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100 5 Modellbasierte optische Untersuchung von CPV Sonnensimulatoren kommerzielle Zellen mit ∞ genähert werden kann. Die zweidimensionale Ausdehnung der Solarzelle wird erreicht, indem die Untereinheiten des Netzwerks parallel über Widerstände miteinander zu Schichten verschaltet werden. Diese Widerstände bilden die zuvor besprochenen, querleitenden Schichten mit den jeweiligen in Abbildung 5.19 markierten Schichtwiderständen SRE1 ‐ SRE4. Einzige Abänderung zu dem in [32]
vorgestellten Modell stellt der jeweils mit 7 mΩ/cm² angenommene, ohmsche Kontakt zwischen den drei Teilzellen dar. Bei monolithischen Mehrfachsolarzellen wird die elektrische Verbindung der drei Teilzellen üblicherweise durch die Verwendung von Tunneldioden realisiert, welche sich in einem weiten Spannungsbereich wie ohmsche Kontakte verhalten [29]. Im Simulationsmodell werden diese somit durch einen Serienwiderstand genähert, welcher im Zweidiodenmodell jeder Teilzelle berücksichtigt wird. Aufgrund der Abschattung durch die Vorderseitenkontakte weisen die Untereinheiten unterhalb der Kontakte keine Stromquellen auf (siehe Abbildung 5.19). Die Ströme der beleuchteten Untereinheiten sind hingegen durch die zuvor in Abschnitt 5.3.2 berechneten, lokalen Photostromdichten der Simulator‐ und Außenbedingungen (siehe Abbildung 5.17) gegeben. Die Berechnung des Netzwerkes erfolgt erneut mit Hilfe des Programms SPICE [76].
Mit diesem, im Weiteren als NetSim bezeichneten Simulationsprogramm können die I‐V Kennlinien des CPV Mono‐Moduls im Folgenden unter Sonnensimulator‐ und Außenbedingungen berechnet werden.
Abbildung 5.19: Ausschnitt des Netzwerkmodells einer gitterangepassten Mehrfachsolarzelle. Die Zelle ist in Untereinheiten unterteilt, welche mit Hilfe von Dioden, Stromquellen und Widerständen die elektrischen Eigenschaften der Solarzelle verkörpern. Jede Teilzelle wird hierbei durch das Zweidiodenmodell beschrieben, wobei die Stromquellen durch die zuvor berechneten Photostromdichten der Simulator‐ und Außenbedingungen (siehe Abbildung 5.17) gegeben sind. Unterhalb der Kontakte wird aufgrund der Abschattung kein Strom generiert. Zwischen den einzelnen Schichten (Kontakt, Ober‐, Mittel‐ und Unterzelle), sowie auf der Rückseite der Solarzelle wird durch Simulation eines Netzwerkes aus Widerständen (SRE1, …, SRE4) eine Querleitfähigkeit der Ladungsträger ermöglicht. Die verwendeten Zellparameter wurden aus [32] entnommen.
5.3 Einfluss der Leuchtdichteverteilung der Lichtquelle auf die I‐V Kennlinie 101
Vergleich zwischen Simulation und Messung unter Außenbedingungen
Für eine Validierung der Modelle werden die Simulationen der Außenbedingungen nun mit realen Außenmessungen desselben CPV Moduls verglichen. Diese wurden im Rahmen einer Bachelorarbeit [101] am Außenmessstand des Fraunhofer ISE ermittelt. Das dort verwendete CPV Mono‐Modul besitzt dieselbe Fresnellinse (40F76P250) und Solarzelle (Wafer 2404‐8) wie auch in der Simulation angenommen wurde. Abbildung 5.20 zeigt die am 13.06.2013 (12:05 ‐ 12:10 Uhr) gemessenen ISC Werte (normiert auf G = 1000 W/m²) des CPV Mono‐
Moduls (Sterne), bei Variation des Zell‐Linsen‐Abstandes.
Zur Simulation dieser ISC Werte werden die Strahlverfolgungssimulationen aus Abschnitt 5.3.1 für jeden Zell‐Linsen‐Abstand von 70 mm bis 80 mm in 1 mm Schritten durchgeführt. Mit diesen wellenlängenabhängigen Bestrahlungsstärkeverteilungen wird im Anschluss für jeden Zell‐Linsen‐Abstand die lokale Photostromdichte der drei Teilzellen berechnet (Abschnitt 5.3.2). Diese dienen als Eingangsdaten für das zuvor beschriebene NetSim Modell (Abschnitt 5.3.3), womit die in Abbildung 5.20 dargestellten ISC Werte (gefüllte Kreise) berechnet werden können.
Abbildung 5.20: Simulation und Messung des Kurzschlussstroms eines FLATCON®‐ Mono‐Moduls bei Variation des Zell‐Linsen‐Abstandes. Die ISCWerte, welche sich durch die Netzwerksimulation für die gitterangepasste Dreifach‐Zelle (2404‐8) ergeben, sind mit gefüllten Kreisen markiert. Der Vergleich mit Außenmessungen eines Mono‐Moduls derselben Linse und Zelle (Kreuze), zeigt eine sehr gute Übereinstimmung. Offene Kreise markieren die ISCs der Teilzellen, welche durch Integration der lokalen Photostromdichte (aus Abschnitt 5.3.2) über die Zellfläche berechnet werden (ohne Gridabschattung). Messungen (Kreuze): Bachelorarbeit Jannik Wolf [101].
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Kurzschlussstrom, ISC [mA]
Zell-Linsen-Abstand [mm]
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