PWS zonnecel rendement
stelde deze vraag op 02 januari 2012 om 20:35.Reacties
Het rendement van de zonnecel is gelijk aan: n = (Pnuttig / Pin) *100%
Op de site http://www.pvpower.com/assets/Measuring-PV-Efficiency-Solar-Panels.pdf heb ik een methode gevonden voor het berekenen van het rendement van een zonnecel
Hierin staat de volgende formule:
Ik heb de volgende metingen gedaan:
1. Metingen van het rendement van de zonnecel o.b.v. gloeilampen van25-40-60-75 Watt waarbij de afstand van de gloeilamp tot de zonnecel 15 cm bedraagt.
2. Metingen van het rendement van de zonnecel o.b.v. gloeilampen van25-40-60-75 Watt waarbij de afstand van de gloeilamp tot de zonnecel 100 cm bedraagt.
3. Metingen van het rendement van de zonnecel op basis van meting van de zonkracht met verschillende invalshoeken.
Als vergelijking heb ik de specificatie van de zonnecel in dezelfde berekening gestopt.
Dit resulteerde in de volgende meet)waarden die ik ingevuld heb in bovenstaande formule: 
Conclusie van de metingen:
- Het rendement neemt aanzienlijk af wanneer de meetafstand van de gloeilamp ten opzichte van de zonnecel vergroot wordt van 15 cm naar 100 cm.
- Het rendement van de zonnecel gemeten in het zonlicht is hoger dan het rendement bij een gloeilamp op een afstand van 1 meter.
Bij de metingen en de berekeningen ben ik van de volgende veronderstellingen uitgegaan:
- Als zonkracht heb ik 600 Watt per m2 ingevuld (meting is uitgevoerd op 29 december om 12.45 uur).
- Ik ga er van uit dat het vermogen van een gloeilamp uitgedrukt is in Watt per m2.
VRAAG 1: Is dit correct? Op de verpakking van de gloeilamp staan alleen Watt en lumen vermeld. - Ik heb ergens op internet gelezen dat bij de meting van het rendement van de gloeilamp standaard een afstand van 1 meter tussen de lichtbron (gloeilamp) en het zonnepaneel gehanteerd dient te worden.
VRAAG 2: Klopt dit? (zie ook conclusie 1).
VRAAG 3:
De belangrijkste vraag die is echter
a. of bovenstaande berekeningen correct zijn en indien ja:
b. moet ik voor het rendement van de gloeilampen de uitkomsten pakken van de 2e berekening (metingen met een afstand van 1 meter).
indien nee (berekeningen zijn niet correct):
c. kunt u aangeven welke berekeningen ik moet maken voor de berekening van het rendement van de zonnecel onder bovenstaande condities?
Kunt u mij antwoord geven op bovenstaande vragen?
Marc, 3 jan 2012
Conclusie van de metingen:
- Het rendement neemt aanzienlijk af wanneer de meetafstand van de gloeilamp ten opzichte van de zonnecel vergroot wordt van 15 cm naar 100 cm.
- Het rendement van de zonnecel gemeten in het zonlicht is hoger dan het rendement bij een gloeilamp op een afstand van 1 meter.
Hier zit een belangrijk manco in je verhaal, wat toont dat je ergens onderweg een ernstige (denk)fout maakt.
De OPBRENGST van je cel daalt als de lamp verder weg gaat. Maar rendement is de nuttige energie die je uit je cel haalt als percentage van de energie die op je cel viel.
Uiteraard, als de lamp 2 x zover weg gaat dan zal er 2² x zo weinig energie op je cel vallen en wordt dus ook de opbrengst van je cel 2² keer zo klein.
Dat betekent echter dat Pin 4 x zo klein wordt, Pnut (binnen redelijke grenzen) óók 4 x zo klein wordt, en dat het rendement (¼:¼ = 1) dus eigenlijk gewoon niet wijzigt.
Verder doet die nuna-site waarheen je verwijst alsof 1 watt overeenkomt met 683 lumen.
Punt één: dat geldt voor 1 watt LICHTvermogen, wat niet per se hetzelfde is als 1 watt elektrisch vermogen waarvan ik jou zie uitgaan. Jouw lamp van 75 W geeft, als het een gloeitype (gloeilamp of halogeenlamp)is op zijn allerbest ergens tussen de 4 en 7 watt (zichtbaar) lichtvermogen. De rest is hoofdzakelijk warmte en warmtestraling waar je zonnecel lang niet altijd veel van voelt.
Punt twee: luxmeters hebben de eigenaardigheid alleen die lumen te meten die van belang zijn voor het menselijk oog, en de omrekenfactor lumen naar watt verschilt sterk per lichtfrequentie. Zie hiervoor ook:
http://www.natuurkunde.nl/vraagbaak/view.do?request.requestId=20801
Voor zonlicht onder heldere hemel midden op de dag komt dat er ruwweg op neer dat 100 lumen overeenkomt met 1 watt. De op die nuna-site genoemde 683 lm/W geldt bij 555 nm monochromatisch licht. Omdat het spectrum van een gloeilamp heel anders is gaat elke watt al minder lumen opbrengen. (al mogen we er dan wél van uitgaan dat veel van elke elektrische watt van je (gloei?)lamp in een of andere vorm van straling wordt uitgezonden. Typisch voor een gloeilamp is om en nabij 15 lumen per elektrische watt. Dan is nog de vraag of die lamp rondom evenveel straling uitzendt, en wat de afstand tot de lamp is en hoe groot je cel, om te berekenen hoeveel je cel daarvan dan ook werkelijk invangt.
http://en.wikipedia.org/wiki/Luminous_efficacy
Dan zijn we er nóg niet, want elk type cel heeft ook weer zo zijn eigen "spectral response", waardoor het rendement dus ook zal variëren per soort licht.
http://pveducation.org/pvcdrom/solar-cell-operation/spectral-response
Hier bijvoorbeeld een grafiekje voor monokristallijn silicium onder glas. Korte verklaring: bij 1 W lichtvermogen van 600 nm levert zo'n cel 0,48 A. Een siliciumcel levert typisch een spanning van ca 0,5 V, bij benadering ongeacht de lichtsterkte, en het nuttige vermogen onder zo'n instraling is dus ongeveer 0,24/1 x 100 = 24%. Voor andere golflengten is dat heel anders. Conclusie: het rendement van je cel zal verschillen per type lichtbron die je gebruikt.
En dan nog zomaar een puntje dat ik uit je verhaal tot nu toe pluk: Het nuttige vermogen meten moet je doen met een optimale weerstand. Probeer dus onder constante belichting een heleboel verschillende weerstandjes, meet steeds U en I en bereken daarmee P, en zet P in een diagram uit tegen R. Een hoge R geeft weinig vermogen, een lage R geeft weinig vermogen, en ergens daartussenin vind je een optimum in je grafiek.
Alles is dus héél wat ingewikkelder dan je het tot nu toe aanpakt. Je zult moeten bepalen hoeveel lumen er daadwerkelijk op je cel valt, en je zult moeten bepalen hoeveel watt elke lumen uit de bron die je op dat ogenblik gebruikt gemiddeld levert. Pnut moet met een welgekozen weerstand worden bepaald. Verder, die nuna-site is ook "maar" geschreven door een collega van jou, en hoewel het er leuk uitziet ben ik zeker niet onder de indruk van de natuurkundige waarde ervan. Ik denk dat je dan ook nog een stevige ronde literatuuronderzoek te draaien hebt. Ga vooral eens in het Engels googlen en dóórgooglen op wat je steeds vindt. En dat is niet op een uurtje gebeurd.
Bedenk aub wél dat wij hier, hoewel van goede wil, geen tijd hebben om je volledig stap voor stap door je PWS heen te begeleiden. Ik zal morgen nog eens dieper gaan graven in wat je hierboven nog aandroeg. Maar voorlopig heb je werk genoeg denk ik zo.
Groet, Jan
