Definition von Leerlaufspannung

Die Leerlaufspannung, im Englischen oft als „Open-Circuit Voltage“ bezeichnet, ist ein technischer Begriff, den man im Bereich der Photovoltaik oder Solarenergie häufig antrifft, insbesondere im Zusammenhang mit der Leistung und Effizienz von Solarzellen und Solarmodulen.

In technischen Spezifikationen wird die Leerlaufspannung mit dem Symbol „Voc“ dargestellt. Sie bezieht sich auf die maximale elektrische Spannung, die eine Photovoltaikzelle generieren kann, wenn kein elektrischer Strom fließt, sprich wenn der Ausgang offengeschaltet ist und der gesamte Photostrom vernachlässigt wird.

Leerlaufspannung und Verschaltung von Solarzellen

In einem Solarmodul, das aus mehreren in Serie geschalteten Solarzellen besteht, ist die Gesamt-Leerlaufspannung gleich der Summe der Leerlaufspannungen jeder einzelnen Zelle. Da die einzelnen Zellen in der Regel eine kleine Leerlaufspannung aufweisen (typischerweise im Bereich von 0,5 bis 0,6 Volt), werden sie in Serie geschaltet, um eine höhere Gesamtspannung zu erreichen.

Einflüsse auf die Leerlaufspannung

Verschiedene Faktoren können die Höhe der Leerlaufspannung beeinflussen. Dazu gehören beispielsweise:

• Temperatur: Die Leerlaufspannung einer Solarzelle sinkt in der Regel mit steigender Temperatur. Das hat zur Folge, dass die Leistung eines Solarmoduls bei hohen Temperaturen abnimmt.
• Material der Solarzelle: Unterschiedliche Materialien haben unterschiedliche Energiebänder und somit auch unterschiedliche maximale Leerlaufspannungen. Gängige Materialien sind Silizium, Galliumarsenid oder Dünnschichtmaterialien wie Cadmiumtellurid und Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid.
• Beleuchtungsstärke: Die Leerlaufspannung ist proportional zur logarithmischen Beleuchtungsstärke. Dies bedeutet, dass bei höherer Beleuchtungsstärke auch die Leerlaufspannung ansteigt.

Leerlaufspannung und Leistungsbewertung von Solarmodulen

Die Leerlaufspannung ist eine wichtige Größe für die Beurteilung der Leistungsfähigkeit und Effizienz von Solarzellen und Solarmodulen. Zusammen mit dem Kurzschlussstrom und dem Maximum Power Point (MPP), ermöglicht sie die Ermittlung der maximalen Leistung, die ein Solarmodul unter Standard-Testbedingungen (STC) liefern kann. Aus diesen Kennwerten kann dann der Wirkungsgrad der Zelle oder des Moduls ermittelt werden. Die Messung dieser Werte erfolgt normiert bei einer Temperatur von 25 °C und einer Beleuchtungsstärke von 1000 W/m².