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2010
Conference Paper
Titel
Neuartiges Simulationsmodell für I/U-Kennlinien dünnschichtiger Photovoltaik-Technologien
Abstract
Photovoltaik(PV)-Solarzellen, PV-Module und PV-Modulverbünde haben bestimmte elektrische und thermische Eigenschaften. Die Eigenschaften werden in erster Linie durch die verwendete PV-Technologie bestimmt. Die heute standardmäßig verwendeten PV-Technologien lassen sich in zwei übergeordnete Kategorien einteilen: dickschichtige und dünnschichtige Technologien. Dickschichtige Technologien sind PV-Zellen, die auf Basis von kristallinem Silizium aufgebaut sind, zum Beispiel monokristallines oder polykristallines Silizium. Die Schichtdicken liegen im Bereich von 100 µm bis 300 µm. Zu dünnschichtigen Technologien zählen beispielsweise die auf einem Substrat bzw. Superstrat aufgedampften Materialien Cadmium-Tellurid (CdTe), Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) oder amorphes Silizium (a-Si). Die Schichtdicken bewegen sich hier im Bereich <10 µm. Eine wichtige physikalische Eigenschaft dieser photovoltaischen Komponenten ist die Strom/Spannungskennlinie (I/U-Kennlinie), bei der der Stromverlauf in Abhängigkeit der Spannung aufgetragen wird. Die I/U-Kennlinie kann mit einer variablen Last und einer speziellen Messtechnik (Kennlinienmessgerät, z.B. ISET-mpp meter [Glo-09] siehe Abbildung 1) erzeugt und gemessen werden. Grundsätzlich ist die Form dieser Kennlinie abhängig von der verwendeten Technologie der Zelle. Weiteren Einfluss haben die Bestrahlungsstärke der Sonne, die Zusammensetzung der spektralen Anteile des Sonnenlichts und die Zelltemperatur [Ben-03], [Glo-07], [Glo-08], [Pvt-10]. Eine mathematisch/physikalische Nachbildung dieser Kennlinie kann mit verschiedenen Modellen erfolgen. Durch geeignete Parametrisierung dieser Modelle kann die Kennlinie für jeden Arbeitspunkt erzeugt werden. Als Beispiele seien hier genannt das Ein- bzw. Zwei-Diodenmodell gezeigt z.B. in [Sch-91] oder [Qua-96], das modifizierte Eindiodenmodell nach [Wag-06] und das modifizierte Eindiodenmodell nach [Bey-08]. Diese Modelle funktionieren nach Parametrisierung perfekt für kristalline Zellen bzw. Module. Das Modell nach [Bey-08] ist für CdTe-Technologien entwickelt worden und kann diese gut beschreiben. CIS-Technologien lassen sich mit dem Zweidiodenmodell noch relativ gut beschreiben [Sch-01]. Bei amorphem Silizium oder bei Tandem- bzw. Trippelzellen versagen diese Modelle jedoch gänzlich. Bei a-Si ergibt sich zusätzlich das Problem des Annealing-Effekts. Dies ist ein Effekt, der die physikalischen Eigenschaften und das Kennlinienverhalten jahreszeitbedingt durch verschiedene Temperaturen beeinflusst. Der Annealing-Effekt lässt sich durch die vorhandenen Modelle ebenfalls nicht beschreiben.