Dunkel- und Hellkennlinie des Solarmoduls. Beachten Sie die Anweisungen aus der Bedienungsanleitung! Messgerät + V + A. Solarmodul

Transkript

1 P s1 Dunkel- und Hellkennlinie des Solarmoduls Material: Solarmodul Verbrauchermodul Strom- und Spannungsmessgeräte 5 Kabel Zusätzliche Komponenten: Schwarze Pappe (Teil 1) Netzteil (Teil 1) Lampe Watt (Teil 2) Durchführung: Beachten Sie die Anweisungen aus der Bedienungsanleitung! Teil 1: Dunkelkennlinie Bild s1a Messgerät + V + A - - Netzgerät ,0 V Solarmodul 1. Stellen Sie das Solarmodul auf eine feste Unterlage und decken Sie es vollständig mit einer schwarzen Pappe ab. 2. Bauen Sie eine Anordnung nach Bild s1a auf und schließen Sie das Solarmodul in "Durchlassrichtung" an das Netzgerät, d.h. den Plus-Pol des Netzgerätes an den Plus-Pol des Solarmoduls und den Minus-Pol des Netzgerätes an den Minus-Pol des Solarmoduls. 3. Stellen Sie am Netzgerät unterschiedliche Spannungen ein (zwischen 0 und 1,5 V in 0,5 V Schritten, zwischen 1,5 und 2,5 V in 0,2 V Schritten) und messen Sie Dunkelstrom und Spannung. Die Spannung des Netzgerätes darf 3,0 V nicht überschreiten! Copyright 2000 heliocentris -1- Experiment s1

2 Messtabelle: U / V I / ma Auswertung: 1. Zeichnen Sie das I-U-Diagramm (Dunkelkennlinie des Solarmoduls). 2. Interpretieren Sie die Kennlinie. Copyright 2000 heliocentris -2- Experiment s1

3 Interpretation/Hinweise: Die Dunkelkennlinie eines Solarmoduls entspricht der I-U-Kennlinie einer Halbleiterdiode: Dunkelkennlinie des Solarmoduls Strom / ma ,5 1 1,5 2 2,5 Spannung / V Ist das Solarmodul in Durchlassrichtung geschaltet, so werden Elektronen in die Sperrschicht hineingetrieben. Dadurch wird diese wieder leitfähig, durch die Diode kann ein Strom fließen. Bei umgekehrter Polung sperrt die Diode, man spricht von der Sperrrichtung. Sie können das in einem kleinen Experiment überprüfen: wechseln Sie hierzu die Polung am Netzgerät nach Bild s1a und erhöhen Sie langsam die Spannung. Was passiert mit dem Strom? (Diese Messung sollte nur im Bereich von 0 bis 3 V vorgenommen werden, um eine Zerstörung des Solarmoduls zu vermeiden.) Copyright 2000 heliocentris -3- Experiment s1

4 Teil 2: Hellkennlinie Bild s1b Messgerät + V - Verbrauchermodul M + A - R Solarmodul Lampe 1. Bauen Sie eine Anordnung nach Bild s1b auf. 2. Leuchten Sie das Solarmodul mit einer Lampe gut aus (Abstand Lampe-Solarmodul etwa 30 cm, der Strom sollte im Kurzschluss etwa 700 ma betragen). 3. Warten Sie ca. 5 Minuten bis sich das Modul erwärmt hat und die Kennlinie bei einer relativ gleichmäßigen Temperatur aufgenommen werden kann. 4. Beginnen Sie mit der Messung des Kurzschlussstromes (überbrückte Widerstände) und messen Sie dann die Werte für Spannung und Stromstärke bei unterschiedlichen Widerständen (0,3, 0,5, 1, 2, 3, 5, 10, 20, 50, 100 Ω). Der letzte Messwert ist der in Schalterstellung "OFFEN". Copyright 2000 heliocentris -4- Experiment s1

5 Messtabelle: R / Ω U / V I / ma Auswertung: 1. Zeichnen Sie das I-U-Diagramm (Hellkennlinie des Solarmoduls). 2. Interpretieren Sie die Kennlinie. 3. Bestimmen Sie den Punkt der maximalen Leistung ("MPP" = Maximum Power Point) durch grafische Darstellung der Leistung (P = U I) über der Spannung. Copyright 2000 heliocentris -5- Experiment s1

6 Ergebnisse: Ergebnisse: Hellkennlinie des Solarmoduls 1000 Kurzschlussstrom Strom / ma 500 Leerlaufspannung 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Spannung / V Folgende Angaben sind beim Betrachten einer Kennlinie von Bedeutung: die Leerlaufspannung (Schalterstellung "OFFEN"), der Kurzschlussstrom und der Punkt der maximalen Leistung. Ohne Stromentnahme hat das Solarmodul eine Leerlaufspannung von 2,15 V (R = ). Eine einzelne Silizium-Solarzelle hat typischerweise eine Leerlaufspannung von 0,5-0,6 V. Schließt man das Solarmodul kurz (R = 0 Ω), dann fließt der maximale Strom (Kurzschlussstrom). Bei unserer Beispielkennlinie beträgt er etwa 680 ma. Copyright 2000 heliocentris -6- Experiment s1

7 Der Maximum Power Point "MPP" bezeichnet den Punkt, an dem das Solarmodul bei einer bestimmten Einstrahlung seine maximale Leistung abgeben kann. Dieser Punkt liegt im Knickpunkt der I-U-Kennlinie und kann durch zwei verschiedene Methoden bestimmt werden: 1. Man bildet das Rechteck mit der größtmöglichen Fläche innerhalb der I-U-Kennlinie (P = U I). 2. Man zeichnet ein P-U-Diagramm und liest den Wert der maximalen Leistung ab. Leistungskennlinie des Solarmoduls MPP Leistung / mw ,5 1 1,5 2 2,5 Spannung / V In unserer Beispielmessung liegt der MPP bei 1100 mw. Die Anpassung eines Solarmoduls an die Leistung des jeweiligen Verbrauchers spielt in der Praxis eine entscheidende Rolle. Die Leistung des Verbrauchers sollte nach Möglichkeit immer in der Nähe des "MPP" liegen. Copyright 2000 heliocentris -7- Experiment s1

8 Experimentvariationen: Sie können den Einfluss der Lichtintensität auf die Leistung des Solarmoduls bestimmen. Nehmen Sie hierzu zwei weitere Kennlinien bei verändertem Abstand der Lampe auf (z.b. 20 cm und 40 cm). Bei einem Abstand von 20 cm darf das Solarmodul nur für die Dauer der Messung beleuchtet werden! Tragen Sie P über U auf und vergleichen Sie mit dem P-U-Diagramm bei einem Lampenabstand von 30 cm Leistung / mw Abstand 20 cm Abstand 30 cm Abstand 40 cm 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Spannung / V Copyright 2000 heliocentris -8- Experiment s1