Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Solarzellen-Ertrag unter realen Bedingungen bestimmen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Neu: Das Laser-Differential-Spectral-Responsibility-(DSR)-Verfahren
Daher hat die PTB ihren Solarzellen-Messplatz erweitert. Für die Vergleichsmessungen verwenden die Braunschweiger Wissenschaftler das so genannte 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 so genannten 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.
Störfaktor bis zu 10.000-fach reduziert
Mittels des laserbasierten DSR-Verfahrens ist es den Wissenschaftlern in der PTB gelungen, den Störfaktor je nach Wellenlänge um das 100- bis 10.000-fache 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.
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