Bienert, Thomas and Sommer, Ephraim
(2009)
Variation des Srahlungsspektrums für neue Solarenergietechnologien.
["eprint_fieldopt_thesis_type_bachelor" not defined], Universität Oldenburg.
Abstract
Der weltweite Bedarf an Energie steigt stetig an. Gerade im asiatischen Raum
kommt es bspw. durch den wirtschaftlichen Aufschwung Chinas zu einer erhöhten
Nachfrage von fossilen Brennstoffen. Noch kann dieser gedeckt werden, die Ressourcen von Erdöl, Erdgas und Kohle sind jedoch begrenzt. Nach aktuellen Hochrechnungen wird der Vorrat an Erdöl und Erdgas in den nächsten 40-60 Jahren ausgehen, Kohle kann noch für weitere 122 Jahre zur Energieerzeugung genutzt werden. Daneben ist die Energiegewinnung durch Kernspaltung effizient und sauber, allerdings ist die Entsorgung der radioaktiven Endprodukte ein ungeklärtes Problem. So gilt es in Zukunft Aufmerksamkeit auf die Weiterentwicklung erneuerbarer Energien zu richten. Die unbegrenzt zur Verfügung stehende Wind-, Wasser- und Sonnenenergie stellt eine Alternative zu fossilen Brennstoffen dar. Die Umwandlung von Sonnen- in elektrische Energie wird mit Solarzellen erreicht. Im Laufe ihrer Entwicklung sind verschiedene Solarzellentypen hervorgegangen, die sich in drei Generationen einteilen lassen. Solarzellen der ersten Generation bestehen aus kristallinen Silizium-Wafern, welche bis 2003 am meisten verkauft wurden [3]. Als Solarzellen zweiter Generation werden Dünnschichtsolarzellen bezeichnet, die den Vorteil der geringeren Produktionskosten mit sich bringen [4]. Einen großen Fortschritt bezüglich der Effizienz liefern Mehrfachsolarzellen, die in die dritte Generation eingeordnet werden. Deren Effizienz reagiert empfindlich auf Änderungen im Sonnenspektrum, wie in Abschnitt 1.1.9 „Mehrfachsolarzellen“ beschrieben wird. Die einzelnen Strukturen in Mehrfachsolarzellen müssen dem angebotenen Sonnenspektrum so angepasst werden, dass eine optimale Ausnutzung der Sonnenenergie erfolgen kann. Für Messungen im Labor orientiert man sich an einem einheitlichen Referenzspektrum. Im Freien hingegen ändert sich die tatsächlich von der Sonne ankommende Strahlung sowohl mit der Tageszeit, als auch mit der geographischen Lage. Dies ist bedingt durch den jeweiligen Einfallswinkel des Lichtes in die Atmosphäre, die Wolkenbedeckung und die Zusammensetzung der dortigen Atmosphärenschichten. Geeignete Standorte für Solarzellenmodule sind bspw. Spanien und Nord Afrika. Um für die Region in Frage kommende Solarzellen nicht vor Ort testen zu müssen, bedarf es eines guten Solarsimulators, der in der Lage ist, die „Lichtbedingungen“ der verschiedenen Orte im Labor nachzustellen. Dabei sollte die Intensität der simulierten Strahlung möglichst fein für einzelne Wellenlängenbereiche einstellbar sein. Die Verwirklichung eines solchen Solarsimulators, der ein gewünschtes Spektrum erstellen kann, ist Ziel dieser Arbeit. Die Grundidee des Aufbaues ist folgende: Die Spektralanteile vom Licht einer Weißlichtquelle werden mit einem Prisma räumlich getrennt und anschließend durch ein Flüssig-Kristall-Display (LCD) geschickt, mit dem eine Amplitudenmodulation möglich ist. Da die Spektralanteile des Weißlichts an unterschiedlichen Stellen auf das Display treffen, kann die Intensität wellenlängenabhängig gesteuert werden. Anschließend werden die spektral modulierten Anteile wieder zusammengeführt, so dass am Ausgang ein gewünschtes Spektrum vorliegt. Später könnte man Spektren verschiedener Standorte nachstellen, mit ihnen eine Solarzelle beleuchten und so herausfinden, für welches von ihnen die Solarzelle am besten geeignet wäre.
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