Monolithisch integriertes IC und PV-Klemme ermöglichen Monitoring von PV-Anlagen
Intelligente Leistungsanalyse von Solarpanels
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Kinetik elektrochemischer Reaktionen
Höchste Ansprüche an die Systemanalyse erfüllt die Kombination aus elektrochemischer Impedanz-Spektroskopie und Intensitäts-Modulations-Photostrom-Spektroskopie. Auch diese Anwendung realisiert das neue SoC. Die Kinetik elektrochemischer Reaktionen von Halbleitern oder von mit Oxidschichten bedeckten Metallen ist in der Regel sehr komplex. Beeinflussungen der Reaktionen sind insbesondere durch die Dotierung des Halbleiters, Adsorptionsschichten und Photoeffekte möglich. Entsprechend empfindlich können metallische Abscheidungen, Wasserstoff- Entwicklung, Ätzprozesse und Korrosion von Halbleitern von minimalen Variationen beeinflusst werden.
Um auch die Kinetik von komplexen Problemen zu untersuchen, bietet die elektrochemische Impedanz-Spektroskopie eine leistungsfähige Methode. Dazu wird dem Gleichstrom-Potential eine Wechselspannung kleiner Amplitude überlagert, und die Wechselstrom-Antwort des Systems phasensensitiv gemessen. Die Frequenz der überlagerten Wechselspannung lässt sich von 10 μHz bis 500 kHz variieren, so dass für das System charakteristische Zeitkonstanten sichtbar werden. Das Impedanz- Spektrum der Wasserstoff-Entwicklung an GaAs-Halbleiter-Elektroden zeigt zum Beispiel den für Diffusionsvorgänge typischen Frequenzgang (Warburg-Impedanz), bedingt durch den Transport der Wasserstoff-Ionen im Elektrolyten, und zwei Zeitkonstanten, die die zweistufige Elektrodenreaktion der Wasserstoffentwicklung mit atomarem, oberflächen-adsorbiertem Wasserstoff kennzeichnet.
Mit dem Messverfahren ist gleichzeitig eine Kapazitäts-Potential-(C-V) Messung möglich, mit der die Dotierung und das Flachband-Potential bzw. die energetische Lage des Leitungs- und des Valenzbandes des Halbleiters im Elektrolyten bestimmt werden kann.
Verglichen mit Metall-Elektroden ist die Untersuchung der elektrochemischen Kinetik von Halbleiter-Elektroden insbesondere deshalb kompliziert, weil der Elektronentransfer sowohl über das Leitungsals auch über das Valenzband erfolgen kann. Bei hoch dotierten Halbleitern ist auch elektronisches Tunneln möglich. Komplementär ergänzend zur Impedanz-Spektroskopie kann die Intensitäts-Modulations-Photostrom-Spektroskopie (IMPS) eingesetzt werden. Bei dieser Methode wird statt einer Wechselspannung die Lichtintensität mit Hilfe von LEDs sinusförmig, periodisch moduliert und der Wechselstrom phasensensitiv gemessen. Die Kombination beider Methoden erlaubt Aussagen über den Beitrag von Minoritäts- und Majoritätsladungsträgern bei sog. Redox-Reaktionen an den Siliziumzellen.
Die intelligente Solar-Panel-Klemme wird hochgenaue Analysetechnik mit hoch präzisen Messergebnissen verknüpfen und somit online und zu jeder Zeit Informationen an die nachfolgende Signalkette liefern. Selbst Alterungs- und Degradierungseigenschaften von PV-Panels sind damit nachzuweisen – und das alles wirtschaftlich und bezahlbar.
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