hiro/fpraktikum
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11
SZ/auswertung/c.ipynb
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"text/plain": [
" desc \\\n3x3_hell 3x3_hell \n3x3_schaltung_1 3x3_schaltung_1 \n3x3_schaltung_2 3x3_schaltung_2 \n3x3_schaltung_3 3x3_schaltung_3 \n3x3_schaltung_4 3x3_schaltung_4 \n3x3_verschattung_1 3x3_verschattung_1 \n3x3_verschattung_2 3x3_verschattung_2 \n3x3_verschattung_3 3x3_verschattung_3 \nhuge_hell huge_hell \nhuge_verbraucher huge_verbraucher \n\n curve area \\\n3x3_hell [[-1.5, -0.5417189], [-1.4825, -0.5438931], [-... 4056 \n3x3_schaltung_1 [[-1.5, -0.4987553], [-1.4825, -0.4996429], [-... 4056 \n3x3_schaltung_2 [[-1.5, -0.5053194], [-1.4825, -0.5066954], [-... 4056 \n3x3_schaltung_3 [[-1.5, -0.0006112836], [-1.4825, -0.000607707... 4056 \n3x3_schaltung_4 [[-1.5, -0.2743212], [-1.4825, -0.2720917], [-... 4056 \n3x3_verschattung_1 [[-1.0, -0.006214225], [-0.97, -0.006181907], ... 4056 \n3x3_verschattung_2 [[-1.0, -0.2602277], [-0.98, -0.2602689], [-0.... 4056 \n3x3_verschattung_3 [[-1.0, -0.01750273], [-0.98, -0.01755973], [-... 4056 \nhuge_hell [[-1.0, -0.1947314], [-0.9775, -0.1942969], [-... 8788 \nhuge_verbraucher [[-1.0, -0.2670641], [-0.9775, -0.258778], [-0... 8788 \n\n j_c u_cc ff eta p_mlp u_mlp i_mlp \n3x3_hell 0.0 2.0 1.0 0.0 1.0 1.0 -0.4693348714285935 \n3x3_schaltung_1 0.0 2.0 0.0 0.0 0.0 1.0 -0.20828160714286892 \n3x3_schaltung_2 0.0 2.0 0.0 0.0 0.0 1.0 -0.20258660000002998 \n3x3_schaltung_3 0.0 2.0 0.0 0.0 0.0 1.0 -0.00015580096971469002 \n3x3_schaltung_4 0.0 1.0 0.0 0.0 0.0 1.0 -0.07911919453640125 \n3x3_verschattung_1 0.0 1.0 1.0 0.0 0.0 1.0 -0.0039047434763039633 \n3x3_verschattung_2 0.0 2.0 1.0 0.0 0.0 1.0 -0.22754981766503463 \n3x3_verschattung_3 0.0 1.0 1.0 0.0 0.0 1.0 -0.014582063482794307 \nhuge_hell 0.0 7.0 1.0 0.0 1.0 5.0 -0.1654561994540209 \nhuge_verbraucher 0.0 6.0 0.0 0.0 0.0 4.0 -0.10818945820239775 "
"3x3_hell 0.533266\n3x3_schaltung_2 0.168064\n3x3_schaltung_3 0.000118\n3x3_schaltung_4 0.058548\n3x3_verschattung_1 0.004647\n3x3_verschattung_2 0.277610\n3x3_verschattung_3 0.018373\nhuge_hell 0.880641\nhuge_verbraucher 0.410309\nName: p_mlp, dtype: float64"
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"output_type": "execute_result"
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],
"source": [
"ccurves.round()"
"ccurves['p_mlp']"
]
}
],

135
SZ/auswertung/d.ipynb
View file

File diff suppressed because one or more lines are too long

BIN
SZ/auswertung/figs/D/ucc.pdf Normal file
View file

Binary file not shown.

3
SZ/auswertung/utility.py
View file

@ -56,7 +56,8 @@ def plot_ccurve_line(ax, ccurve, area=None, marker='.', compliance=.99,
if mlp:
mlp[1] = mlp[1]/area
ax.errorbar(v, c, linestyle='None', marker=marker, markersize=2, alpha=1, label=label,
ax.errorbar(v, c, linestyle='None', marker=marker, markersize=2, alpha=1,
label=label,
**pyplot_args)
ax.set_xlabel("Spannung U [V]")
ax.set_ylabel("Stromstaerke I [A]" \

1
SZ/protokoll/figs/python Symbolic link
View file

@ -0,0 +1 @@
/home/hiro/Documents/Projects/UNI/Prakt/FP/SZ/auswertung/figs/

10
SZ/protokoll/protokoll.bib
View file

@ -1 +1,11 @@
@misc{wikipedia_2019, title={Wikipedia, Shockley-Gleichung}, url={https://de.wikipedia.org/wiki/Diode#Ideale_Diode_/_Shockley-Gleichung}, journal={Wikipedia}, publisher={Wikimedia Foundation}, year={2019}, month={Apr}}
@BOOK{Demtröder2018,
AUTHOR = {Demtröder, Wolfgang},
YEAR = {2018},
TITLE = {Experimentalphysik 2 - Elektrizität und Optik},
EDITION = {7. Aufl.},
ISBN = {978-3-662-55790-7},
PUBLISHER = {Springer-Verlag},
ADDRESS = {Berlin Heidelberg New York},
}

113
SZ/protokoll/protokoll.tex
View file

@ -563,6 +563,12 @@ Ein kleiner Ventilator wurde als
Verbraucher mit dem Solarmodul in Reihe geschaltet und eine weitere
Kennlinie wurde aufgenommen. Auch der Laststrom und die Lastspannung
wurden mit dem Multimeter gemessen.
\begin{align}
\label{eq:last}
U_V = \SI{5.25}{\volt}\\
I_V = \SI{143}{\milli\ampere}
\end{align}
\footnote{Dr. D\"orr macht den besten Kartoffelsalat.}
\subsection{Temperatureinfluss}
@ -665,7 +671,7 @@ Der Anstieg der Geraden gibt den Parameter
\centering
\begin{tabular}{l|SSS}
\toprule
Zelle & {\(R_S\) [\si{ohm}]} & {\(\isc\) [\si{\A}]} & {\(a\)} \\
Zelle & {\(R_S\) [\si{ohm}]} & {\(I_\text{S}}\) [\si{\A}]} & {\(a\)} \\
\midrule
A8 & .34 & 9.56e-8 & 1.49 \\
\"ubliche Werte \footcite{wikipedia_2019} & {-} &
@ -914,6 +920,8 @@ da bei Verschattung/Ausfall einer Zelle, diese den Stromfluss nicht
behindert. Dementsprechend w\"ahre auch eine Reihenschaltung von
jeweils drei parallelgeschaltenen Modulen m\"oglich gewesen.
Die Beleuchtungsintensität betrug \sun{1/3}.
\subsubsection{Analyse der Kennlinien}
Die Werte in~\ref{tab:verschtab} aufgelisteten Werte wurden wie
@ -934,8 +942,8 @@ Plots der Kennlinien finden sich im Anhang:~\ref{sec:plotsc}
6er Modul, Verschattung~\ref{fig:schatt1} & 0.001228 & 1.43 & 0.65 & 0.000894 \\
6er Modul, Verschattung~\ref{fig:schatt2} & 0.063305 & 1.57 & 0.69 & 0.053387 \\
6er Modul, Verschattung~\ref{fig:schatt3} & 0.004057 & 1.48 & 0.76 & 0.003533 \\
6er Modul, Hell & 0.021841 & 7.02 & 0.65 & 0.078163 \\
6er Modul mit Verbraucher & 0.026106 & 6.11 & 0.29 & 0.036418 \\
13er Modul, Hell & 0.021841 & 7.02 & 0.65 & 0.078163 \\
13er Modul mit Verbraucher & 0.026106 & 6.11 & 0.29 & 0.036418 \\
\end{tabular}
\caption{Charakteristische Kenngr\"o\ss{}en der betrachteten Solarmodule.}
\label{tab:verschtab}
@ -956,34 +964,99 @@ Plots der Kennlinien finden sich im Anhang:~\ref{sec:plotsc}
\label{tab:verschwd}
\end{table}
\subsubsection{Verschaltung mit Widerst\"anden}
\label{sec:verschanal}
\ref{tab:verschwd} speist sich aus den Fits f\"ur gro\ss{}e \(I>0\)
(gibt \(R_S\)) und gro\ss{}en \(I<0\) (gibt \(R_S+R_P\)), wobei
letztere Fits aufgrund der form der Kennlinien (\ref{fig:hellkennfit})
wenig Aussagekraft besitzen. Die Werte
\(R_G=\SI{4.99}{\kilo\ohm}\) und \(R_K=\SI{3.3}{\ohm}\) erkennt man in
den Werten f\"ur \(R_S\) in allen Schaltungen in Korrespondenz mit den
Erwartungen wieder. F\"ur \(R_K\) als \(R_S\) in Schaltungen 1,3
ergeben sich im Fit gr\"o\ss{}ere Werte, da hier der Widerstand des
Solarmoduls an mehr ins Gewicht f\"allt. Bei n\"aherer Betrachtung
von~\ref{fig:hellkenn} und~ kann man erkennen, dass sich die f
wenig Aussagekraft besitzen. Die Werte \(R_G=\SI{4.99}{\kilo\ohm}\)
und \(R_K=\SI{3.3}{\ohm}\) erkennt man in den Werten f\"ur \(R_S\) in
allen Schaltungen in Korrespondenz mit den Erwartungen wieder, so als
wenn man die Widerst\"ande im Ersatzschaltbild direkt anpasste. F\"ur
\(R_K\) als \(R_S\) in Schaltungen 1,3 ergeben sich im Fit
gr\"o\ss{}ere Werte, da hier der Widerstand des Solarmoduls an mehr
ins Gewicht f\"allt. Bei n\"aherer Betrachtung von~\ref{fig:hellkenn}
und~\ref{tab:verschtab} kann man erkennen, dass sich durch hinzunahme
von Widerst\"anden die Kennlinien vom Ideal entfernt (FF und \(\eta\)
sinken). Ist \(R_K\) gro\ss{} und \(R_S\) klein, so ist der Effekt
gering (Schaltung 1). Verstauscht man die Verh\"altnisse (Schaltung
2), so erh\"alt man den geringsten F\"ullfaktor und eine sehr geringe
effizienz. Die kennlinien wird zu einer verschobenen geraden. Im falle
kleiner, gleichartiger Widerst\"ande (Schaltung 3) \"uberwiegt der
Effekt des Parallelwiderstandes (siehe \(U\rightarrow \SI{-1}{\volt}\))
und auch hier wird die Effizienz beintr\"achtigt, wenn auch nich so
stark, wie in der vorherigen Situation.
Diese Betrachtungen spiegeln verschiedene Grade der nichtidealit\"at
der Solarzelle wieder. Idealer weise sollte also \(R_S\) klein und
\(R_P\) gro\ss{} sein.
In einer realen Solarzelle entsteht \(R_S\) durch den inneren
Widerstand des Halbleiters und durch den Widerstand an den Kontakten.
\(R_P\) wird warscheinlich durch fehler im p-n-\"Ubergang
hervorgerufen \todo{cite} durch die getrennte Ladungen in die falsche
Richtung zur\"uckflie\ss{}en.
\subsubsection{Verhalten bei Verschattung}
\label{sec:verschattung}
\todo{diagramme einfügen}
An den Diagrammen kann man erkennen, dass der Stromfluss eines gesamten Solarmoduls
zum Erliegen kommt sobald ein in Reihe geschaltetes Teilmodul komplett verschattet wird.
Im Realen ist dies natürlich ein nicht hinnehmbarer Zustand, da es zum Beispiel bei
Bewölkung immer wieder zu Teilverschattung kommt und dies somit den Stromfluss der gesamten
Anlage stark beeinflussen kann.
Dies umgeht man, in dem man zu jedem einzelnen Teilmodul eine so genannte \emph{Freilaufdiode}
antiparallel schaltet, da diese den Stromfluss bei Verschattung eines in Reihe geschalteten
Moduls um dieses herumleitet und damit eine solche Verschattung nicht das gesamte
Solarmodul beeinflusst.
An der Kennlinie in~\ref{diag:verschattung1} kann man erkennen, dass
der Stromfluss eines gesamten Solarmoduls stark verringert wird sobald
ein in Reihe geschaltetes Teilmodul komplett verschattet wird
(Reihenschaltung eines gro\ss{}en Widerstandes \(R_S\)). Im Realen
ist dies natürlich ein nicht hinnehmbarer Zustand, da es zum Beispiel
bei Bewölkung immer wieder zu Teilverschattung kommt und dies somit
den Stromfluss der gesamten Anlage stark beeinflussen kann. Dies
umgeht man, in dem man zu jedem einzelnen Teilmodul eine so genannte
\emph{Freilaufdiode}\todo{Quelle} antiparallel schaltet, da diese den
Stromfluss bei Verschattung eines in Reihe geschalteten Moduls um
dieses herumleitet und damit eine solche Verschattung nicht das
gesamte Solarmodul beeinflusst.
Verdeckt man jeweils nur eine H\"alfte der Parallelschaltungen
(\ref{diag:verschattung2}) so verringert sich zwar der
Kurzzschlussstrom und die Effizienz halbiert sich, aber der Effekt ist
im Ganzen nur die Parallelschaltung eines zus\"atzlichen (grossen)
Wiederstandes \(R_P\).
Die dritte Situation \"ahnelt einer Reihen und Parallelschaltung von
gro\ss{}en Widerst\"anden zum Modul und stellt somit das Mittel der
beiden ersten Situationen dar.
H\"atte man f\"ur Schaltung zwei gro\ss{}e Widerst\"ande gew\"ahlt, so
h\"atten sich f\"ur alle Verschattungssituationen korrespondenzen
ergeben. (Hier gilt Schalt. 1 zu Verschatt. 2; Schalt. 2 zu Verschatt. 1)
\subsubsection{Solarmodul mit Verbraucher}
\label{sec:analyseverbr}
Die Leistung des Verbrauchers am gemessenen Arbeitspunkt betr\"agt
(siehe auch~\ref{eq:last}): \[P_V=\SI{.75}{\watt}\]. Die Leistung am
MPP des Solarmoduls betr\"agt: \[P_{MPP}=\SI{.88}{\watt}\]
Der Verbracher nutzt also ca. \SI{85}{\percent} der Maximal
verf\"ugbaren Leistung. Diese Ausnutzung kann vergrößert werden, indem
man \(R_P\) des Moduls m\"oglichst mit \(R_S+R_V\) abstimmt, wobei
\(R_V\) der innere Widerstand des Verbrauchers ist. Zur Herleitung
dieses Zusammenh\"ange siehe (aus Zeitgr\"unden):
\cite[154]{Demtröder2018}.
\subsection{Der Einfluss der Temperatur}
\label{sec:analysetemp}
\begin{figure}[H]\centering
\includegraphics[width=.5\columnwidth]{figs/python/D/ucc.pdf}
\caption{Temperaturabh\"angigkei von \(\voc\).}
\label{fig:winkel}
\end{figure}
Bei konstanter Intensit\"at sinkt \(\voc\). Das ist zu erwarten, da
mit steigender Temperatur der Diffusionsstrom zunimmt und damit die
Eingbaute Spannung verringert.
D
\subsection{Winkelabhängigkeit des Stromflusses vom einfallenden Licht}
\label{sec:winkel}