Eindiodenmodell
Das Eindiodenmodell ist ein elektrisches Ersatzschaltbild, das eine Solarzelle als Stromquelle, Diode, Serienwiderstand (Rs) und Parallelwiderstand (Rsh) darstellt. Seine Parameter werden aus den Datenblattpunkten bestimmt, sodass es die I–V- und P–V-Kennlinien eines Moduls bei beliebiger Einstrahlung und Temperatur reproduzieren kann.
Das Eindiodenmodell ist die Standardmethode, um das elektrische Verhalten einer Solarzelle mathematisch zu beschreiben. Es stellt die Zelle als Ersatzschaltbild dar: eine Stromquelle, die den lichterzeugten Strom liefert, eine Diode darüber, die das Verhalten des p-n-Übergangs erfasst, ein Parallelwiderstand (Rsh), der Leckströme berücksichtigt, und ein Serienwiderstand (Rs), der ohmsche Verluste in der Zelle und ihren Kontakten berücksichtigt.
Seine Stärke ist, dass es aus einem Datenblatt verallgemeinert. Ein Hersteller veröffentlicht nur eine Handvoll Punkte, Leerlaufspannung (Voc), Kurzschlussstrom (Isc) und den Maximum Power Point (Vmp, Imp), alle gemessen unter Standardtestbedingungen. Indem die Parameter des Ersatzschaltbilds so angepasst werden, dass das Modell durch diese Punkte verläuft, kann das Eindiodenmodell anschließend die vollständigen Strom-Spannungs- (I–V) und Leistungs-Spannungs-Kennlinien (P–V) bei jeder anderen Einstrahlung und Temperatur erzeugen.
Genau das macht eine realistische Simulation möglich. Sobald jedes Modul eine präzise I–V-Kennlinie hat, werden Strings gebildet, indem die Modulspannungen bei jedem Stromwert summiert werden, und Parallelschaltungen, indem die Ströme bei jedem Spannungswert summiert werden. Der Maximum Power Point des Wechselrichters wird dann auf der kombinierten P–V-Kennlinie gefunden. Nichts davon funktioniert allein aus dem Nennwirkungsgrad; es erfordert eine Kennlinie, die korrekt auf die Bedingungen reagiert.
Es erfasst auch die schwierigen Fälle. Da das Modell physikalisch ist, bildet es ab, wie sich ein Modul unter Teilverschattung verhält, wenn Bypass-Dioden aktiv werden, und bei Temperaturextremen, bei denen sich Voc und Isc verschieben. Genau das sind die Situationen, in denen ein einfacher prozentualer Abschlag die falsche Antwort liefert.
Warum das für Installateure wichtig ist
Das Eindiodenmodell ist der stille Motor hinter einer vertrauenswürdigen Ertragszahl. Es ist der Grund, warum ein richtig modelliertes Angebot auch nach dem Bau der Anlage Bestand hat, selbst auf verschatteten oder ungünstig ausgerichteten Dächern. solarVis löst das Eindiodenmodell für jedes Modul aus dessen Datenblatt und baut darauf Strings, MPPT-Eingänge und die stündliche Produktion auf, sodass die Zahl, die Sie dem Kunden zeigen, in der Physik verankert ist und nicht in einer pauschalen Annahme.
Häufige Fragen
- Was sind die fünf Parameter des Eindiodenmodells?
- Die klassische Form hat fünf: den lichterzeugten (Photo-)Strom, den Sättigungsstrom der Diode, den Idealitätsfaktor der Diode, den Serienwiderstand Rs und den Parallelwiderstand Rsh. Diese werden so bestimmt, dass das Modell durch die bekannten Punkte des Datenblatts verläuft, also durch Leerlaufspannung, Kurzschlussstrom und den Maximum Power Point.
- Was ist der Unterschied zwischen dem Eindioden- und dem Zweidiodenmodell?
- Das Zweidiodenmodell fügt eine zweite Diode hinzu, um den Rekombinationsstrom in der Raumladungszone separat abzubilden, was die Genauigkeit bei niedriger Einstrahlung und für bestimmte Zelltechnologien verbessert. Das Eindiodenmodell ist einfacher, benötigt weniger Eingangsdaten und ist für die überwiegende Mehrheit der Ertragsmodellierungen genau genug, weshalb es der Industriestandard ist.
- Warum ist das Eindiodenmodell für Produktionsschätzungen wichtig?
- Weil es die reale I–V-Kennlinie reproduziert, erfasst es, wie sich ein Modul unter Teilverschattung, hoher Temperatur und von der Norm abweichender Einstrahlung verhält, also unter Bedingungen, die ein pauschaler Wirkungsgrad-Abschlag nicht abbilden kann. String- und Anlagenkennlinien aus präzisen Kennlinien pro Modul aufzubauen, ist das, was einen simulierten Ertrag vertrauenswürdig macht.
