Simulation der Abschattungsverluste bei solarelektrischen Systemen

2.4 Zusammenschaltung mehrerer Zellen 73
auf den Wärmeübergangskoeffizienten ist ebenfalls vernachlässigbar. Für die weiteren
Berechnungen soll der Wärmeübergangskoeffizient der Modulfrontseite mit
αMF=13Wm -2 K -1 abgeschätzt werden.
2.4.4.3 Bestimmung des Wärmeflusses bei einem Modul ohne Hinterlüftung
Nach (2.52) berechnet sich der Wärmedurchgangskoeffizient kMF der Modulfrontseite zu
kMF,min = 12,3 Wm -2 K -1 .
Hierbei spielt der Modulaufbau eine untergeordnete Rolle, so daß sich dieser Wert auf
Module beliebiger Hersteller übertragen läßt. Allgemein ist aufgrund der geringen
Schichtdicken des Moduls folgende Abschätzung möglich: k ≈ α .
Diese Abschätzung gilt in diesem Fall jedoch nur für die Modulfrontseite. Auf der
Modulrückseite ist ein sehr viel kleinerer Wärmedurchgangskoeffizient k aufgrund der sehr
großen Schichtdicken s mit geringen Wärmeleitfähigkeiten λ zu erwarten. Durch Vernach-
lässigung des Wärmeübergangskoeffizienten α auf der Modulrückseite läßt sich die
Abschätzung (kMR < 0,15 Wm -2 K -1 ) für den Wärmedurchgangskoeffizienten der
Modulrückseite kMR treffen. Somit ist der Wärmefluß durch die Rückseite in diesem Beispiel
gegenüber dem Wärmefluß durch die Frontseite insgesamt zu vernachlässigen.
Wird eine Außentemperatur von ϑU = 35°C angenommen, berechnet sich der minimale
Wärmefluß einer Zelle der Fläche AZ = 0,01 m² bei einer maximalen Zelltemperatur ϑZ =
85°C zu
( )
Q& = k ⋅ A ⋅ ϑ − ϑ = 6, 15 W .
min Mf ,min Z Z U
Dieser Wert ist bedenklich niedrig. Denn selbst im abschattungsfreien Fall besteht hier die
Gefahr von Zellbeschädigungen. Bereits der Anteil des solaren Strahlungsflusses, der von
der Solarzelle nicht in elektrische Leistung umgewandelt wird, kann diesen minimalen
Wärmefluß übersteigen, so daß die maximal zulässige Zelltemperatur überschritten wird.
Die zu dissipierende Strahlungsleistung berechnet sich:
( 1 η ) ( 1 η )
&Q = − ⋅ Φ = − ⋅ E ⋅ A . ( 2.67)
Str Z e Z Z
Der reflektierte Strahlungsanteil soll hierbei vernachlässigt werden. Bei einer solaren
Bestrahlungsstärke von E = 1000 W/m² und einem Zellwirkungsgrad ηZ = 10% berechnet
sich die zu dissipierende Strahlungsleistung zu & QStr ,max = 9 W . Dieser Wert liegt oberhalb