreicht nun Werte von gegen 15 %.
• Der Preis für einen einzelnen Generator beträgt rund 700.- Schweizerfranken.
• Der Generator misst etwa 130 cm x 35 cm, ist 4 mm dick und bedingt windbeständig.
Hot-Spots und andere Probleme
Nichts Reales ist vollkommen, auch Solarzellen nicht! Es kann sein, dass sich unter 36
Solarzellen eine minderwertige oder sogar defekte befindet. Das ist trotz Qualitätskontrolle nicht
auszuschliessen, denn bis heute stellt die Photodegradation ein Problem dar: Zellen, die einwandfrei
scheinen, verlieren unter dem Einfluss der ersten Belichtung bis zu 10 % der Soll-
Leistung, vermutlich weil sich Atome in der Verarmungszone verschieben.
Viel wahrscheinlicher ist aber, dass perfekte Zellen durch Blätter, Vogeldreck oder andere
Imponderabilien abgedunkelt werden. Dass solche Zellen keine Elektrizität erzeugen, ginge
noch. Sie werden aber vom Strom der übrigen Zellen durchflossen, bilden einen hochohmigen
Verbraucher und erhitzen sich merklich: sie bilden einen Hot-Spot. In Figur 4.4 ist dargestellt,
wie dieses Problem durch Parallelschalten einer gewöhnlichen Diode behoben werden kann.
+
usw.
-
usw.
Figur 4.4: Parallel-Diode (Bypassdiode) gegen Hot-Spots.
Während der Strom der Solarzellen "usw." durch die Bypassdiode fliessen könnte, wenn die
perfekte Zelle beschattet wäre, sperrt die Diode im Normalfall. - Ein analoges Problem entsteht
beim Parallelschalten mehrerer Zellen, die nicht genau gleich hohe Spannungen liefern: Dort
muss eine Seriediode unerwünschte Ströme sperren. Ein weiteres Problem bei Solaranlagen
bildet der Blitzschutz der Generatoren, die im Freien aufgestellt werden.
ETH-Leitprogramm Physik
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