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Bericht zur Auswertung der Dünnschichtzellenleistung

So schwierig hatten wir es uns zuerst nicht vorgestellt; Wir wollen das einjährige Experiment des Vergleichs zwischen Dünnschichtmodul und kristalliner Zellentechnik auswerten. Die Zellen haben wir vor eineinhalb Jahren auf der Solarbühne des Thomaeums stabil montiert, die produzierte elektrische Leistung beider Anlagen wird mit einem Computer in einer Datenbank festgehalten. Bei der Auswertung  stoßen wir aber ständig auf neue Probleme.

 

 

Das Dünnschichtmodul auf der Solarbühne

Durch Stromausfälle sind die aufgezeichneten Daten der Anlagen nicht lückenlos. Außerdem beeinflussen Schattenwirkungen das Ergebnis. Wir müssen deswegen das zu erstellende Auswertungsprogramm an diese Gegebenheiten anpassen. Wie in der Abbildung zu sehen ist, hat unser Programmierer Michael bereits erste Schritte zur Umsetzung geschafft.

 

Schattenwirkung des Thomaeum Türmchens auf die Solarzellen

 

Schattenwirkung des Thomaeum Türmchens auf die Solarzellen

Die aufgezeichneten Daten können in Grafiken veranschaulicht werden: Es werden im Diagramm nach oben die elektrische Leistung der Zellen und nach rechts die Uhrzeit, wann diese Leistung erbracht wurde, angezeigt. In grün sieht man die Leistungsdaten der kristallinen Zelle. Dabei handelt es sich um das ältere Zellenmodell. Die orange-rote Kurve stellt die Leistungsdaten der modernen Dünnschichtzelle dar. Dort, wo die Kurven sich überlappen, ist die Anzeigefarbe braun.

Da die beiden Testmodule einen Leistungseinschnitt nicht auf gleicher Höhe zeigen, vermuten wir unterschiedliche Schattenwirkungen auf beiden Zellen durch das Thomaeum - Türmchen und andere Gebäudekomplexe. Tatsächlich befinden sich die getesteten Solarzellen nicht an gleicher Stelle, die Dünnschichtzelle befindet sich etwas weiter rechts von der kristallinen Vergleichszelle auf der Solarbühne, so dass der Schatten des Türmchens nicht gleichzeitig auf beide einwirkt.

Zur Klärung des Schattenproblems wäre der nächste Schritt, eine Webcam im Abstellraum an der Solarbühne zu installieren, die an einen Server angeschlossen wird und Bilder über den Tagesverlauf festhält. Diese Installation ist im Grunde ein völlig neues Projekt, wofür die Solar-AG neue Interessenten der Schülerschaft begeistern möchte (www.solar-ag.net, info@solar-ag.net).  Es müssen nicht nur die Geräte beschafft und montiert  werden, es ist auch das passende Computerprogramm zu entwickeln.

Auswertung der Messdaten

 

Herausforderung an die Thomaeum Solar-AG

Im nächsten Schritt wird untersucht, welchen Einfluss die Temperatur auf die Leistung der verschiedenen Zellentypen hat. Dazu werden mit einem anderen Rechner die Temperaturdaten über das ganze Jahr festgehalten. Wir wissen ja, dass halbleiterbasierte Solarzellen bei hohen Temperaturen nicht effizient arbeiten. Vielleicht unterscheiden sich auch in diesem Punkt die Zellen verschiedener Generationen?

Es zeigt sich, dass die Erstellung des Auswertungsprogramms zeitaufwendig und nicht ohne Probleme ist.. Die Solar AG sucht daher im Informatikunterricht und über einen Aushang am schwarzen Brett interessiere Programmierer. Unser Chefprogrammierer Michael hat zwar schon einiges in die Wege geleitet, aber die Probleme liegen weiter im Detail.

Die Programmierer müssen die beiden Datenbanken miteinander verknüpfen und dieses grafisch darstellen - eine Herausforderung für Informatiker. Im Vergleich können wir schon jetzt erkennen,  dass bei geringerer Sonnenintensität und tieferen Temperaturen die Dünnschichtzelle nahezu halb soviel Strom produziert, wie die klassische polykristalline Zelle (siehe 29.12.12), bei starker Sonneneinstrahlung sind die Leistungsdaten jedoch fast gleich (siehe 01.07.12).

 

 

Im Sommer sind die Leistungen der Zellentypen fast gleich groß

 

 

Im Sommer sind die Leistungen der Zellentypen fast gleich groß

Immer deutlicher merken wir, wie diffizil und komplex die Auswertung im Detail ist. Letztlich lernen wir dabei jedoch wissenschaftliches Arbeiten. Wenn ein fundiertes Ergebnis vorliegt, werden wir die gesamte Untersuchung unseres Forschungsobjekts bei einem Umweltwettbewerb einreichen. Zentrales Interesse bei der neuen Technologie sind die Leistungsfähigkeit, Haltbarkeit und Wetterfestigkeit der Dünnschichtzelle bei verschiedenen Bedingungen..

Prinzip der Messeinrichtung:

In einem Langzeittest ist ein direkter Vergleich zwischen einem klassischen polykristallinen Modul und einem neuen flexiblen Dünnschichtmodul hergestellt worden. Es soll dabei ein Leistungsvergleich der beiden Zellentypen gleich großer Flächen erfolgen.

Mit einem Computer und einem bereits entwickelten Programm werden die erzeugten elektrischen Leistungen beider Zellen ständig festgehalten. Er zeichnet von beiden Modulen die Leistungsdaten auf, stellt sie in einem Zeit - Leistung - Diagramm dar und speichert sie ab. In Verbindung mit einem von unserem Solar-AG - Mitglied Michael Gregorius entwickeltem Programm kann man die Analyse direkt am Monitor verfolgen.

 

 

 

 

Weiteres Auswertungsbeispiel:

 

 

Zur weiteren Auswertung werden interessierte Programmierer in Informatikkursen gesucht. Die Suche gestaltet sich jedoch als sehr zäh, da der Umgang mit unbekannten Datenstrukturen, SQL-Datenbanken, PHP Programmierung und Java im Unterricht wenig trainiert werden.

 

Leistung: gelb polykristalliene Zelle, grün Dünschichtzelle mehere Tage übereinander dargestellt

 

 

 

Arbeitsprotokolle

 

 

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