Eigenschaften einer Solarzelle und Parameter einer Solarzelle

Eine Solarzelle ist die grundlegende Einheit eines Solarenergie-Generatorsystems, bei dem elektrische Energie direkt aus Lichtenergie ohne jede Zwischenstufe gewonnen wird. Das Funktionieren einer Solarzelle basiert ausschließlich auf ihrem photovoltaischen Effekt, weshalb sie auch als Photovoltaikzelle bezeichnet wird. Eine Solarzelle ist im Grunde genommen ein Halbleiterbauteil. Die Solarzelle erzeugt Strom, wenn Licht darauf fällt, und die Spannung oder der Spannungsunterschied zwischen den Anschlüssen der Zelle beträgt fest 0,5 Volt und ist weitgehend unabhängig von der Intensität des einfallenden Lichts, während die Stromkapazität der Zelle nahezu proportional zur Intensität des einfallenden Lichts sowie der Fläche, die dem Licht ausgesetzt ist. Jede Solarzelle hat wie alle anderen Batteriezellen eine positive und eine negative Anschlussklemme. Typischerweise hat eine Solar- oder Photovoltaikzelle eine negative Vorderkontaktfläche und eine positive Rückkontaktfläche. Eine Halbleiter p-n-Schicht befindet sich in der Mitte dieser beiden Kontakte.

Wenn Sonnenlicht auf die Zelle fällt, werden einige Photonen des Lichts von der Solarzelle absorbiert. Einige der absorbierten Photonen haben eine höhere Energie als der Energieabstand zwischen dem Valenzband und dem Leitband im Halbleiterkristall. Daher erhält ein Valenzelektron Energie von einem Photon, wird angeregt und springt aus dem Bindungszustand, wodurch ein Elektron-Loch-Paar entsteht. Diese durch Licht erzeugten Elektronen und Löcher werden als lichtinduzierte Elektronen und Löcher bezeichnet. Die in der Nähe der p-n-Schicht erzeugten lichtinduzierten Elektronen wandern aufgrund der elektrostatischen Kraft des Feldes über der Schicht zur n-dotierten Seite. Ähnlich wandern die in der Nähe der Schicht erzeugten lichtinduzierten Löcher aufgrund derselben elektrostatischen Kraft zur p-dotierten Seite. Auf diese Weise wird ein Spannungsunterschied zwischen den beiden Seiten der Zelle hergestellt, und wenn diese beiden Seiten durch einen externen Kreis verbunden werden, beginnt der Strom vom positiven zum negativen Anschluss der Solarzelle zu fließen. Dies war das grundlegende Arbeitsprinzip einer Solarzelle. Nun werden wir verschiedene Parameter einer Solar- oder Photovoltaikzelle besprechen, auf denen die Bewertung einer Solarpaneele beruht. Bei der Auswahl einer bestimmten Solarzelle für ein spezielles Projekt ist es entscheidend, die Bewertungen der Solarpaneele zu kennen. Diese Parameter sagen uns, wie effizient eine Solarzelle Licht in Elektrizität umwandeln kann.

Kurzschlussstrom der Solarzelle

Der maximale Strom, den eine Solarzelle liefern kann, ohne ihre eigene Struktur zu schädigen. Er wird gemessen, indem die Anschlüsse der Zelle unter den optimalsten Bedingungen kurzgeschlossen werden, um den maximalen Ausgang zu erzeugen. Der Begriff "optimale Bedingungen" verwende ich, weil die Stromproduktion in einer Solarzelle bei fester exponierter Zellfläche auch von der Intensität des Lichts und dem Winkel abhängt, unter dem das Licht auf die Zelle fällt. Da die Stromproduktion auch von der Fläche abhängt, die dem Licht ausgesetzt ist, ist es besser, die maximale Stromdichte anstelle des maximalen Stroms anzugeben. Die maximale Stromdichte oder Kurzschlussstromdichte ist nichts anderes als das Verhältnis des maximalen oder Kurzschlussstroms zur exponierten Fläche der Zelle.

Dabei ist Isc der Kurzschlussstrom, Jsc die maximale Stromdichte und A die Fläche der Solarzelle.

Offenkreisspannung der Solarzelle

Sie wird gemessen, indem die Spannung zwischen den Anschlüssen der Zelle gemessen wird, wenn keine Last angeschlossen ist. Diese Spannung hängt von den Herstellungsverfahren und der Temperatur, aber nicht in erheblichem Maße von der Intensität des Lichts und der Fläche der exponierten Oberfläche ab. Normalerweise beträgt die Offenkreisspannung einer Solarzelle etwa 0,5 bis 0,6 Volt. Sie wird normalerweise mit Voc bezeichnet.

Maximaler Leistungspunkt der Solarzelle

Die maximale elektrische Leistung, die eine Solarzelle unter Standardtestbedingungen liefern kann. Wenn wir die Spannungs-Strom-Kennlinie einer Solarzelle zeichnen, tritt die maximale Leistung am Knickpunkt der Kennlinie auf. In der Spannungs-Strom-Kennlinie einer Solarzelle wird sie durch Pm dargestellt.

Strom am maximalen Leistungspunkt

Der Strom, bei dem die maximale Leistung auftritt. Der Strom am maximalen Leistungspunkt wird in der Spannungs-Strom-Kennlinie der Solarzelle durch Im dargestellt.

Spannung am maximalen Leistungspunkt

Die Spannung, bei der die maximale Leistung auftritt. Die Spannung am maximalen Leistungspunkt wird in der Spannungs-Strom-Kennlinie der Solarzelle durch Vm dargestellt.

Füllfaktor der Solarzelle

Das Verhältnis zwischen dem Produkt aus Strom und Spannung am maximalen Leistungspunkt zum Produkt aus Kurzschlussstrom und Offenkreisspannung der Solarzelle.

Wirkungsgrad der Solarzelle

Er wird definiert als das Verhältnis der maximalen elektrischen Leistungsausgabe zur Strahlungsleistungseingabe in die Zelle und wird in Prozent angegeben. Es wird angenommen, dass die Strahlungsleistung auf der Erde etwa 1000 Watt pro Quadratmeter beträgt. Wenn also die exponierte Fläche der Zelle A beträgt, dann beträgt die gesamte Strahlungsleistung auf der Zelle 1000 A Watt. Daher kann der Wirkungsgrad einer Solarzelle wie folgt ausgedrückt werden:

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