Outdoor-Charakterisierung einer
Kugel-Konzentratorzelle
Auftraggeber: Rawlemon Solar Energy GBR
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1 Ziel der Untersuchung
Vom AG wurde ein Prüfmuster einer Vorstudie des Microtrack, einer planen Anordnung von
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Abbildung 2.1: Ansicht des Messaufbaus seitlich von vorne
Abbildung 2.2: Ansicht des Messaufbaus von der Rückseite
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3 Untersuchte Zelle/Modul
Einige wesentliche Herstellerangaben auf dem Datenblatt lauten:
Hersteller AZUR SPACE Solar Powe...
Abbildung 4.1: Abhängigkeit des Kurzschlussstroms von der globalen Einstrahlung
Abbildung 4.2: Stark vergrößerter Ausschni...
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In Abbildung 4.2 sind die Daten von Abbildung 4.1 in einem stark vergrößerten Bereich
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  1. 1. Outdoor-Charakterisierung einer Kugel-Konzentratorzelle Auftraggeber: Rawlemon Solar Energy GBR ANG-101443 P-101225 Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg Fachgebiet Module Systeme Anwendungen 15.02.2013
  2. 2. 1 Ziel der Untersuchung Vom AG wurde ein Prüfmuster einer Vorstudie des Microtrack, einer planen Anordnung von 9 Kugellinsen, wobei die mittlere mit einer Konzentratorzelle ausgestattet ist, zur Verfügung gestellt. Mit Hilfe von Outdoorvermessung am Prototypen, soll das Verhaltens bei direktem und diffusem Licht untersucht werden. 2 Ablauf der Untersuchungen und Aufbau Der Microtrack-Prototyp wurde auf dem ZSW-Testgelände Widderstall (9,713°O, 48,537°N, 750üNN) auf einem nach Süden ausgerichteten, eigens dafür aufgebauten Teststand mit einstellbarer Neigung, ca. 1m über dem Boden installiert (Abbildung 2.1 und Abbildung 2.2). Die Zelle wurde über einen Präzisions-Shuntwiderstand kurzgeschlossen, die daraus resultierende Messung des Kurzschlussstroms Isc wurde mit einem Datenlogger im zeitlichen Raster von 10s aufgezeichnet. Eine Temperatur-Korrektur der Kurzschlussströme wurde nicht durchgeführt. Synchron zu den Strommessungen wurden die globale Bestrahlungsstärke (direkte und diffuse Anteile) in der Modulebene (Plane of Array, POA) mittels eines kalibrierten Pyranometer CMP11 von Kipp und Zonen gemessen und aufgezeichnet. Messungen wurden an den Tagen 22., 23. und 24.01.2013 durchgeführt, dabei wurde an über 35.000 Zeitpunkten Daten aufgenommen. Bei sonniger Einstrahlungsbedingung wurde manuell so nachgeführt, dass der Fokus der Kugellinse so gut wie möglich auf der Zelle abgebildet wurde. Bei diffusen Einstrahlungsbedingungen wurde der Aufbau in einigen verschiedenen Positionen (senkrecht und mit Neigung) für einige Zeit jeweils konstant gehalten. Während der Messtage war das Gelände schneebedeckt, die Rückstrahlung vom Boden (Albedo) war somit sehr günstig. - Seite 3 von 7 -
  3. 3. Abbildung 2.1: Ansicht des Messaufbaus seitlich von vorne Abbildung 2.2: Ansicht des Messaufbaus von der Rückseite - Seite 4 von 7 -
  4. 4. 3 Untersuchte Zelle/Modul Einige wesentliche Herstellerangaben auf dem Datenblatt lauten: Hersteller AZUR SPACE Solar Power Zelltyp……………… Concentrator Triple Junction Solar Cell; 3C40C P_mpp ………………. 5,98 W (bei C=500) U_oc ………………….. 3,14 V (C=500) I_sc …………………… 2,15 A (C=500) FF 85,0 % (C=500) Active area 30,25 mm² Zelle GaInP/GaAs/Ge Triple Junction Moduldesign 1 Zelle hinter Kugellinse mit 50mm Durchmesser; Abstand fixiert durch AG Die Messbedingungen beziehen sich auf Spektrum AM1.5d (Direktstrahlung), 1000W/m², 25°C. Die Angaben C bezeichnen den Konzentrationsfaktor des Sonnenlichts. 4 Messergebnisse und Interpretation Die gemessenen Kurzschlussströme Isc der AZUR Triple Junction Zelle wurden in Abhängigkeit von der globalen (direkt und diffus) Einstrahlung in der Modulebene (POA) in Abbildung 4.1 dargestellt. Dabei wird unterschieden zwischen den Daten, die während der manuellen Nachführung bei sonniger Bedingung erzeugt wurden (blaue Punkte) und den Datenpunkten (Punkte in Magenta), die während diffuser Bedingungen und fixierter Position erzeugt wurden. Als „Guide for the eye“ sind die Stromwerte eingezeichnet (unterbrochene Linie), die bei einer Konzentration von C= 25 und C=50 bei rein direkter Einstrahlung zu erwarten wären. Bei einer globalen Einstrahlung von 1,0 kW/m² liefert die Zelle etwa 150 mA Strom, was nominell einer Konzentration von C=35 entspräche. Da der direkte Strahlungsanteil aber etwa 10 bis 15% kleiner ist, liegt der tatsächliche Konzentrationsfaktor für die vorliegende Anordnung bei etwa C=40. Darüber hinaus sind auch die spektralen Gegebenheiten zu berücksichtigen, da zum Messzeitpunkt im Januar das angebotene Spektrum auch zur Mittagszeit immer noch einen AM-Wert größer als 1.5 aufweist, was zu einer Stromfehlanpassung in der Dreifach-Zelle, und damit zu etwas kleineren Strömen führt. Mit abnehmender globaler Einstrahlung nimmt die nominelle Konzentration ab, da der Anteil der direkt gerichteten Strahlung an der globalen Strahlung abnimmt und da die spektralen Verhältnisse durch zunehmende Rotverschiebung noch ungünstiger für die Zelle werden. - Seite 5 von 7 -
  5. 5. Abbildung 4.1: Abhängigkeit des Kurzschlussstroms von der globalen Einstrahlung Abbildung 4.2: Stark vergrößerter Ausschnitt der Abbildung 4.1 - Seite 6 von 7 -
  6. 6. - Seite 7 von 7 - In Abbildung 4.2 sind die Daten von Abbildung 4.1 in einem stark vergrößerten Bereich dargestellt. Während für die sonnige Bedingung mit Nachführung die Stromwerte überproportional mit der Einstrahlung ansteigen, zeigen die unter diffuser Einstrahlung gewonnenen Stromwerte im untersuchten Bereich von etwa 20 bis 150W/m² ein innerhalb der Messfehler lineares Verhalten. Wie Abbildung 4.2 ebenfalls zu entnehmen ist, liegt die Konzentration unter diffusen Bedingungen erwartungsgemäß nicht größer als C=1, sondern geringfügig kleiner. Diese kleine Differenz ist den optischen Verlusten durch die Kugellinse geschuldet.

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