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Facharbeit - Solarzelle
 
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XBIOX



Anmeldungsdatum: 01.03.2008
Beiträge: 9

Beitrag XBIOX Verfasst am: 01. März 2008 11:50    Titel: Facharbeit - Solarzelle Antworten mit Zitat

Guten Tag,
ich schriebe im Moment meine Facharbeit. Mein Thema lautet "Welchen Zusammenhang gibt es zwischen dem Fotostrom einer Solarzelle und der Leistung der Lichtquelle?". Hierzu habe ich 2 Versuche mit unterschiedlichen Solarzellen durchgeführt und beide male scheinen die Graphen linear zu fallen/zu steigen. Leider weiß ich nicht ob dies wirklich richtig ist, da mir keine Quelle dies bestätigen könnte. Auch eine Physikalischeformel zum Beweis fehlt mir =( Ich hoffe ihr könnt mir helfen smile

Vielen Dank schon einmal im Vorraus Big Laugh
MfG XBIOX

PS. Solarzellen sind unsere Zukunft ;P ^^

Edit: Ich habe meine Verscuhsergebnisse mal inkl. Graphen in Exel vereweigt ^^ Da das Dateiformat hier verboten ist (sagt mir zumindest der hier ^^) habe ich die Datei geuploaded. Hoffe echt ihr könnt mir helfen =( http://rapidshare.com/files/96139542/Versuchsergebnisse.xlsx.html



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XBIOX



Anmeldungsdatum: 01.03.2008
Beiträge: 9

Beitrag XBIOX Verfasst am: 01. März 2008 18:10    Titel: Antworten mit Zitat

Wäre echt dankbar für jede Antwort =) Muss Montag die Facharbeit abgeben ^^
schnudl
Moderator


Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6755
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Beitrag schnudl Verfasst am: 01. März 2008 21:08    Titel: Antworten mit Zitat

Die Kurve sieht ja ganz OK aus. Was nicht klar ist, wieso es einer Minimalleistung der Lampe bedarf, damit ein Strom fliesst. Ich kann mir nur vorstellen, dass ihr hier die Lampe gerade leicht zum glühen gebracht habt, sodass ihr Spektralbereich stark ins Rote verschoben war, wo die Solarzelle nicht mehr sehr gut anspricht. Das verfälscht natürlich das Messergebnis, da eine Kennlinie nur bei einer Wellenlänge oder einem fixen Spektrum aufgenommen werden sollte.

Ich hätte stattdessen den Abstand zur Lampe variiert.

Wie habt ihr denn den Strom gemessen? Ich hoffe ausreichend niederohmig.
Die messfehler sind irgendwie gewaltig, und deuten auf eine unzureichende Messumgebung hin. Habt ihr z.B. dafür gesorgt, dass die Temperatur der Zelle gleich bleibt und sich diese durch die Lampe nicht erwämt?

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Wenn du eine weise Antwort verlangst, musst du vernünftig fragen (Goethe)
Zepto



Anmeldungsdatum: 03.10.2007
Beiträge: 323

Beitrag Zepto Verfasst am: 01. März 2008 21:28    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo and Willkommen

ich schreib auch gerade die Facharbeit. Leider nicht in Physik sondern in Ökologie. Die alternativen waren Geschichtszeug, Literatur (englisch und deutsch), oder was künstlerisches und da war öko auf jeden Fall um Längen besser.
egal! Zu deinem Problem würde ich sagen:

Soweit ich weiß ist der Fotostrom bei einer Fotodiode proportional zur Lichtintensität und die Solarzelle ist ja praktisch eine Fotodiode.
Ich würde sagen, dass die Intensität proportional zur elektrischen Leistung der Lampe ist und dass deswegen dein Versuchsergebnis einigermaßen stimmt.

Zu deinem Versuch:
1. Hast du auch mal den Abstand zwischen Lampe und Solarzelle variiert? Davon sollte die Solarzellen-Leistung nämlich auch abhängen.
2. Wie sieht es mit der Spannung an der Solarzelle aus? Hast du die nicht gemessen? Die müsste konstant sein. Damit könntest du den Wirkungsgrad der Zelle bestimmen, wenn du das gesamte Licht darauf fallen lässt.

Gruß
Zepto

Edit: Jaja, Beitrag schreiben, essen gehen und dann erst absenden.->zu langsam
XBIOX



Anmeldungsdatum: 01.03.2008
Beiträge: 9

Beitrag XBIOX Verfasst am: 02. März 2008 00:32    Titel: Antworten mit Zitat

Also danke schonmal euch ^^ Dass die Graphen mehr oder weniger okay aussehen beruhigt mich schonmal xD Und dass sie wirklich linear bzw. proportinal ansteigen auch ^^
Zu den Fragen...
Die Solarzelle war bei einem Versuch (weiß gerade nicht ob 1 oder 2) extrem dicht an der Halogenlampe dran <.< Hat mich auch sehr gewundert, dass ich das so acmhen sollte. Die Entfernung von Halogenlampe - Solarzelle sollte ich leider nicht verändern. Ich hätte diesen Versuch aber eig. auch besser gefunden =(
Gemessen habe ich glaube ich relativ genau. Habe halt immer n bissle gerundet wie man sieht ^^ Aber dieses kleine bisschen beim Ablesen macht glaube ich nicht den großen Fehler teilweise aus ^^
Die Spannung der Solarzelle habe ich nicht gemessen, habe ich leider net dran gedahct =( Aber kann man den Wirkungsgrad nicht trotzdem irgendwie bestimmen? Irgendwas hatte ich mir da mal überlegt, aber ich weiß es leider net mehr ^^

Gibt es denn noch eine Formel die ich einbringen könnte zum Thema? Würde gerne lieber auf Fakten hinweisen als auf diese Versuchsergebnisse unglücklich

Danke schonmal wieder im Vorraus und danke auch nochmal für die Hilfe die schon geleitet wurde smile Tanzen

MfG XBIOX grübelnd

Edit: Zepto, ich wünsch dir Viel Glück bei deiner Facharbeit Augenzwinkern
Edit2: Weiß nicht ob das klar ist... die beiden Versuche wurden mit 2 unterschiedlichen Solarzellen durchgeführt, dh. woher seht ihr dass es dort einen großen Fehler gibt? Weil der Graph nicht ganz gerade verläuft?
Zepto



Anmeldungsdatum: 03.10.2007
Beiträge: 323

Beitrag Zepto Verfasst am: 02. März 2008 01:33    Titel: Antworten mit Zitat

XBIOX hat Folgendes geschrieben:

Edit: Zepto, ich wünsch dir Viel Glück bei deiner Facharbeit Augenzwinkern

Danke ich werds brauchen. Big Laugh
XBIOX hat Folgendes geschrieben:

Edit2: Weiß nicht ob das klar ist... die beiden Versuche wurden mit 2 unterschiedlichen Solarzellen durchgeführt, dh. woher seht ihr dass es dort einen großen Fehler gibt? Weil der Graph nicht ganz gerade verläuft?

joa, könnte man so sagen.
erstmal: runden würde ich bei den ergebnissen nie!!!!

zweitens: hast du denn keine Fehlerrechnung durchgeführt?? Berechne mal die Standardabweichung und so weiter. Dann hast du schon mal eine Seite mehr. Das gehört eigentlich immer dazu. Dazu noch die Qualität der Messgeräte mit einrechnen. erst dann kannst du doch deinen Versuch überhaupt beurteilen. Dafür musst du natürlich mehrere messreihen haben. Hast du die???

dritttens: na um den Wirkungsgrad zu berechnen braucht man eigentlich noch viel mehr.
Die Lampe wandelt ja auch elektrische Leistung in Wärmeleistung um, hat also nicht volle 9 Watt Lichtleistung. Dann müsstest du ja auch das gesamte abgestrahlte Licht auf die Solarzelle schicken und so.

viertens: Recherchiere mal nach Lichtintensität (war das nicht auch ein bisschen subjektiv?), photoeffekt und so was. Da gibt es doch genug Formeln.

Falls ich heute (und gestern Big Laugh ) Schund geschrieben habe, bitte ich das zu entschuldigen, da mein Kopf voll mit Algen, Krebsen, Plankton und sonstigem Getier ist. Big Laugh
Jetzt muss ich aber Schläfer

Gruß
Zepto
schnudl
Moderator


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Beitrag schnudl Verfasst am: 02. März 2008 10:25    Titel: Antworten mit Zitat

Die theoretische Beschreibung einer Solarzelle ist jene, wo eine ideale Stromquelle parallel an einer idealen Diode liegt, ausgedrückt durch:



Dabei ist

Ip ... Der maximale Fotostrom, abhängig von der Beleuchgtungsstärke
I0, UT ... Diodenparameter

So ergibt sich die allseits bekannte Kennlinie einer Solarzelle, siehe Bild.

Das mit dem Wirkungsgrad ist so eine Sache:

Die abgegebene Leistung hängt nämlich vom Produkt U*I ab, wenn man dieses Produkt in die Kennlinie einzeichnet, so sieht man, dass die maximal abgegebene Leistung eher "rechts" liegt. Solarwechselrichter haben daher die wichtige Aufgabe diesen Punkt zu suchen, indem sie an der Kennlinie hin- und her fahren (durch Veränderung der Parameter des Hoch- bzw. Tiefersetzers) und dabei U und I messen. Hat das Gerät diesen Punkt (er heisst MPP Punkt) gefunden, so sorgt eine Regelung (MPP Tracking) dafür, dass er beibehalten wird, und somit die maximal mögliche leistung aus der Zelle rausgeholt wird. Man kann daher von einem Wirkungsgrad nur im MPP Punkt sprechen.

Wenn man eine ohmsche Last direkt an eine Solarzelle anschliessen würde, so gibt der Schnittpunkt der Widerstandskennlinie mit der Solarkennlinie den Arbeitspunkt an. Da man dadurch nur zufällig den MPP Punkt finden würde, kommt man nicht an intelligenteren Geräten vorbei (Solarwechselrichter werden von einer Reihe von Firmen angeboten).



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XBIOX



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Beitrag XBIOX Verfasst am: 02. März 2008 11:42    Titel: Antworten mit Zitat

Also die Fehlerrechnung werde ich noch durchführen anhand dieser beiden Versuche ^^ Und aufgrund der Fehlers werde ich dann schlussfolgern, dass es eine lineare Funktion ist.... so habe ich mir das zumindest vorgestellt ^^
Naja, wenn ich den Wirkungsgrad net so machen kann mach ich ihn halt net =( Wäre halt nur n netter Zusatz gewäsen ;D

Und gibt es nicht eine Formel in der die Stromstärke der SOlarzelle irgendwie direkt zusammenhängt mit der Lesitung der Lichtquelle? In Form von "I (Solarzelle) = x + y * p (halogenlampe)" oder so ähnlich ^^
Ich denk auf die Lichtintensität und den Winkel der die Lichtquelle zur Solarzelle hat werde ich noch eingehen. Wobei besonders der Winkel wohl aber eher Zusatz ist =( Schade dass ich nicht das Thema mit dem Winkel oder dem Abstand zur Solarzelle bekommen habe =/

Edit: Schnudl, kansnst du mir bitte kurz erklären was ein Diodenparameter ist =)
schnudl
Moderator


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Beitrag schnudl Verfasst am: 02. März 2008 12:24    Titel: Antworten mit Zitat

Ich denke das ist hier nicht so wichtig.

Eine Diode hat eine U-I Kennlinie , die durch



beschrieben wird.

UT ist die sog. Temperaturspannung und I0 der Sättigungssperrstrom.
Nachzulesen unter Wikipedia.

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schnudl
Moderator


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Beitrag schnudl Verfasst am: 02. März 2008 12:38    Titel: Antworten mit Zitat

Bei einer Halogenlampe wird das Licht deutlich "rot" wenn die Spannung zu klein ist. Daher ist deine Messung keine Gerade, da die Verteilung des Spektrums in die solare Empfindlichkeit eingeht. Der Onset ist dadurch zu erklären. Hast du in einem abgedunkelten Raum gearbeitet? Wie gesagt, besser wäre es gewesen, eine Abstandsvariation zu machen.
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XBIOX



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Beitrag XBIOX Verfasst am: 02. März 2008 12:39    Titel: Antworten mit Zitat

Ok, danke smile Ich habe die Formel jetzt in meine Facharbeit eingebracht =) Weiterhin erkläre ich, dass die Stromstärke nicht automatisch auch steigt, wenn die Leistung der Lichtquelle steigt. Das liegt daran,dass das Licht wenn es zu stark ist schon an der Oberfläche absorbiert wird... ^^ Beispielsgraph wie es ca. aussehen würde habe ich mir den P Graph von dir "geklaut" falls du nichts dagegen hast Augenzwinkern

Und noch einmal danke für eure Hilfe Tanzen

(Man bin ich froh wenn ich die Facharbeit endlich abgegeben habe Big Laugh )
schnudl
Moderator


Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6755
Wohnort: Wien

Beitrag schnudl Verfasst am: 02. März 2008 12:53    Titel: Antworten mit Zitat

XBIOX hat Folgendes geschrieben:
Ok, danke smile Ich habe die Formel jetzt in meine Facharbeit eingebracht =) Weiterhin erkläre ich, dass die Stromstärke nicht automatisch auch steigt, wenn die Leistung der Lichtquelle steigt. Das liegt daran,dass das Licht wenn es zu stark ist schon an der Oberfläche absorbiert wird...

Das verstehe ich nicht...
Auch bei dir steigt doch die Stromstärke wenn die Leistung der Lichtquelle erhöht wird! Und was wird wo absorbiert?

XBIOX hat Folgendes geschrieben:
Beispielsgraph wie es ca. aussehen würde habe ich mir den P Graph von dir "geklaut" falls du nichts dagegen hast Augenzwinkern

Dagegen hab ich nichts, nur bin ich mir nicht sicher, wie das in den von dir beschriebenen Zusammenhang passt... In meiner Kurve ist U die Spannung am Panel, nicht an der Betrahlungslampe. Zeig immer nur das her, was du auch verstanden hast!

Weiters: Der Lichtstrom einer Halogenlampe nimmt etwa quadratisch mit der Spannung an der Lampe zu. Die Strahlungsleistung ist nur ein Teil der Leistung, der überwiegende Teil der gemessenen Lampen-Leistung (=U*I) wird in Wärme verwandelt. Für die Bestimmung einer "guten" Kennlinie ist dein Versuchsaufbau daher völlig unbrauchbar.

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XBIOX



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Beitrag XBIOX Verfasst am: 02. März 2008 13:14    Titel: Antworten mit Zitat

Also wenn das Licht besonders stark ist wird das schon an der Fläche absorbiert. Ist das Licht schwach werden keine Elektronen abgespalten und wird daher fast gar nicht absorbiert. Das Ideale liegt daher in der Mitte. Wenn das Licht in der p/n-Schicht absorbiert wird. Das meine ich damit =)
Dh. wenn licht zu stark sinkt die Stromstärke der Solarzelle, ebenso wenn es zu schwach ist. Das MAximum liegt also dazwischen. Und das passt zu deinem Graphen P =)
Wäre die Leistung der Lampe in meinem Versuch um ein vielfaches größer, so könnte mann bestimmt auch bemerken, dass die Stromstärke der Solarzelle abnimmt.

Edit: In meinem Fazit werde ich auch erwähnen, dass man auch den Abstand ändern könnte und den Winkel wie das Licht auf die Solarzelle trifft.
schnudl
Moderator


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Beitrag schnudl Verfasst am: 02. März 2008 13:47    Titel: Antworten mit Zitat

XBIOX hat Folgendes geschrieben:
Also wenn das Licht besonders stark ist wird das schon an der Fläche absorbiert. Ist das Licht schwach werden keine Elektronen abgespalten und wird daher fast gar nicht absorbiert.

Das verstehe ich nicht. Die Absorbtionswahrscheinlichkeit für ein Lichtquant hängt nur von der Lichtwellenlänge aber nicht von der Intensität ab. Wo hast du das her?

Das Ideale liegt daher in der Mitte. Wenn das Licht in der p/n-Schicht absorbiert wird. Das meine ich damit =)
Dh. wenn licht zu stark sinkt die Stromstärke der Solarzelle, ebenso wenn es zu schwach ist. Das MAximum liegt also dazwischen. Und das passt zu deinem Graphen P =)

Wie meinst du das? Wenn die Strahlungsintensttät zunimmt, so steigt bei gleicher Belastung auch der Fotostrom. Wo wird da was rückläufig?

Wäre die Leistung der Lampe in meinem Versuch um ein vielfaches größer, so könnte mann bestimmt auch bemerken, dass die Stromstärke der Solarzelle abnimmt.

Glaub ich nicht wirklich. Man verwendet sogar Konzentratoren, um die Strahlungsdichte noch zu erhöhen, damit man weniger aktive Fläche braucht.


Edit: In meinem Fazit werde ich auch erwähnen, dass man auch den Abstand ändern könnte und den Winkel wie das Licht auf die Solarzelle trifft.

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Beitrag XBIOX Verfasst am: 02. März 2008 14:13    Titel: Antworten mit Zitat

Ich habe das aus einer anderen Facharbeit über Solarzellen entnommen. Ich meinte das ganze mit Frequenz, dh. wenn Frequenz halt zu hoch ist, dann sinkt die Stromstärke der Solarzelle halt wieder. Aber das ist wohl auch falsch wa? traurig

Kannst du mir bitte noch einmal dann deinen Graphen erklären? ^^ Und danke dass du so viel Geduld mit mir hast Gott

Tanzen

Bin nicht sooo gut in Physik, habe es aber trotzdem als Leistungskurs gewählt , weil Physik mich wirklich intressiert Hammer
schnudl
Moderator


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Beitrag schnudl Verfasst am: 02. März 2008 14:23    Titel: Antworten mit Zitat

XBIOX hat Folgendes geschrieben:
Ich habe das aus einer anderen Facharbeit über Solarzellen entnommen. Ich meinte das ganze mit Frequenz, dh. wenn Frequenz halt zu hoch ist, dann sinkt die Stromstärke der Solarzelle halt wieder. Aber das ist wohl auch falsch wa? traurig

Das ist richtig, erst jetzt verstehe ich was du meinst. Bei steigender Lampenleistung sinkt auch die mittlere Wellenlänge. Aber irgendwo ist eine Grenze, da durch das Glühen des Drahtes der Strom begrenzt wird.

Kannst du mir bitte noch einmal dann deinen Graphen erklären? ^^ Und danke dass du so viel Geduld mit mir hast Gott

Mein Graph gibt an, wie sich die Ausgangsspannung U der Zelle ändert, wenn man den Strom I entnimmt.

Bei einem Kurzschluss ist U=0, du entnimmst zwar den vollen Solarstrom, hast aber nichts davon, da du ohne Spannung nichts in Leistung umwandeln kannst (links in der Kurve).

Bei offenen Klemmen ist I=0, du hast zwar die maximal mögliche Spannung, aber die Leistung ist wiederum Null. Irgendwo dazwischen ist der optimale Betriebspunkt, wo P wird.

Bei meinem Graph ist aber der einfallende Lichtstrom konstant gehalten. Die Kennlinie hat insoferne nichts mit deiner gemessenen Kennlinie zu tun.


Tanzen

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Beitrag XBIOX Verfasst am: 02. März 2008 15:24    Titel: Antworten mit Zitat

So, ich denke das wars jetzt smile Wenn etwas nicht komplett ist in meiner Facharbeit, oder falsch, oder falsch beschrieben... dann ist es halt jetzt so ^^
Präsentieren kann ich eh viel besser Prost
Danke nochmal an euch Schnudl und Zepto smile Ich danke euch sogar in meinem Vorwort der Facharbeit ;D Das Vorwort ist bei uns dazu da, um irgendetwas persönliches zu sagen und ist eig. net obligatorisch smile

Also danke nochmal an euch! =) Ich werde jetzt noch Kleinigkeiten ausbessern und dann das ganze ausdrucken und dem Montag entgegen sehen Prost Fröhlich

MfG XBIOX Tanzen Wink
XBIOX



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Beiträge: 9

Beitrag XBIOX Verfasst am: 02. März 2008 21:03    Titel: Antworten mit Zitat

Eins noch... Schnudl.... wo hast du die Gleichung her? ^^ Ich muss ja eine Quelle angeben =)
schnudl
Moderator


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Beitrag schnudl Verfasst am: 02. März 2008 21:35    Titel: Antworten mit Zitat

z.B. von hier
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