Schnelleinstieg: Verwendung von Solarspektraldaten in J–V-Simulationen
In dieser kurzen Einführung verwenden wir die mit dem Solar Spectrum Generator von OghmaNano erzeugten Sonnenspektren und nutzen sie als Eingangsdaten für Simulationen von photovoltaischen Geräten. Indem wir die Spektren in den Simulator importieren, können wir J–V-Kurven erstellen und direkt vergleichen, wie sich die Geräte unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen verhalten (z. B. AM1.5G, verschmutzte Atmosphäre, Morgen- vs. Mittagssonne).
1. Einleitung:
Im ersten Teil haben wir untersucht, wie sich Spektren im Laufe des Tages, je nach Jahreszeit, geografischer Breite und Luftqualität verändern. In diesem Abschnitt werden wir diese Spektren in das Simulationsprogramm einfügen, um ihre Auswirkungen auf die Leistung der Geräte zu untersuchen. Da der Fehler bei der Normalisierung behoben wurde, behält jedes Spektrum nun seine absolute Strahlungsstärke bei. Das bedeutet, dass sowohl die Form des Spektrums (z. B. die UV-Absorption durch Aerosole, die IR-Absorption durch Wasserdampf) als auch die Gesamtintensität die J–V-Ergebnisse beeinflussen.
Mit diesem Ansatz können wir praktische Fragen beantworten, zum Beispiel:
- In welcher Weise führt eine starke Luftverschmutzung (hohe optische Tiefe der Aerosole) zu einer Verringerung des Photostroms?
- Welche saisonalen oder täglichen Auswirkungen sind in der J–V-Kurve erkennbar?
- Wie stark reagiert eine organische Solarzelle auf die spektrale Zusammensetzung des einfallenden Lichts im Vergleich zur gesamten Strahlungsintensität?
Indem wir Spektren direkt in die J–V-Simulationen einbinden, schließen wir die Lücke zwischen der Modellierung der Sonneneinstrahlung und der Analyse der Geräteperformance und ermöglichen so die Prüfung realistischer Betriebsbedingungen, die über den AM1.5G-Standard hinausgehen.
2. Los geht’s:
Diese Anleitung setzt direkt an die vorherige Sektion an ( siehe Teil A). Bitte stellen Sie sicher, dass Sie diese Anleitung abgeschlossen haben, bevor Sie mit dieser beginnen. Wir gehen davon aus, dass Sie bereits mit dem Solar Spectrum Generator ein neues Spektrum mit dem Namen Example erstellt haben. Öffnen Sie das Spektrum example im Optical Spectrum Editor. In diesem Teil der Anleitung ist unser Ziel, ein Spektrum zu erstellen, das sich deutlich vom Standard-AM1.5G-Referenzspektrum unterscheidet. Dazu können Sie beliebige der Eingangsparameter anpassen, z. B. Tageszeit, Datum, geografische Breite, den Wassergehalt der Atmosphäre oder die optische Tiefe der Aerosole. In dem folgenden Beispiel wurde die optische Tiefe der Aerosole (AOD) auf 7.0 eingestellt, was im Vergleich zu AM1.5G (siehe ??) zu einem deutlich schwächeren Iglobal- und Idiffuse-Profil führt.
Sobald Sie die Parameter angepasst und Ihr neues Spektrum generiert haben, klicken Sie auf die Schaltfläche „Spektrum exportieren“, um es im Modell zu speichern. Das Spektrum wird automatisch wieder in den Editor für optische Spektren importiert, wo es unter dem Namen Example hinzugefügt wird. Dies können Sie in ?? sehen.
3. Durchführung der Basissimulation
Bevor wir das von Ihnen erstellte, benutzerdefinierte Sonnenspektrum verwenden, führen wir zunächst eine Basis-Elektrosimulation durch, um die aktuelle Leistung des Geräts zu ermitteln. Anschließend vergleichen wir die Ergebnisse mit den Ergebnissen, die mit Ihrem neuen Spektrum erzielt wurden.
jv.csv oder jv.csv, je nach Ihrer Konfiguration) und sim_info.dat. Notieren Sie sich die Leerlaufspannung (VOC), den Kurzschlussstrom (JSC) und den Füllfaktor des Geräts, um diese als Referenzwert zu verwenden.4. Verwendung der von Ihnen erstellten Spektren
Nun verwenden wir das von Ihnen erstellte Spektrum (z. B. Example) in einer Gerätesimulation. Öffnen Sie die Registerkarte „Optik“ und klicken Sie auf „Lichtquellen“, um den Editor für Lichtquellen zu öffnen. Ändern Sie das Spektrum von AM1.5G auf ein Beispiel und führen Sie dann die elektrische Simulation erneut aus. Überprüfen Sie abschließend jv.csv (oder jv.csv) und sim_info.dat, um die aktualisierten Werte für PCE, VOC und JSC mit Ihren Ausgangswerten zu vergleichen.
jv.csv (oder jv.csv) und sim_info.dat auf Veränderungen bei PCE, VOC und JSC.📝 Probieren Sie es selbst aus.
Verwenden Sie Ihr Example-Spektrum im Solar-Spektrum-Generator und ändern Sie die unten aufgeführten Parameter. Klicken Sie nach jeder Änderung auf „Berechnen“, dann auf „Spektrum exportieren“ und führen Sie die J–V-Simulation erneut aus. Vergleichen Sie, wie sich PCE, VOC und JSC im Vergleich zu Ihrem Ausgangswert verändern.
- Erhöhen Sie die optische Tiefe der Aerosole von 0,1 auf 2,0 und anschließend auf 7,0.
- Ändern Sie den Wassergehalt in der Luft von trocken (0,1 cm) zu feucht (5 cm).
- Verlegen Sie den Zeitpunkt von Mittag auf den späten Nachmittag.
- Ändern Sie den Breitengrad (z. B. 0° Äquator, 50° London, 70° Polarzone).
- Verändern Sie den Luftdruck/die Höhe von Meeresspiegel bis 3000 m.
✅ Erwartete Trends
- AOD: Höhere Aerosolkonzentrationen streuen und absorbieren mehr Licht, wodurch die gesamte Strahlungsintensität reduziert wird. Idirect sinkt deutlich ab, während Idiffuse zunimmt. Insgesamt ist mit einem geringeren Kurzschlussstrom (JSC) und einem geringeren Wirkungsgrad (PCE) zu rechnen.
- Wasserdampf: Erzeugt Absorptionsbanden im nahen Infrarotbereich. Diese beeinträchtigen bestimmte Bereiche des Spektrums, die für organische Photovoltaikzellen wichtig sind, was zu einem geringfügigen Rückgang des Kurzschlussstroms und des Wirkungsgrads führt.
- Tageszeit: Morgens/nachmittags (größere Luftmasse) – dies führt zu einer Rotverschiebung des Spektrums und einer Verringerung der Gesamtintensität. Die VOC-Konzentration kann aufgrund geringerer Strahlungsintensität leicht abnehmen.
- Geografische Breite: Höhere Breiten führen zu einer größeren Luftmasse (im Durchschnitt), was zu einer geringeren Strahlungsintensität und stärkeren saisonalen Schwankungen führt. Äquatoriale Spektren sind intensiver und über die verschiedenen Wellenlängen hinweg ausgeglichener.
- Höhe: In größeren Höhen gibt es weniger Atmosphäre über Ihnen. Dadurch erhöht sich die direkte Strahlungsintensität und die Streuungsverluste werden reduziert, was zu einem höheren JSC-Wert im Vergleich zum Meeresspiegel führt.
Diese Effekte verdeutlichen, wie sich Umweltbedingungen direkt auf die Leistung von photovoltaischen Anlagen auswirken.
Was Sie in diesem Tutorial gelernt haben.
- Wie können Sie mit dem Solar Spectrum Generator in OghmaNano benutzerdefinierte Sonnenspektren erstellen?
- Die Unterschiede zwischen den AM1.5G-, Iglobal-, Idirect- und Idiffuse-Spektren.
- Wie Umweltbedingungen (Aerosole, Wasserdampf, Verschmutzung, Tageszeit, geografische Breite) das Spektrum verändern.
- Wie man ein Spektrum in den Optical Spectrum Editor exportiert und es in Simulationen als Lichtquelle verwendet.
- Wie lassen sich die Ergebnisse der Standard- und der benutzerdefinierten J–V-Messungen vergleichen, und wie können Veränderungen in den Werten für PCE, VOC und JSC bewertet werden?
🎯 Durch die Bearbeitung von Teil B haben Sie die Modellierung der Sonneneinstrahlung mit der Leistung auf Geräteebene verknüpft und sind von der Analyse physikalischer Spektren zur Analyse des Wirkungsgrads von Photovoltaikanlagen übergegangen.