Eindiodenmodell: Photostrom über die Bestrahlungsstärke, Idealitätsfaktor n, Temperatur; Kurven I(U) und P(U), Punkt maximaler Leistung.
Diagramme
Zum Modell
Die I–U-Kennlinie einer Solarzelle im Eindiodenmodell entsteht aus dem Photostrom, den die Bestrahlungsstärke setzt, dem Idealitätsfaktor n und der Temperaturabhängigkeit der Diodenexponentialfunktion. Aus I(U) folgt die Leistung P(U) = I·U; der Punkt maximaler Leistung liegt dort, wo dP/dU = 0. Ändert man Bestrahlungsstärke, n und Temperatur, sieht man den Kurzschlussstrom I_sc, die Leerlaufspannung V_oc, den Füllfaktor und die Verschiebung des Punktes maximaler Leistung. Annahmen: eine Diode, typische Serien- und Parallelwiderstände; ohne Mehrfachzellen, lokale Abschattung und vollständiges thermisches Netzwerk des Moduls.
Für wen: Photovoltaik und Halbleiterbauelemente: I–U-Kennlinie der Solarzelle und Punkt maximaler Leistung.
Wichtige Begriffe
I–U-Kennlinie
Punkt maximaler Leistung
Photostrom
Idealitätsfaktor
Leerlaufspannung
Bestrahlungsstärke
Füllfaktor
So funktioniert es
Eindiodenmodell: I = I_ph − I_0 [exp(V/(n V_T)) − 1] mit Serien- und Parallelwiderstand. Der Photostrom wächst mit der Bestrahlungsstärke; V_T = kT/q setzt die Steigung der Exponentialfunktion. Auf dem Bild: die Kurven I(V) und P(V) = I·V und die Markierung des Punktes maximaler Leistung, wo dP/dV = 0.
Wichtige Gleichungen
Iᵖʰ ∝ G, Vₜ ≈ (kT/q)·n
Häufige Fragen
Warum hebt mehr Bestrahlungsstärke vor allem I_sc?
Der Photostrom ist nahezu proportional zur Zahl absorbierter Photonen, daher folgt der Kurzschlussstrom linear der Bestrahlungsstärke. Die Leerlaufspannung wächst nur logarithmisch mit dem Photostrom: verdoppeltes Licht verdoppelt V_oc nicht.
Was ist der Punkt maximaler Leistung?
Das ist die Arbeitspunkteinstellung, bei der P = I·V maximal ist — weder Kurzschluss (I max., V = 0) noch Leerlauf (V max., I = 0). Ein Regler zur Nachführung des Punktes maximaler Leistung sucht diesen Knick; Betrieb nur bei V_oc oder I_sc liefert im Mittel keine Leistung an die Last.
Wie verschlechtert die Temperatur die Kennlinie gewöhnlich?
Steigende Temperatur senkt gewöhnlich V_oc stärker, als sie dem Strom hilft, und verkleinert das Leistungsrechteck. Der Faktor n zieht den Diodenknick auseinander und kann den Füllfaktor verschlechtern; die Eindiodenkurven zeigen diese Verschiebungen ohne vollständige thermische Beschreibung des Moduls.