Wozu dienen STC in der Photovoltaik?
Standardtestbedingungen (STC) sind definierte Laborbedingungen, unter denen die Leistung von Solarzellen und Solarmodulen gemessen wird. Die STC beziehen sich auf eine Bestrahlungsstärke von 1000 W/m², eine Zelltemperatur von 25°C und eine Luftmasse von 1,5.
Standardtestbedingungen (STC) sind definierte Laborbedingungen, unter denen die Leistung von Solarzellen und Solarmodulen gemessen wird. Die STC beziehen sich auf eine Bestrahlungsstärke von 1000 W/m², eine Zelltemperatur von 25°C und eine Luftmasse von 1,5. Diese Bedingungen wurden von der International Electrotechnical Commission (IEC) festgelegt, um eine standardisierte Vergleichbarkeit von Solarmodulen zu gewährleisten.
Die Bestrahlungsstärke von 1000 W/m² entspricht der Sonneneinstrahlung am Äquator bei senkrechtem Einfall und klarem Himmel. Die Zelltemperatur von 25°C soll sicherstellen, dass die Messungen unter realistischen Bedingungen durchgeführt werden, da die Temperatur die Leistung von Solarzellen beeinflusst. Die Luftmasse von 1,5 steht für den Weg, den das Sonnenlicht durch die Atmosphäre zurücklegt, bevor es auf die Solarzelle trifft.
Die STC dienen als Bezugspunkt für die Leistungsangaben von Solarmodulen und erleichtern den Vergleich von Modulen verschiedener Hersteller. In der Praxis werden die Leistungsdaten von Solarmodulen jedoch häufig unter anderen Bedingungen ermittelt, da die tatsächlichen Einstrahlungsbedingungen je nach Standort und Jahreszeit variieren. Daher werden häufig andere Normbedingungen wie „NOCT“ (Normal Operating Cell Temperature) angegeben, die auf einem höheren Temperaturniveau und einer geringeren Einstrahlung basieren.
Warum werden Leistungsmessungen von Solarzellen und Solarmodulen unter STC durchgeführt?
Leistungsmessungen von Solarzellen und Solarmodulen werden unter Standardtestbedingungen (STC) durchgeführt, um eine standardisierte Vergleichbarkeit von Solarmodulen zu gewährleisten. Die STC wurden von der International Electrotechnical Commission (IEC) definiert und beziehen sich auf eine Bestrahlungsstärke von 1000 W/m², eine Zelltemperatur von 25°C und eine Luftmasse von 1,5.
Die Bestrahlungsstärke von 1000 W/m² entspricht der Sonnenstrahlung am Äquator bei senkrechtem Einfall und klarem Himmel. Die Zelltemperatur von 25°C soll sicherstellen, dass die Messungen unter realistischen Bedingungen durchgeführt werden, da die Temperatur die Leistung von Solarzellen beeinflusst. Die Luftmasse von 1,5 steht für den Weg, den das Sonnenlicht durch die Atmosphäre zurücklegt, bevor es auf die Solarzelle trifft.
Die STC dienen als Bezugspunkt für die Leistungsangaben von Solarmodulen und ermöglichen einen standardisierten Vergleich von Modulen verschiedener Hersteller. Ohne diese Standardisierung wäre es schwierig, die Leistung von Solarmodulen zu vergleichen und zu bewerten. Die STC ermöglichen es, die Leistungsdaten von Solarmodulen auf eine einheitliche Basis zu stellen und den Vergleich verschiedener Solarmodule zu erleichtern.
Allerdings sind die STCs nicht immer repräsentativ für die tatsächlichen Bedingungen bei der Solarstromerzeugung, da die tatsächlichen Einstrahlungsbedingungen je nach Standort und Jahreszeit variieren. Daher werden in der Praxis häufig andere Standardbedingungen wie „NOCT“ (Normal Operating Cell Temperature) angegeben, die auf einem höheren Temperaturniveau und einer geringeren Bestrahlungsstärke basieren. „NOCT“ berücksichtigt die typischen Bedingungen, unter denen Solarmodule in der Praxis betrieben werden und ermöglicht so eine realistischere Einschätzung der Leistungsfähigkeit von Solarmodulen.
Welchen Einfluss hat die Zelltemperatur auf die Leistung von Solarmodulen?
Die Zelltemperatur hat einen großen Einfluss auf die Leistung von Solarmodulen, da sie die elektrische Leitfähigkeit der Halbleitermaterialien beeinflusst. Mit steigender Temperatur nimmt die Leitfähigkeit ab, was zu einem Anstieg des elektrischen Widerstands in der Solarzelle führt. Dies wiederum führt zu einer Verringerung des von der Solarzelle erzeugten elektrischen Stroms und damit zu einer Verringerung der Leistung des Solarmoduls.
Ein weiterer Faktor, der die Leistung von Solarmodulen bei steigender Temperatur beeinflusst, ist die so genannte „Spannungsabhängigkeit“. Diese beschreibt die Abhängigkeit der Solarzellenspannung von der Zelltemperatur. Mit steigender Temperatur sinkt die Spannung der Solarzelle und damit auch die Leistung.
Darüber hinaus können hohe Temperaturen auch zu einer Verschlechterung der Materialeigenschaften der Solarzelle führen, insbesondere bei polykristallinen Siliziumsolarzellen. Die Erwärmung kann zur Bildung von Kristalldefekten und Versetzungen führen, die den Wirkungsgrad der Solarzelle verringern können.
Um den Einfluss der Zelltemperatur auf die Leistung von Solarmodulen zu minimieren, werden verschiedene Methoden eingesetzt. Eine Möglichkeit ist die Kühlung der Solarmodule durch einen Luftstrom oder durch Wasserkühlung. Durch diese Maßnahmen kann die Temperatur der Solarzellen gesenkt werden, was zu einer Leistungssteigerung führt. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von Materialien mit einer geringeren Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit, wie z.B. Siliziumkarbid oder Galliumarsenid.
Sind die STC repräsentativ für die tatsächlichen Bedingungen der Solarstromerzeugung?
Die STC sind nicht immer repräsentativ für die tatsächlichen Bedingungen bei der Erzeugung von Solarstrom, da die tatsächlichen solaren Bedingungen je nach Standort und Jahreszeit variieren. In der Praxis hängt die Leistung von Solarmodulen von vielen Faktoren ab, wie z.B. der Bestrahlungsstärke, dem Einfallswinkel des Sonnenlichts, der Luftmasse, der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit und der Windgeschwindigkeit. Insbesondere die Bestrahlungsstärke und die Temperatur haben einen großen Einfluss auf die Leistung von Solarmodulen.
Die Bestrahlungsstärke hängt vom Standort und der Jahreszeit ab und variiert zwischen sonnigen und bewölkten Tagen sowie zu verschiedenen Tageszeiten. Die Leistung von Solarmodulen nimmt mit abnehmender Bestrahlungsstärke ab, so dass STC-Messungen, die von einer konstanten Bestrahlungsstärke von 1000 W/m² ausgehen, nicht immer repräsentativ für die tatsächliche Leistung von Solarmodulen sind.
Die Zelltemperatur kann auch stark variieren, je nachdem, ob die Solarzellen auf einem Dach oder auf dem Boden installiert sind und ob eine gute Belüftung vorhanden ist oder nicht. Die Leistung von Solarmodulen nimmt bei höheren Temperaturen ab, daher sind STC-Messungen bei einer konstanten Zelltemperatur von 25°C nicht immer repräsentativ für die tatsächliche Leistung von Solarmodulen.
Um die tatsächliche Leistung von Solarmodulen zu bestimmen, sind Messungen unter realen Bedingungen erforderlich. Dazu werden Sensoren eingesetzt, die die Bestrahlungsstärke, die Temperatur und andere Umgebungsbedingungen messen. Diese Messungen können dann verwendet werden, um die Leistung von Solarmodulen unter realen Bedingungen zu berechnen.
Gibt es andere genormte Bedingungen für die Leistungsmessung von Solarmodulen?
Neben den Standard Test Conditions (STC) gibt es weitere standardisierte Bedingungen für die Leistungsmessung von Solarmodulen. Eine davon ist die Normal Operating Cell Temperature (NOCT), die eine standardisierte Methode zur Messung der Leistung von Solarmodulen unter realistischeren Bedingungen bietet.
Die NOCT ist definiert als die Zelltemperatur, die unter bestimmten Bedingungen erreicht wird, wenn das Solarmodul in einem offenen Raum bei einer Einstrahlung von 800 W/m² und einer Umgebungstemperatur von 20°C installiert ist. Die Luftmasse ist ebenfalls auf 1,5 festgelegt. Die NOCT bietet somit eine realistischere Messmethode, da sie die typischen Bedingungen berücksichtigt, unter denen Solarmodule in der Praxis betrieben werden.
Ein weiteres standardisiertes Verfahren zur Leistungsmessung von Solarmodulen ist das PVUSA-Testprotokoll. Dieses wurde vom Photovoltaics for Utility Scale Applications (PVUSA) Programm entwickelt und berücksichtigt sowohl STC- als auch NOCT-Bedingungen. Das PVUSA-Testprotokoll beinhaltet zusätzlich eine Bestimmung der Leistung von Solarmodulen bei höheren Einstrahlungsstärken, die im feldtypischen Bereich liegen.
In Europa wird auch häufig die European Solar Test Installation (ESTI) Methode verwendet. ESTI definiert ähnliche Bedingungen wie NOCT, jedoch mit einer etwas geringeren Bestrahlungsstärke von 700 W/m² und einer Umgebungstemperatur von 25°C.
Fazit
Standardtestbedingungen (STC) sind definierte Laborbedingungen, unter denen die Leistung von Solarzellen und Solarmodulen gemessen wird. Die Bestrahlungsstärke von 1000 W/m², die Zelltemperatur von 25°C und die Luftmasse von 1,5 stellen die Standardbedingungen dar. Die Leistungsmessungen von Solarzellen und Solarmodulen unter STC sind wichtig, da sie als Referenz für Leistungsangaben von Solarmodulen dienen und einen standardisierten Vergleich von Modulen verschiedener Hersteller ermöglichen. Allerdings sind die STCs nicht immer repräsentativ für die tatsächlichen Bedingungen bei der Solarstromerzeugung, da die tatsächlichen Einstrahlungsbedingungen je nach Standort und Jahreszeit variieren. Daher werden in der Praxis häufig andere Standardbedingungen wie „NOCT“ oder das PVUSA-Testprotokoll angegeben, die realistischere Bedingungen abbilden.
