Erwärmung Solarmodul bei div. Lastfällen

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo zusammen,

weiter unten wird die Erwärmung eines Solarmoduls bei Kurzschluss diskutiert (eigentlich die Gefahr durch Kurzschluss, die man sicherlich auf die Gefahr durch Erwärmung bei Kurzschluss reduzieren kann). Da habe ich mir ein paar grundsätzliche Gedanken gemacht. Wie sieht es denn mit der Energiebilanz eines Solarmoduls bei den verschiedenen Belastungsfällen aus:

Leerlauf, es wird also keine elektrische Leistung abgegeben: Die Sonne strahlt auf das Modul, ein Teil davon wird reflektiert, vom Rest erwärmt sich das Modul und es wird durch Konvektion (auch ein bisschen durch Strahlung) so viel Wärme an die Umgebung abgegeben, dass ein thermisches Gleichgewicht entsteht.

Kurzschluss, es wird also auch keine elektrische Leistung abgegeben(!): Was sollte anders sein als vorher? Es wird genau so viel absorbiert wie reflektiert (oder werden die Zellen dunkler, wenn sie kurzgeschlossen sind?), die Erwärmung müsste identisch sein.

Nennlast, die elektrische Leistungsabgabe ist maximal: Wieder wird genau so viel absorbiert wie reflektiert (es sei denn, die Zellen werden dunkler, wenn sie Strom abgeben…), also muss sich das Modul weniger aufheizen, denn ein Teil der aufgenommenen Energie wird jetzt elektrisch abgegeben.

Fazit:
Leerlauf oder Kurzgeschlossen: Beides die selbe Selbsterwärmung
Nennlast: Das Modul erwärmt sich weniger.

Schade, keine Sonne hier in Sicht, sonst würde ich das direkt mal selber ausprobieren.

Grüße

Uwe

PS: Noch ein bisschen weiter gedacht, und es ist mir schon klar, was da innen passiert. Auch eine Solarzelle im Leerlauf produziert den Strom, nur wird der über die eigene Diodenstrecke abgeleitet und heizt sie. Im Kurzschlussfall wird nicht der PN-Übergang, sondern irgendwelche ohmschen Anteile im Halbleiter erwärmt - bezüglich der Belastung des Halbleiters praktisch identisch.

#2

Hei.

Leerlauf, es wird also keine elektrische Leistung abgegeben:
Kurzschluss, es wird also auch keine elektrische Leistung abgegeben(!)

Das siehst du falsch.
Wenn die Sonne drauf scheint, dann produzieren die Zellen Energie - und die muss irgendwohin - und sei es nur, das sich die Zellen aufheizen. Und aufheizen kann hier mehrere 100°C bedeuten, nicht lauwarm.
Wenn du Glück hast, brennen die Zellen einfach nur durch, wenn du Pech hast (Kurzschluß, evtl. mit Lichtbogen), kann dein Dachboden Feuer fangen.

Leerlauf gibt’s bei Solarzellen nur nachts bzw. wenn man einen Lappen drüber wirft.

lg, mabuse

#3

Das siehst du falsch.
Wenn die Sonne drauf scheint, dann produzieren die Zellen
Energie - und die muss irgendwohin - und sei es nur, das sich
die Zellen aufheizen. Und aufheizen kann hier mehrere 100°C
bedeuten, nicht lauwarm.

Mehrere hundert Grad wären aber schon nicht mehr im Normalbetrieb erreichbar, sondern nur durch Hotspotbildung bei Teilverschattung oder Einzelzellendefekt. Dies wiederum wird in der Praxis durch Bypassdioden verhindert.

Leerlauf gibt’s bei Solarzellen nur nachts bzw. wenn man einen
Lappen drüber wirft.

Das stimmt so nicht. Nachts werden die Dinger praktisch zu simplen Dioden. Und Leerlauf kann es schon geben, wenn man den Wechselrichter, oder was auch immer dran angeschlossen ist, abklemmt! Sicherlich wird man das bei einer stationären Anlage eher selten machen, aber es gibt ja auch kleine mobile Anlagen und Panels. Wenn ich also mein kleines 0,25 W-Modul auf den Tisch lege und die Sonne drauf brät, befindet es sich sehr wohl im Leerlauf.

MfG,
Marius

#4

Hallo,

Das siehst du falsch.

Und Du erst mal.

Wenn die Sonne drauf scheint, dann produzieren die Zellen
Energie -

Falsch. Wenn die Sonne drauf scheint, werden Ladungsträger erzeugt. Wenn die mangels Stromkreis nicht weg können, baut sich eine Gegenspannung auf und der Prozess kommt zum Erliegen - es werden genauso viele Ladungsträger rekombinieren wie erzeugt werden. Elektrische Energie wird dann gar keine entstehen. Die Erwärmung ist die gleiche wie ohne den Prozess.

und die muss irgendwohin - und sei es nur, das sich
die Zellen aufheizen. Und aufheizen kann hier mehrere 100°C
bedeuten, nicht lauwarm.

Unsinn.

Wenn du Glück hast, brennen die Zellen einfach nur durch, wenn
du Pech hast (Kurzschluß, evtl. mit Lichtbogen), kann dein
Dachboden Feuer fangen.

Quatsch.

Leerlauf gibt’s bei Solarzellen nur nachts bzw. wenn man einen
Lappen drüber wirft.

Blödsinn.

Leerlauf ist der ganz oben beschrieben Fall: es wird keine elektrische Leistung abgenommen. Und dann stellt sich die Leerlaufspannung ein bei einem Strom von exact Null.

Kurzschluss ist das genau Gegenteil. Welche Leistung dann am ‚kurzschließenden‘ Widerstand verbraten wird und welche in der Zelle selbst, hängt von den Daten der beiden ab.

Mit ‚maximale Leistung‘ ist aber was ganz anderes gemeint: das ist die Leistung, die die Solarzelle ABGIBT. Und die ist im ersten Fall Null, im zweiten nahezu Null.

Lies mal: http://www.et-inf.fho-emden.de/~elmalab/PV_Solar/dow…

Gruß
kb

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#5

Hi kb7,
der war wirklich gut!
Sternchen gibts gleich.
Ich habe 6 recht große auf dem Dach, perfekt nach Süden. mit 45°. Besser gehts wohl nicht.
Aber was da reinkommt, …
Schade um das Geld. Hilft eigentlich nur bei totalem Stromausfall.
cu, jo-enn

#6

Tagchen,

Leerlauf, es wird also keine elektrische Leistung abgegeben:
Die Sonne strahlt auf das Modul, ein Teil davon wird
reflektiert, vom Rest erwärmt sich das Modul und es wird durch
Konvektion (auch ein bisschen durch Strahlung) so viel Wärme
an die Umgebung abgegeben, dass ein thermisches Gleichgewicht
entsteht.

Sehe ich auch so.

Kurzschluss, es wird also auch keine elektrische Leistung
abgegeben(!): Was sollte anders sein als vorher? Es wird genau
so viel absorbiert wie reflektiert (oder werden die Zellen
dunkler, wenn sie kurzgeschlossen sind?), die Erwärmung müsste
identisch sein.

Nein. Stell dir mal vor dein Solarmodul wäre eine Batterie.
Da wird im Kurzschlussfall die kpl Energie an den Innenwiderständen „verbraten“ und sorgt für eine mächtige Erwärmung.
Ganz grobe über den Daumen Peilung:
100W Peak-Modul, Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom betragen etwa das 1,5fache der Werte im Max-Point-falle (100W). Ergibt eine Leistung von 225Watt. Diese Leistung „Verbrät“ kpl im Modul, und sorgt für eine zusätzliche Aufwärmung. Bei einer angenommenen Fläche von ca 0,8m² (wenn hinterlüftet sogar ca 1,6m²), tippe ich auf eine Temperaturerhöhung von ca 10-20°C gegenüber dem Leerlauffall. Also garnicht so schlimm - allerdings könnte es kritisch werden wenn sich Hotspots innerhalb des Moduls bilden.

Nennlast, die elektrische Leistungsabgabe ist maximal: Wieder
wird genau so viel absorbiert wie reflektiert (es sei denn,
die Zellen werden dunkler, wenn sie Strom abgeben…), also
muss sich das Modul weniger aufheizen, denn ein Teil der
aufgenommenen Energie wird jetzt elektrisch abgegeben.

Naja, die Temperaturerhöhung dürfte sich irgendwo zwischen Leerlauf- und Kurzschlussfall einpendeln…

gruss SUR!?

#7

Kurzschluss, es wird also auch keine elektrische Leistung
abgegeben(!): Was sollte anders sein als vorher? Es wird genau
so viel absorbiert wie reflektiert (oder werden die Zellen
dunkler, wenn sie kurzgeschlossen sind?), die Erwärmung müsste
identisch sein.

Nein. Stell dir mal vor dein Solarmodul wäre eine Batterie.
Da wird im Kurzschlussfall die kpl Energie an den
Innenwiderständen „verbraten“ und sorgt für eine mächtige
Erwärmung.

Nun, das habe ich auch erst gedacht.
Aber wo kommt die zusätzlich Leistung her?

Die Sonne liefert 1000W pro m² zur Zelle.
Die müssen auch wieder raus, sonst erhitzt sie sich unendlich.

Im MPP hat man 850W Wärme und Reflektion, 150W Lastsenke über die Verbraucher.

Im Leerlauf hat man nun keine elektrische Leistung mehr. Aber trotzdem prasseln 1000W/m² drauf.
Müsste die Zelle nun nicht entweder heißer werden oder mehr reflektieren?

Komm, ab ins Physikbrett, ich stell da mal die Frage.

#8

Hi,

Im MPP hat man 850W Wärme und Reflektion, 150W Lastsenke über
die Verbraucher.

Im Leerlauf hat man nun keine elektrische Leistung mehr. Aber
trotzdem prasseln 1000W/m² drauf.
Müsste die Zelle nun nicht entweder heißer werden oder mehr
reflektieren?

Genau so kann es nur sein. Eine ganz simple Energiebilanz. Kurzschluss oder Leerlauf ist für die Selbsterwärmung egal, solange der Reflektionsfaktor bleibt. Und das tut er doch wohl, oder?

Grüße, Uwe