hiro/fpraktikum
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Oliver 2019-11-23 12:47:22 +01:00
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80
SZ/protokoll/protokoll.tex
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@ -605,8 +605,8 @@ in~\ref{fig:a-anorg-dunkel} dargestellte Kennlinien aufgenommen.
\label{fig:a-anorg-dunkel} \label{fig:a-anorg-dunkel}
\end{figure} \end{figure}
Wenn man in~\ref{eq:ersatz} \(I_{Ph}, R_{P}=0\) setzt (gilt in Wenn man in~\ref{eq:ersatz} \(I_{Ph}, R_{P}=0\) setzt (gilt im
Resultierenden Ausdruck nach \(U\) umstelltdunkelheit und bei resultierenden Ausdruck nach \(U\) umstelltdunkelheit und bei
rel. gro\ss{}en Str\"omen), und den Resultierenden Ausdruck nach \(U\) rel. gro\ss{}en Str\"omen), und den Resultierenden Ausdruck nach \(U\)
umstellt, erh\"alt man: umstellt, erh\"alt man:
@ -616,8 +616,8 @@ umstellt, erh\"alt man:
\end{equation} \end{equation}
Diese gleichung lie\sse{} sich im Prinzip gegen~\ref{fig:a-anorg-dunkel} Diese Gleichung ließe sich im Prinzip gegen~\ref{fig:a-anorg-dunkel}
fitten. Jedoch hat der \(\ln\) eine Singularit\"at an der stelle fitten. Jedoch hat der \(\ln\) eine Singularit\"at an der Stelle
\(x=0\) und ist damit numerisch instabil. \(x=0\) und ist damit numerisch instabil.
Also wurde zun\"achst, wie in der Versuchsanleitung empfohlen, durch Also wurde zun\"achst, wie in der Versuchsanleitung empfohlen, durch
@ -632,9 +632,9 @@ auch~\ref{fig:a-anorg-lin}.
\label{fig:a-anorg-lin} \label{fig:a-anorg-lin}
\end{figure} \end{figure}
Anschliessend wurde \(R_S\) manuell so angepasst, dass \(U-I\cdot Anschließend wurde \(R_S\) manuell so angepasst, dass \(U-I\cdot
R_S\) \"uber \(\ln(I)\) aufgetragen bei gro\ss{}en Str\"omen (bei R_S\) \"uber \(\ln(I)\) aufgetragen bei gro\ss{}en Str\"omen (bei
denen man \(R_P\) vernachl\"assigen kann) ann\"ahernd Linear wurde. denen man \(R_P\) vernachl\"assigen kann) ann\"ahernd linear wurde.
\begin{figure}[H]\centering \begin{figure}[H]\centering
\includegraphics[width=.5\columnwidth]{./figs/python/A/dark_an_lin_fit_end.pdf} \includegraphics[width=.5\columnwidth]{./figs/python/A/dark_an_lin_fit_end.pdf}
@ -643,37 +643,34 @@ denen man \(R_P\) vernachl\"assigen kann) ann\"ahernd Linear wurde.
\end{figure} \end{figure}
Damit ergibt sich \(R_S=\SI{.35}{\ohm}\). Teilt man den negativen Damit ergibt sich \(R_S=\SI{.35}{\ohm}\). Teilt man den negativen
Achsenschnittpunkt (\(-\alpha\)) der geraden durch iheren Anstieg \(\beta\) erhält man Achsenschnittpunkt (\(-\alpha\)) der geraden durch ihren Anstieg \(\beta\) erhält man
au\ss{}erdem den Logarithmus von \(\isc\) und somit \(\isc=\exp(\frac{-\alpha}{\beta})\) au\ss{}erdem den Logarithmus von \(\isc\) und somit \(\isc=\exp(\frac{-\alpha}{\beta})\)
Der Anstieg der Geraden gibt den parameter Der Anstieg der Geraden gibt den Parameter
\(a=\beta\cdot\frac{e}{k_B\cdot T}\). \(a=\beta\cdot\frac{e}{k_B\cdot T}\).
\begin{table}[h] \begin{table}[h]
\centering \centering
\begin{tabular}{l|SSS} \begin{tabular}{l|SSS}
\toprule \toprule
Zelle & {\(R_S\) [\si{ohm}]} & {\(\isc\) [\si{\A}]} & {\(a\)} \\ Zelle & {\(R_S\) [\si{ohm}]} & {\(\isc\) [\si{\A}]} & {\(a\)} \\ \midrule
\midrule A8 & .34 & 9.56e-8 & 1.49 \\
A8 & .34 & 9.56e-8 & 1.49 \\ \"ubliche Werte \footcite{wikipedia_2019} & & \SIrange{e-12}{e-6}{} & \SIrange{1}{2}
\"ubliche Werte \footcite{wikipedia_2019} & &
\SIrange{e-12}{e-6}{}
& \SIrange{1}{2}
\end{tabular} \end{tabular}
\caption{Diodenkennwerte der Anorganischen Solarzelle.} \caption{Diodenkennwerte der Anorganischen Solarzelle.}
\label{tab:diodano} \label{tab:diodano}
\end{table} \end{table}
Auch wenn aufgrund des halbmanuellen charakters des Fits die Auch wenn aufgrund des halbmanuellen Charakters des Fits die
genauigkeit dieser Werte schwer einzusch\"atzen ist, so liegen die Genauigkeit dieser Werte schwer einzusch\"atzen ist, so liegen die
erhaltenen werte jedoch im Ramen des zu erwartenden erhaltenen Werte jedoch im Rahmen des zu erwartenden
(siehe~\ref{tab:diodano}). Auch der Widerstand \(R_S\) der Diode (siehe~\ref{tab:diodano}). Auch der Widerstand \(R_S\) der Diode
scheint, wenn auch sehr gering, zumindest von der Gr\"o\ss{}enordnung scheint, wenn auch sehr gering, zumindest von der Gr\"o\ss{}enordnung
plausibel und ist f\"ur eine Diode in durchlassrichtung sicherlich zu plausibel und ist f\"ur eine Diode in Durchlassrichtung sicherlich zu
erwarten. erwarten.
Plottet man~\ref{eq:uofi} in die Kennlinie dann ergibt sich mit den Plottet man~\ref{eq:uofi} in die Kennlinie dann ergibt sich mit den
gefundenen parametern eine gute \"Ubereinstimmung (siehe~\ref{fig:a-anorg-log}). gefundenen Parametern eine gute \"Ubereinstimmung (siehe~\ref{fig:a-anorg-log}).
\begin{figure}[H]\centering \begin{figure}[H]\centering
@ -693,24 +690,24 @@ gefundenen parametern eine gute \"Ubereinstimmung (siehe~\ref{fig:a-anorg-log}).
F\"ur die anorganische Solarzelle ist laut~\ref{fig:a-anorg-combined} F\"ur die anorganische Solarzelle ist laut~\ref{fig:a-anorg-combined}
das asymptotische Verhalten f\"ur gro\ss{}e Spannungen und bei das asymptotische Verhalten f\"ur gro\ss{}e Spannungen und bei
Str\"omen sehr \"ahnlich. Bei negtativen Spannung addiert sich Str\"omen sehr \"ahnlich. Bei negativer Spannung addiert sich
\(\jsc\) zum S\"attigungsstrom doch auch hier verlaufen beide Linien \(\jsc\) zum S\"attigungsstrom doch auch hier verlaufen beide Linien
zunehmend parallel. Die Dunkelkennlinien entspricht im wesentlichen zunehmend parallel. Die Dunkelkennlinie entspricht im wesentlichen
den Erwartungen f\"ur eine Diode.\todo{vlt auf gleichung eingehen} den Erwartungen f\"ur eine Diode.\todo{vlt auf gleichung eingehen}
Vergleicht man die Hellkennlinien (~\ref{fig:a-all-combined} und ) so wird Vergleicht man die Hellkennlinien (~\ref{fig:a-all-combined} und ) so wird
erkenntlich, dass sich entsprechend erkenntlich, dass sich entsprechend
\(P=U\cdot I \approx \text{const}\) die Reihenfolge der \(\jsc, \vcc\) \(P=U\cdot I \approx \text{const}\) die Reihenfolge der \(\jsc, \voc\)
umgekehrt verhalten. Die anorganische Zelle hat den gr\"o\ss{}ten umgekehrt verhalten. Die anorganische Zelle hat den gr\"o\ss{}ten
Kurzschlussstrom und die Folienzelle die Gr\"o\ss{}te Kurzschlussstrom und die Folienzelle die gr\"o\ss{}te
Lehrlaufspannung. Dabei ist die kennlinie der Folienzelle weit Leerlaufspannung. Dabei ist die Kennlinie der Folienzelle weit
ausserhalb des Ma\ss{}stabs der beiden anderen Zellen, dass er außerhalb des Ma\ss{}stabs der beiden anderen Zellen, das wird
nocheinmal in~\ref{fig:a-fol-light} in G\"anze dargestellt wird. noch einmal in~\ref{fig:a-fol-light} in G\"anze dargestellt.
Dies ist auch zu erwarten, da organsche Zellen Dies ist auch zu erwarten, da organische Zellen
schlechter Leiten.\todo{really?} Verglicht man die beiden Organischen schlechter Leiten.\todo{really?} Vergleicht man die beiden organischen
Zellen so ist zu vermuten, dass die Folienzelle interen eher eine Zellen so ist zu vermuten, dass die Folienzelle intern eher eine
Reihenschaltung (grosse Spannung, wenig Strom) und die Zelle Reihenschaltung (große Spannung, wenig Strom) und die Zelle
O1 eine Parallelschaltung darstellung. O1 eine Parallelschaltung darstellt.
\begin{figure}[H]\centering \begin{figure}[H]\centering
@ -725,12 +722,12 @@ O1 eine Parallelschaltung darstellung.
\end{figure} \end{figure}
Die charakteristischen Werte der Kennlinien und Solarzellen wurden Die charakteristischen Werte der Kennlinien und Solarzellen wurden
durch lineare interplation und einfacher numerischer optimierung durch lineare Interpolation und einfacher numerischer Optimierung
(\verb{scipy}) errechnet und in (\verb|scipy|) errechnet und in
\begin{table}[h] \begin{table}[h]
\centering \centering
\begin{tabular}{l|SSSS{1em}SS} \begin{tabular}{l|SSSSSS}
\toprule \toprule
Zelle & {\(\jsc\) [\si{A\per\centi\meter^2}]} & {\(\voc\) [\si{\volt}]} & {MPP Zelle & {\(\jsc\) [\si{A\per\centi\meter^2}]} & {\(\voc\) [\si{\volt}]} & {MPP
[\si{\watt}]} [\si{\watt}]}
@ -746,10 +743,10 @@ durch lineare interplation und einfacher numerischer optimierung
\end{table} \end{table}
Wie zu erwarten war, liegt der Wirkungsgrad der organischen Zelle Wie zu erwarten war, liegt der Wirkungsgrad der organischen Zelle
unter dem der Anorganischen. Alle Zellen habel \"ahnliche unter dem der anorganischen. Alle Zellen haben \"ahnliche
F\"ullfaktoren. F\"ullfaktoren.
Bei der Folienzelle wird klar, dass bei ung\"unstiger Lage von Bei der Folienzelle wird klar, dass bei ung\"unstiger Lage von
\(\voc,\jcc\) selbst ein besserer F\"ullfaktor wenig Einfluss auf \(\voc,\jsc\) selbst ein besserer F\"ullfaktor wenig Einfluss auf
\(\eta\) hat. Eventuell lag bei der Folienzelle auch ein Defekt vor. \(\eta\) hat. Eventuell lag bei der Folienzelle auch ein Defekt vor.
\subsection{C - Versuche an realistischen Verschaltungen} \subsection{C - Versuche an realistischen Verschaltungen}
@ -772,15 +769,16 @@ Solarmodul beeinflusst.
\subsection{Winkelabhängigkeit des Stromflusses vom einfallenden Licht} \subsection{Winkelabhängigkeit des Stromflusses vom einfallenden Licht}
\label{sec:winkel} \label{sec:winkel}
\begin{figure}[H]\centering\label{fig:winkel} \begin{figure}[H]\centering
\includegraphics[width=.5\columnwidth]{figs/python/E/relativ.pdf} \includegraphics[width=.5\columnwidth]{figs/python/E/relativ.pdf}
\caption[.]{.} \caption{Winkelabhängigkeit des Stromflusses vom einfallenden Licht}
\label{fig:winkel}
\end{figure} \end{figure}
Wie in \todo{ref auf diag einfügen} erkennbar gibt es zwischen dem Winkel des einfallenden Wie in~\ref{fig:winkel} erkennbar gibt es zwischen dem Winkel des einfallenden
Lichtes und dem Stromfluss eine Sinus-Abhängigkeit. Wobei bei einem senkrechten Lichtes und dem Stromfluss eine Sinus-Abhängigkeit. Wobei bei einem senkrechten
Lichteinfallswinkel so gut wie kein Strom mehr fließt. Lichteinfallswinkel so gut wie kein Strom mehr fließt.
In \todo{ref auf diag einfügen} ist bei \(\sin(\theta) = 0\) zwar noch ein Stromfluss erkennbar, In~\ref{fig:winkel} ist bei \(\sin(\theta) = 0\) zwar noch ein Stromfluss erkennbar,
dieser liegt aber daran, dass das Modul in Richtung der Fenster gedreht wurde und somit, dieser liegt aber daran, dass das Modul in Richtung der Fenster gedreht wurde und somit,
auch wenn das Wetter am Versuchstag bewölkt war, immer noch genügend Licht auf die beiden auch wenn das Wetter am Versuchstag bewölkt war, immer noch genügend Licht auf die beiden
Solarzellen fallen konnte, um einen Stromfluss zu ermöglichen. Solarzellen fallen konnte, um einen Stromfluss zu ermöglichen.