Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

PTB-Forscher können Ertrag von Solarzellen unter realen Bedingungen bestimmen

30.05.2016

An einem neuartigen Messplatz messen die Wissenschaftler Referenzsolarzellen mit bisher unerreichter Genauigkeit

Solarzellen werden im Labor bisher unter einheitlich festgelegten Bedingungen getestet. Da die realen Bedingungen, wie die Temperatur oder der Einfallswinkel des Lichts, je nach Region und Klima davon abweichen, lässt sich die Leistungsfähigkeit der Zellen im Einsatz vor Ort nur schwer ermitteln.


In einem Labor der PTB werden Solarzellen mit Weißlicht und einfarbigem Licht bestrahlt und kalibriert.

(Quelle: PTB)

Wissenschaftlern der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) ist es gelungen, mittels eines laserbasierten spektralen Messverfahrens Solarzellen so umfassend zu charakterisieren, dass sich ihr Ertrag für jede beliebige klimatische Bedingung berechnen lässt.

Möglich ist dies durch die Kalibrierung von Referenzsolarzellen bei Standard-Testbedingungen (STC) mit einer weltweit einmaligen Messunsicherheit von weniger als 0,4 Prozent. Da der Markt für erneuerbare Energien boomt, wird es künftig immer wichtiger, die Leistungsfähigkeit der weltweit hergestellten Solarzellen präzise zu vergleichen.

Solarzelle ist nicht gleich Solarzelle. Sie unterscheiden sich hinsichtlich ihres Wirkungsgrades. Das heißt, die Zelle eines Herstellers kann bei einer bestimmten Sonneneinstrahlung (Bestrahlungsstärke) eine höhere elektrische Leistung erzielen als die gleichgroße Zelle eines anderen Herstellers. Während sich hierbei die elektrische Leistung relativ einfach messen lässt, ist die Bestimmung der Bestrahlungsstärke deutlich schwieriger.

Hierfür werden von der PTB Referenzsolarzellen kalibriert, deren Kurzschlussstrom ein Maß für die Bestrahlungsstärke darstellt. Der Kurzschlussstrom ist die größtmögliche Stromstärke, die ein Modul oder eine Zelle erzeugen kann. Gemessen wird bei Standard-Testbedingungen: Die Zelle wird auf Basis eines genormten Sonnenspektrums mit 1000 Watt pro Quadratmeter bestrahlt und in der Solarzelle herrschen 25 Grad Celsius.

Das Normspektrum, das sogenannte „Air Mass 1.5“ (AM1.5), entspricht der spektralen Zusammensetzung von Licht, das in einem Winkel von 48,19 Grad einfällt. So werden Referenzsolarzellen kalibriert, die von der Industrie, technischen Überwachungsinstitutionen oder Fachlaboren genutzt werden können. Problematisch ist nur, dass beispielsweise das Spektrum des Sonnenlichts je nach Tages- und Jahreszeit sowie nach Atmosphärenzusammensetzung variiert. Ebenso weichen Temperatur, Einfallswinkel und Bestrahlungsstärke je nach Einsatzort der Solarzellen von den oben genannten Standardtestbedingungen ab. Insofern lassen sich bei STC nur schwer Ertragsprognosen für die weltweit verwendeten Solarzellen ermitteln.

Daher hat die PTB ihren Solarzellen-Messplatz erweitert. Für die Vergleichsmessungen verwenden die Braunschweiger Wissenschaftler das sogenannte Differential-Spectral-Responsibility-(DSR)-Verfahren, das jüngst zum Laser-DSR-Verfahren weiterentwickelt wurde.

Damit lassen sich die Testbedingungen an reale klimatische Bedingungen anpassen, beispielsweise an Solarzellen-Temperaturen zwischen 15 °C und 75 °C und eine Bestrahlungsstärke von 0 W/m2 bis über 1100 W/m2. Zudem können die Forscher die Wellenlänge und den Einfallswinkel des Lichts variieren. Alle diese Messungen erlauben schließlich einen Vergleich der Leistungsfähigkeit verschiedener Solarzellen. So können Betreiber von Solaranlagen künftig von Kalibrierlaboratorien prüfen lassen, welches Modul für das jeweilige Klima vor Ort am besten geeignet ist.

Bei herkömmlichen (lampenbasierten) DSR-Verfahren wird Weißlicht mittels eines sogenannten Monochromators in einzelne Wellenlängen zerlegt und in kleinen Portionen durch eine Optik auf die Solarzelle gelenkt. So lassen sich alle Farben von ultraviolettem bis infrarotem Licht einstellen. Gleichzeitig wird die Zelle mit weißem Licht bestrahlt, denn nur so werden die für die Messung benötigten 1000 Watt pro Quadratmeter erreicht.

Doch hierbei entsteht ein Problem: Der durch Weißlicht erzeugte Strom ist um bis zu eine Milliarde Mal größer als der durch einfarbiges Licht erzeugte Strom. Bei den Messungen stört dann der große Strom das Signal des kleinen Stroms – man spricht von einem Signal-zu-Rausch-Problem.

Mittels des laserbasierten DSR-Verfahrens ist es den Wissenschaftlern in der PTB gelungen, den Störfaktor je nach Wellenlänge um das 100- bis 10 000fache zu reduzieren. Damit wurde die gesamte Messunsicherheit verbessert – auf den Rekordwert von weniger als 0,4 Prozent. Ein weiterer Vorteil: Bisher konnten nur Referenzsolarzellen einer Größe von 20 mm x 20 mm kalibriert werden. Jetzt lassen sich Zellen mit bis zu 15 cm x 15 cm (6 Zoll) kalibrieren. Von diesem Fortschritt werden vorerst hauptsächlich die Kalibrierlaboratorien profitieren, letztlich aber auch die Technologie. „Denn eine funktionierende globale Kalibrierinfrastruktur ist notwendig für den Erfolg einer Technologie auf dem Weltmarkt“, ist sich Ingo Kröger, Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe Solarzellen in der PTB, sicher.
(ms/ptb)

Ansprechpartner in der PTB:
Dr. Stefan Winter, Arbeitsgruppenleiter 4.14 Solarzellen, Telefon: (0531) 592-4140, E-Mail: stefan.winter@ptb.de

Dr. Ingo Kröger, PTB-Arbeitsgruppe 4.14 Solarzellen, Telefon: (0531) 592-4147, E-Mail: ingo.kroeger@ptb.de

Dipl.-Journ. Erika Schow | Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
Weitere Informationen:
http://www.ptb.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Quantenmechanik ist komplex genug – vorerst …
21.04.2017 | Universität Wien

nachricht Tief im Inneren von M87
20.04.2017 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Im Focus: Tief im Inneren von M87

Die Galaxie M87 enthält ein supermassereiches Schwarzes Loch von sechs Milliarden Sonnenmassen im Zentrum. Ihr leuchtkräftiger Jet dominiert das beobachtete Spektrum über einen Frequenzbereich von 10 Größenordnungen. Aufgrund ihrer Nähe, des ausgeprägten Jets und des sehr massereichen Schwarzen Lochs stellt M87 ein ideales Laboratorium dar, um die Entstehung, Beschleunigung und Bündelung der Materie in relativistischen Jets zu erforschen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Silke Britzen vom MPIfR Bonn liefert Hinweise für die Verbindung von Akkretionsscheibe und Jet von M87 durch turbulente Prozesse und damit neue Erkenntnisse für das Problem des Ursprungs von astrophysikalischen Jets.

Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind eines der rätselhaftesten Phänomene in der modernen Astrophysik. Ihr gewaltiger...

Im Focus: Deep inside Galaxy M87

The nearby, giant radio galaxy M87 hosts a supermassive black hole (BH) and is well-known for its bright jet dominating the spectrum over ten orders of magnitude in frequency. Due to its proximity, jet prominence, and the large black hole mass, M87 is the best laboratory for investigating the formation, acceleration, and collimation of relativistic jets. A research team led by Silke Britzen from the Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn, Germany, has found strong indication for turbulent processes connecting the accretion disk and the jet of that galaxy providing insights into the longstanding problem of the origin of astrophysical jets.

Supermassive black holes form some of the most enigmatic phenomena in astrophysics. Their enormous energy output is supposed to be generated by the...

Im Focus: Neu entdeckter Exoplanet könnte bester Kandidat für die Suche nach Leben sein

Supererde in bewohnbarer Zone um aktivitätsschwachen roten Zwergstern gefunden

Ein Exoplanet, der 40 Lichtjahre von der Erde entfernt einen roten Zwergstern umkreist, könnte in naher Zukunft der beste Ort sein, um außerhalb des...

Im Focus: Resistiver Schaltmechanismus aufgeklärt

Sie erlauben energiesparendes Schalten innerhalb von Nanosekunden, und die gespeicherten Informationen bleiben auf Dauer erhalten: ReRAM-Speicher gelten als Hoffnungsträger für die Datenspeicher der Zukunft.

Wie ReRAM-Zellen genau funktionieren, ist jedoch bisher nicht vollständig verstanden. Insbesondere die Details der ablaufenden chemischen Reaktionen geben den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

Baukultur: Mehr Qualität durch Gestaltungsbeiräte

21.04.2017 | Veranstaltungen

Licht - ein Werkzeug für die Laborbranche

20.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligenter Werkstattwagen unterstützt Mensch in der Produktion

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Forschungszentrum Jülich auf der Hannover Messe 2017

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten