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2011-10-01T14:32:02Z

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[[:de:Solarzelle]]

=== Schaltbilder ===
[[File:Symbol Photodiode.svg|thumb|upright=0.5|right|Schaltsymbol einer Fotodiode]]
[[File:Solarzelle_Schaltbild.png|thumb|right|Schaltzeichen und einfaches Ersatzschaltbild einer Solarzelle]]
Das [[Schaltsymbol]] einer Solarzelle gibt, wie das Schaltsymbol einer [[Diode]] oder [[Photodiode]], mit einem Pfeil die [[technische Stromrichtung]] zur Verschaltung an. Der [[Kennlinie]]nverlauf einer realen Solarzelle weicht allerdings von der einer idealen Photodiode ab. Um diese Abweichungen zu modellieren, existieren mehrere [[Ersatzschaltbild]]er.

==== Vereinfachtes Ersatzschaltbild ====
Das [[Schaltplan|Schaltbild]] besteht zunächst nur aus einer [[Stromquelle]], die parallel zu einer idealen Diode geschaltet wird. Diese produziert einen Strom, der von der Bestrahlungsstärke abhängt und den Photostrom <math>I_\mathrm{ph}</math> modelliert. Die Gesamtstromstärke ergibt sich damit mit dem Diodenstrom <math>I_\mathrm{D}</math> (siehe [[Diode]]) zu [[Iph]]
:<math> I = I_\mathrm{ph} - I_\mathrm{D} = I_\mathrm{ph} - I_\mathrm{S} \left[ \mathrm{e}^{ \frac{U_\mathrm{D}}{n\cdot U_\mathrm{T}}} - 1 \right] </math>.

==== Erweitertes Ersatzschaltbild (Ein- und Zweidiodenmodell) ====
[[File:Solarzelle_Schaltbild2.png|thumb|right|Eindiodenmodell einer Solarzelle]]
Das erweiterte Ersatzschaltbild nimmt Rücksicht auf reale Faktoren des Bauelementes, die durch die [[Halbleitertechnik|Fertigung]] entstehen. Mit diesen Modellen soll ein möglichst realistisches Modell der tatsächlichen Solarzelle geschaffen werden. Beim '''Eindiodenmodell''' wird so das vereinfachte Ersatzschaltbild zunächst nur durch einen [[Parallelschaltung|parallel]] und einen in [[Reihenschaltung|Reihe]] geschalteten Widerstand ergänzt.
* Der ''Parallelwiderstand'' Rp symbolisiert [[Kristallfehler]], nichtideale [[Dotierung]]sverteilungen und andere Materialdefekte, durch die [[Leckstrom|Verlustströme]] entstehen, die den [[p-n-Übergang]] überbrücken. Bei Solarzellen aus guter Herstellung ist dieser Widerstand relativ groß.
* Mit dem ''Serienwiderstand'' Rs werden alle Effekte zusammengefasst, durch die ein höherer Gesamtwiderstand des Bauelementes entsteht. Das sind hauptsächlich der Widerstand des Halbleitermaterials, der Widerstand an den [[Elektrischer Kontakt|Kontakten]] und der [[Verbindungstechnik (Elektrotechnik)|Zuleitungen]]. Diese Größe sollte bei gefertigten Solarzellen möglichst gering sein.
Die Formel für den Gesamtstrom ist für dieses Modell bereits eine [[rekursive Funktion]] und lautet:

:<math>I=I_\mathrm{ph}-I_\mathrm{d}-\frac{U_\mathrm{p}}{R_\mathrm{p}}=I_\mathrm{ph}-I_\mathrm{S}\left[ \mathrm{e}^{\frac{U+R_\mathrm{s}\cdot I}{n\cdot U_\mathrm{T}}}-1 \right] - \frac{U+R_\mathrm{s}\cdot I}{R_\mathrm{p}}</math>

[[File:Solarzelle_Schaltbild3.png|thumb|right|Zweidiodenmodell mit spannungsgesteuerter Stromquelle für den Lawinendurchbruch in Sperr-Richtung]]
Beim Übergang zum '''Zweidiodenmodell''' fügt man eine weitere Diode mit einem anderen Idealitätsfaktor n ein. Normalerweise werden diese über die Werte 1 und 2 angesetzt. Weiterhin lassen sich alle diese Modelle bei Betrieb in Sperr-Richtung durch eine spannungsgesteuerte Stromquelle ergänzen, um den Lawinendurchbruch zu modellieren. Die Formeln für die Ströme beim Zweidiodenmodell lauten dann, bei Anpassungs[[leitwert]] ''g''b, Durchbruchspannung ''U''b und Lawinendurchbruchexponent ''n''b:

:<math>I=I_\mathrm{ph}-I_\mathrm{b}-I_\mathrm{S1}\left[ \mathrm{e}^{\frac{U+R_\mathrm{s}\cdot I}{n_1\cdot U_\mathrm{T}}}-1 \right] -I_\mathrm{S2}\left[ \mathrm{e}^{\frac{U+R_\mathrm{s}\cdot I}{n_2\cdot U_\mathrm{T}}}-1 \right] -\frac{U+R_\mathrm{s}\cdot I}{R_\mathrm{p}}</math>

:<math>I_\mathrm{b}=g_\mathrm{b}\cdot\frac{(U+R_\mathrm{s}\cdot I)}{R_\mathrm{p}}\cdot\left(1-\frac{U+R_\mathrm{s}\cdot I}{U_\mathrm{b}}\right)^{-n_\mathrm{b}}</math>

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Solarzelle - Revision history

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