Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Solarzellen-Ertrag unter realen Bedingungen bestimmen
Mit einem neuartigen laserbasierten spektralen Messverfahren vermessen Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) Referenzsolarzellen mit bisher unerreichter Genauigkeit.
Solarzellen werden im Labor bisher unter einheitlich festgelegten Bedingungen getestet. Weil 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.
Wissenschaftlern der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) ist es nun 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 %.
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 so genannte »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.
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