Bei der Photovoltaik, die wir zu unserem Nutzen
einsetzen, ist es wichtig, dass wir bei der richtigen Spannung den maximalen
Strom aus der Solarzelle entnehmen können. Damit wir aber diesen optimalen
Arbeitspunkt der Solarzelle festlegen wollen, müssen wir die U-I-Kennlinie der
Solarzelle kennen und mit dem folgendem Versuch wollen wir sie herausfinden
bezogen auf die Solarzelle, die wir die ganze Zeit benutzen.
Material:
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Diesmal wird zusätzlich nur noch eine
Messbox als variabler Widerstand gebraucht
·
Der sieht folgendermaßen aus: Man kann
also gleichzeitig den Kurzschlussstrom und die Leerlaufspannung ablesen und den
Widerstand variieren.
Durchführung:
1)
Wir haben entsprechend der
Schaltskizze (siehe unten) die Solarzelle mit der Messbox verkabelt, um die
Stromstärke und Spannung messen zu können.
2)
Anschließend haben wir mit den
Messungen begonnen und zwar wenn die Solarzelle unbelastet ist, dh. ohne
Widerstand und danach haben wir den Widerstand schrittweise erhöht. Die Werte
wurden zum Schluss noch notiert in einer Tabelle.
Messwerte:
Nun haben wir die U- und I- Werte in einem
Diagramm eingefügt.
Beobachtung:
Mit den Messwerten
können wir sehen, das mit zunehmendem Widerstand zum einen die
Stromstärke gleichmäßig abnimmt und zum anderen, das die Spannung bis zur
Leerlaufspannung ansteigt (max. U). Schon bei dem Widerstand von 1 Ω, gibt
es die höchste Leistung von der Solarzelleà
170280 mW bei einer Stromstärke von 387 mA und einer Spannung von 440
mV. Dieser höchste Punkt (siehe Diagramm) wird auch MPP (Maximum Power Point)
genannt. Das ist der Punkt, wo die Solarzelle ihre maximale Leistung hat.
Danach ist die Leistung nur noch stetig gesunken.
Nun haben wir die I- und P- Werte in einem
Diagramm eingefügt.
Beobachtung/ Interpretation:
Bei
diesem Diagramm kann man erkennen, dass die Leistung mit der Stromstärke
steigt, bis sie den MPP erreicht hat (siehe Diagramm). Danach fällt sie radikal
auf 0 (also keine Leistung). Wir haben also mit dem Versuch den Punkt gefunden,
wo die Solarzelle uns die maximale Leistung gibt. Die Kennlinien fallen alle
nach dem MPP ab. Den bezeichnet man auch als Watt peak der Solarzelle.
Für
den Betrieb einer Solarzelle bedeutet das, dass wenn das Optimum bei einem
bestimmten Punkt erreicht worden ist, man danach keine höhere Leistung mehr
bekommt, selbst wenn man die Einstrahlungsbedingungen optimiert. Es ist also
sehr wichtig die Kennlinien der Solarzellen zu kennen, damit uns auch die
bestmögliche Leistung zu gute kommen kann.
Außerdem: Durch die Kennlinie kann die
Funktionsfähigkeit der Photovoltaikanlagen bewertet werden. Da man die optimale
Kurve kennt, kann man bei anderen Solarzellen schauen, ob Abweichungen
vorhanden sind und daraus lassen sich Rückschlüsse ziehen, wo es an dem Ort
Störfaktoren gibt und wie sie die Leistung beeinflussen wie z.B. Verschattung,
Lichtstärke, Winkel etc. (http://www.photovoltaik.org/wissen/kennlinie)
