Ziel der Semesterarbeit ist es, der Studiengruppe den Aufbau und die Funktionsweise eines Solar-Batterieladers näher zu erläutern und an diesem qualitative und quantitative Messungen und deren Deutungen durchzuführen.
Halbleiter sind Festkörper, welche aufgrund von beweglichen Ladungsträgern eine mehr oder weniger große Leitfähigkeit haben. Die Leitfähigkeit ist abhängig vom Aufbau, der Gitterstruktur und der Temperatur des Materials. Beispiele für Halbleitermaterialen sind Silizium (Si), Germanium (Ge) und Galliumarsenid (GaAs).
Bei Si und Ge handelt es sich um 4-wertige Atome, welche 4 Valenzlektronen aufweisen (IV. Gruppe). Bei einem idealen Si/Ge Kristall gibt es keine frei beweglichen Ladungsträger, da sämmtliche Valenzelektronen an die Gitteratome gebunden sind. In diesem Zustand kann der Kristall auch als Isolator bezeichnet werden. 1 Da die elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern aber mit steigender Temperatur zunimmt, gehören sie zu den Heißleitern. Weiterhin lässt sich die Leitfähigkeit durch gezieltes Einbringen von Fremdatomen (Dotieren) der III. Gruppe (Akzeptoren) oder V. Gruppe (Donatoren) beeinflussen. Der Halbleiter wird also entweder p-leitend oder n-leitend. Die Halbleitereigenschaften sind maßgeblich durch die Sperrschicht an den pn-Übergängen gegeben.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Theorie
2.1. Halbleiter
2.2. Fotodiode
2.3. Solarzelle
2.3.1. Wirkungsungsgrad
2.3.2. Anwendungen
2.4. Akkumulatoren
2.4.1. Kenndaten
2.4.2. Nickel-Cadmium
2.4.3. Nickel-Metallhydrid
2.4.4. Anwendungen
2.5. Bauteile
2.5.1. Halbleiterdioden
2.5.2. Transistoren
3. Schaltung
3.1. Einleitung
3.2. Aufbau
3.3. Funktionsweise
3.4. Solarmodulmessungen
3.4.1. Wirkungsgrad
3.4.2. Innenwiderstand des Solarmoduls
3.4.3. I-U-Kennlinie
4. Ausblick
5. Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Die Semesterarbeit zielt darauf ab, den Aufbau und die Funktionsweise eines Solar-Akkuladers mit Überladeschutz zu erläutern und durch praktische qualitative sowie quantitative Messungen zu validieren. Dabei wird der Schwerpunkt auf die Komponententheorie sowie die messtechnische Erfassung der Solarmodul-Eigenschaften gelegt.
- Grundlagen der Halbleiterphysik und Fotovoltaik
- Eigenschaften und Kenndaten von Akkumulatoren
- Aufbau und Funktionsweise einer Überladeschutzschaltung
- Empirische Untersuchung von Wirkungsgrad und Kennlinien von Solarmodulen
Auszug aus dem Buch
3.3. Funktionsweise
Die Schaltung soll das Überladen der Akkus verhindern. Dazu haben die Bereiche der Schaltung folgende Funktionen:
1. Der Spannungsteiler aus R3, P1 und R5 bestimmt, bei welcher Ladeendspannung die Basis-Emitter Spannung von T2 größer als die Schwellspannung ist und dieser schaltet. Dies wird mit dem Potentiometer eingestellt.
2. Die Z-Diode verleiht dem Transistor T2 einen Emitter-Offset von 1,4 V. T2 schaltet, wenn die Ladeendspannung groß genug ist.
3. Sobal T2 schaltet, wird auch die Kollektor-Emitter Verbindung von T1 durchlässig und der Strom des Solarmodules wird über den Leistungswiderstand R7 abgeleitet.
4. Die Schottky-Diode hat ergibt Spannungsabfall von 0,4 V und verhindert in der Eigenschaft als Diode den Stromrückfluss von den Akkus
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Vorstellung des Ziels, der Studiengruppe und des persönlichen Motivs, die Arbeit mit dem Satzprogramm LaTeX zu verfassen.
2. Theorie: Theoretische Erläuterung der physikalischen Grundlagen von Halbleitern, Fotodioden, Solarzellen, Akkumulatoren und den in der Schaltung verwendeten Bauteilen.
3. Schaltung: Detaillierte Beschreibung des Schaltungsaufbaus, der Funktionsweise und der durchgeführten Messreihen zur Bestimmung von Wirkungsgrad, Innenwiderstand und Kennlinie.
4. Ausblick: Diskussion potenzieller Erweiterungen der Schaltung und weiterführender Ansätze zur Steigerung der Effizienz von Solarsystemen.
5. Zusammenfassung: Resümee über die theoretische Erfassung der Komponenten und die praktische Umsetzung der Versuche am Solarmodul.
Schlüsselwörter
Solar-Akkulader, Überladeschutz, Solarmodul, Photovoltaik, Halbleiter, Wirkungsgrad, Akkumulatoren, Schaltungstechnik, I-U-Kennlinie, Innenwiderstand, Elektronik, Leistungselektronik, NiCd, NiMH, Elektrotechnik.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt den Aufbau und die Funktionsweise eines solar betriebenen Batterieladegeräts, welches über einen Überladeschutz verfügt, um NiCd- oder NiMH-Akkus zu schonen.
Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?
Neben der Halbleiter- und Solarzellentheorie stehen die Akkutechnologie sowie die praktische messtechnische Analyse einer elektronischen Ladeschaltung im Zentrum.
Was ist das primäre Ziel der Semesterarbeit?
Das Hauptziel ist die theoretische Durchdringung der verwendeten Bauteile sowie die experimentelle Validierung von Solarmodul-Parametern wie Wirkungsgrad und I-U-Kennlinie.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine Kombination aus theoretischer Literaturrecherche und empirischer Messdatenerfassung (unter anderem Abgleich mit Institutswerten und Laboraufbau) angewendet.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Herleitung der Baueigenschaften und die detaillierte Beschreibung der Schaltung, ergänzt durch umfangreiche Messergebnisse am Solarmodul.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich primär über Begriffe wie Photovoltaik, Überladeschutz, Halbleiter und Solarmodul-Wirkungsgrad definieren.
Wie schützt die Schaltung die Akkus vor Überladung?
Die Schaltung nutzt einen Spannungsteiler und einen Transistor, der bei Erreichen einer spezifischen Ladeendspannung durchschaltet und den Ladestrom über einen Widerstand ableitet.
Welche Rolle spielt der Wirkungsgrad in der Untersuchung?
Der Wirkungsgrad ist entscheidend, um die Effizienz des Solarmoduls unter realen Bedingungen zu bewerten, wobei sich die Messung als komplexer als die rein theoretische Betrachtung erwies.
- Quote paper
- Andreas Hoppe (Author), 2007, Aufbau und Funktionsweise eines Solar-Akkuladers mit Überladeschutz, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/200432
