CH719948A1 - Vorrichtung zur Überwachung von Umweltbedingungen an einer Photovoltaik-Anlage. - Google Patents

Abstract

Die erfinderische Vorrichtung zur Überwachung von Umweltbedingungen an einer Photovoltaik-Anlage besteht aus der Photovoltaik-Anlage (1), einem oder mehreren Windmessern (2) zur Erfassung der Windgeschwindigkeit über dem Dachfirst direkt oberhalb der Anlage und einem Datenverarbeitungssystem (5) zur Aufzeichnung der erfassten Werte der Windgeschwindigkeit mit kongruenten Zeitstempeln.

Description

Gegenstand und/oder technisches Gebiet

Darlegung der Erfindung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung kritischer Umweltbedingungen an Photovoltaik- bzw. Solaranlagen sowie ein Datenverarbeitungssystem für eine solche Vorrichtung.

[0002] Bei Starkwind, wenn beispielsweise Ziegel vom Dach fallen, kann eine Solaranlage beschädigt werden. Könnte man meinen - die Sache ist aber komplizierter. Beispielsweise: Damit die Versicherung einen umweltbedingten Sturmschaden übernimmt, wird eine gewisse Windstärke vorausgesetzt. Eine Mindestwindstärke muss eine technische Einrichtung auf einem Hausdach, beispielsweise eine Photovoltaikanlage schadlos überstehen. Nun sind die durchschnittlichen Windstärken meistens nicht das Problem, sondern die kurzzeitig, heftigeren Böenspitzen. Umweltbedingte Schäden, beispielsweise Stürme werden meistens von starkem Regen oder Hagel begleitet und beanspruchen die Solar-, bzw. Photovoltaikanlagen und die einzelnen Photovoltaikmodule zusätzlich durch starke mechanische Kräfte, welche mechanische Schwingungen durch beispielsweise Impulskrafte auslösen.

[0003] Wie werden die Umweltbedingungen beispielsweise Windgeschwindigkeiten für die jeweiligen Photovoltaikanlagen gemessen? Die technischen Gutachter greifen auf offizielle Messstationen in der Nähe zurück. Wenn es keine Messstationen in der Nähe gibt, werden in der Regel die drei nächstgelegenen Stationen herbeigezogen und der Durchschnitt berechnet. Mit diesem Vorgehen werden Schäden an der Photovoltaikanlage meistens nicht rechtzeitig entdeckt oder Sturmschäden durch Versicherungen nicht entschädigt.

[0004] Regenerative Energien in Form von Solarenergie spielen in der Energieversorgung eine immer grössere Rolle. Störungen an den dezentralen und/oder regenerativen Erzeugungsanlagen können zu erheblichen Leistungseinbussen führen und somit Mindererträge verursachen, welche vor allem wenn sie nicht bemerkt werden, zur Verlängerung der Amortisationszeit führen.

[0005] Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Überwachung, Aufzeichnung und Auswertung von den örtlich vorherrschenden Umweltbedingungen, beispielsweise durch Winde oder Hagel verursachte mechanische Impulskräfte an einer Photovoltaik-Anlage.

Stand der Technik

[0006] Solaranlagen mit Photovoltaik-Modulen werden zunehmend in verschiedenster Ausgestaltung, Grösse und Konfiguration genutzt. Neben sogenannten Solar-Parks, in denen eine grosse Zahl von Photovoltaik-Modulen in einer oder mehreren Flächen zusammengestellt sind, werden zunehmend Solaranlagen an Gebäuden, wie zum Beispiel auf Hausdächern oder anderen Fassadenteilen installiert.

[0007] Es wurden auch vielfältige Vorrichtungen zur Überwachung von Solarmodulen vorgeschlagen, auf dem Gebiet der Anlagenüberwachung sind beispielsweise die Druckschriften DE 102 42 648 A1 Verfahren zur Betriebsüberwachung einer Photovoltaik-Anlage oder DE 20 2005 012 185 U1 Überwachungsgerät Photovoltaikanlage bekannt. Diese beinhalten Systeme zur Überwachung von Photovoltaik-Anlagen. Im Dokument DE 10 2008 003 272 A1 wird schliesslich eine Überwachungseinheit für Photovoltaik-Module beschrieben, mit der es gelingt, individuell jedes einzelne Photovoltaik-Modul auf Vorhandensein oder Fehlen einer Vielzahl von Funktionen zentral zu überwachen. Hierzu wird in der Anschlussdose eines jeden Photovoltaik-Moduls zusätzlich eine elektronische Anschlusseinheit vorgesehen, auf der eine Vielzahl von Funktionsüberwachungsmodulen angeordnet werden können, wie zum Beispiel ein Bewegungssensor, ein Temperatursensor, ein WLAN-Modul, eine Spannungs- und Strommessung, eine Stromversorgungseinheit für die Platine oder ein Baustein zur Konfiguration der Anschlussdose.

Nachteile

[0008] Die Systeme basieren auf unterschiedlichen Messverfahren und weitreichenden Auswertealgorithmen. Diese bekannten Überwachungseinheiten haben jedoch den Nachteil, dass zum einen das Nachrüsten bereits installierter Photovoltaik-Solaranlagen enorm aufwändig ist, und dass die Nachrüstung an den Photovoltaik-Modulen auf die Funktionsüberwachung beschränkt bleibt. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass bei der bekannten Anlagenüberwachung von Photovoltaikanlagen ausschliesslich der Strom und die Spannung, entweder auf die gesamte Anlage oder auf einzelne Module bezogen gemessen werden. Weitergehende Überwachungseinrichtungen von Photovoltaikanlagen zeichnen weitere Parameter zur Überwachung beispielsweise die Temperatur der Photovoltaikmodule auf. Diesen Druckschriften ist gemein, dass die zusätzliche Hardware zur Messung der relevanten elektrischen Grössen dient, aber die Aufzeichnung, Datenkommunikation und Auswertung der Umweltbedingungen, beispielweise der Windgeschwindigkeiten oder der mechanischen Impulskräfte an der Photovoltaikanlage nicht enthält. Ein weiterer Nachteil bei fest installierten Sensoren ist, dass jeweils nur ein Panel für eine Überwachung eingesetzt werden kann und nicht auf die lokale Topographie und Montagesituation ausgelegt werden kann.

Aufgabe

[0009] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Überwachung kritischer Umweltbedingungen, beispielsweise Windentwicklungen, Hagel, Starkregen etc. und mechanische Kräfte an Solaranlagen mit Photovoltaik-Modulen und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, mit der es gelingt, mit geringstmöglichem Bauteil bzw. Sensor Aufwand die Uberwachungszuverlässigkeit zu verbessern und für eine zuverlässige Aufzeichnung der Umweltbedingungen, der Windrichtung und Geschwindigkeit sowie der mechanischen Kräften an der Solaranlage zu sorgen. Ferner soll ein geeignetes Datenverarbeitungssystem für eine solche Vorrichtung bereitgestellt werden.

[0010] Erfindungsgemass bilden die gegebenenfalls zu berücksichtigenden Umgebungsbedingungen und vorliegenden Montage-Parameter der Solaranlage den Ausgangspunkt für die Ausgestaltung der Vorrichtung. Je nach Montageort, Grösse der Solaranlage, Geometrie der Anlage und/oder Anordnung der Photovoltaik-Module, der Eigenstruktur, der Topographie und der Orientierung der einzelnen Photovoltaik-Module bzw. der Solaranlage an sich, werden zunächst aussagekräftige Punkte ausgewählt, über deren Umweltbedingungen, beispielsweise die Windentwicklung eine zuverlässige Aussage über das Vorliegen eines kritischen Zustands im Bereich der Anlage getroffen werden kann. Die Parameter, die die Auswahl dieser Punkte beeinflussen, sind beispielsweise die Gebäudegeometrie, die Dachgeometrie beispielsweise Flachdach, Pultdach oder Satteldach, die Dachsteigung, die Materialbeschaffenheit des Dachs sowie die Anordnung von Öffnungen oder Freiflächen, wie zum Beispiel von Dachfenstern, Kaminen oder Lüftungsschächten, aber auch die Fassadengeometrie. Es müssen aber auch andere und äussere Einflüsse durch die Topographie verursachte Strömungsparameter, wie zum Beispiel Landschaftsfreiflächen oder durch benachbarte Gebäude induzierte Strömungen berücksichtigt werden. Lediglich diejenigen Stellen, die unter Berücksichtigung dieser Punkte kritischen Umweltbedingungen nahekommen können, werden erfindungsgemäss mit Windsensoren oder Bewegungs-Impulskraftsensoren bestückt, wobei die von diesen Sensoren über die Zeit abgegebenen Signale dann auf dieser Basis aufgezeichnet werden, welches auf das Gesamtsystem zugeschnitten ist. Dies verleiht dem erfindungsgemässen Datenverarbeitungssystem eine zusätzliche Aussage, die es ermöglicht, wesentlich zuverlässiger als bekannte Systeme zwischen harmlosen punktuellen Windentwicklungen an einzelnen Positionen der Solaranlage und einer gefährlichen Situation zu unterscheiden. Dadurch gelingt es gleichzeitig, die Einstufung einer kritischen Umweltbedingung frühzeitiger als bisher mit den aufgezeichneten Daten zu überprüfen, da die Auswertung die von den Sensoren angegebenen Signale über die Zeit auswerten lässt, so dass bereits kritische Situationen frühzeitig erfassbar sind. Erfindungsgemäss werden also alle Informationen der Sensoren an der Solaranlage und deren Auswertemöglichkeiten in das Verfahren zur Überwachung einbezogen, wodurch es zuverlässiger als bislang gelingt, eine Aussage über den tatsächlichen Sicherheitszustand der Anlage zu treffen. Die weitere Besonderheit des Datenverarbeitungssystems besteht dabei darin, dass die Auswertung so gestaltet werden kann, dass bis zu einem bestimmten Zustandspunkt der Anlage, beispielsweise bis zu dem Zeitpunkt, zu dem zumindest ein Windsensor einen Signal-Schwellwert erreicht, auf einem einfachen Level, wie zum Beispiel auf einem ereignisgesteuerten Level bleibt. Erst ab dann gilt es zu beachten, die zeitliche Entwicklung der Signale aller eingesetzten Windsensoren einzeln und/oder zueinander einer Beurteilung zuzuführen. Ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemässen Einrichtung ergibt sich dann, wenn die Signale der Windsensoren zentral im Datenverarbeitungssystem aufgezeichnet und vorzugsweise mit einem einheitlichen Zeitstempel abgespeichert werden. Auf diese Weise kann mit geringem Mehraufwand die Situation einer kritischen Umweltbedingung, beispielweise eine hohe Windlast für die Photovoltaik-Anlage als Nachweis zugunsten der Dokumentation herangezogen werden.

Losung

[0011] Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Einrichtung zur Überwachung einer Photovoltaik-Anlage sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 5.

[0012] Die erfindungsgemasse Vorrichtung zur Überwachung einer Photovoltaik-Anlage umfasst mindestens eine Photovoltaikanlage, ein Windmesser und ein Datenverarbeitungssystem. Eine bestehende Photovoltaikanlage kann aufgesetzt oder beispielsweise auf ein Flachdach, Pultdach oder Satteldach mit jeglicher Dachneigung montiert sein. In dieser Anordnung ist, der eine Windmesser direkt, an einem der am höchsten gelegenen Orte und ohne Windbeeinflussung durch andere Gebäudeteile, über der Photovoltaikanlage vorzusehen. Ein zweiter Windmesser sollte, beispielsweise minimal 10m über dem Terrain, aber deutlich über dem höchsten Punkt der Photovoltaik-Anlage positioniert werden. Diese beiden Windmesser messen unabhängig voneinander die Windrichtung und Windgeschwindigkeit Ihrer Position. Dabei wird die Beeinflussung der topografischen Anordnung der Photovoltaik-Anlage durch den einen Windmesser aufgezeichnet. Der zweite Windmesser zeichnet die Windgeschwindigkeit und Windrichtung deutlich oberhalb positioniert der Photovoltaik-Anlage auf. Die Messwerte der beiden Windmesser werden im Datenverarbeitungssystem aufgezeichnet und jede Messwertreihe einem einheitlichen Zeitverlauf zugeordnet. Das Überschreiten eines Schwellwertes einer der beiden Windmesser führt zu einer zusätzlichen Kennzeichnung der Aufzeichnung im Datenverarbeitungssystem.

[0013] Zusätzlich zu den beiden Windmessern der Basisanordnung können weitere Windmesser vorgesehen werden. Dieser mindestens, eine zusätzliche Windmesser soll an einer zusätzlichen kritischen Stelle der Photovoltaik-Anlage positioniert werden. Dabei wird die Beeinflussung der topografischen Anordnung auf die Photovoltaik-Anlage durch den zusätzlichen einen Windmesser aufgezeichnet. Dabei soll die Gebäudegeometrie, die Dachgeometrie, Dachsteigung, Materialbeschaffenheit des Dachs berücksichtigt werden, sowie die Anordnung von Öffnungen oder Freiflächen, wie zum Beispiel von Dachfenstern, Kaminen oder Lüftungsschächten, aber auch andere Strömungsparameter, die durch äussere Einflüsse bzw. durch die Gelände-Topographie entstehen, wie zum Beispiel Landschaftsfreiflächen oder durch benachbarte Gebäude induzierte Strömungen.

[0014] Um die Überwachung der Photovoltaikanlage zu erweitern, können zusätzlich zu den mindestens zwei Windmessern und dem Datenverarbeitungssystem mindestens zwei Bewegungs-Impulskraftsensoren an zusätzlichen kritischen Stellen der Photovoltaik-Anlage positioniert werden. Der eine Bewegungs-Impulskraftsensor soll dabei je nach Windrichtung beispielsweise die Kraft durch Druck auf die Photovoltaik-Anlage durch Umweltbedingungen beispielsweise Wind, Regen oder Hagel aufzeichnen. Der zweite Bewegungs-Impulskraftsensor soll zusätzlich je nach Windrichtung beispielsweise die Kraft durch Zug auf die Photovoltaik-Anlage durch Umweltbedingungen beispielsweise durch Windböen, Sturm oder Hagel aufzeichnen. Diese Messwerte der Kräfte durch Kraft oder Zug abhängig durch die Windrichtung werden unabhängig voneinander im Datenverarbeitungssystem aufgezeichnet und jede Messwertreihe einem einheitlichen Zeitverlauf zugeordnet. Vorzugsweise führt das Überschreiten eines Schwellwertes einer der beiden Bewegungs-Impulskraftsensoren zu einer zusätzlichen Kennzeichnung der Aufzeichnung im Datenverarbeitungssystem und zum Start der Bildaufzeichnungseinheit, welche die Situation in einem Video festhält.

Vorteile

[0015] Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Anordnung der benötigten Wind- und Bewegungs-Impulskraftsensor auf die Ortlichkeiten und die Montagesituation einer bestehenden Photovoltaik-Anlage angepasst werden kann. Dabei werden die wesentlichen Ursachen für die Beschädigung einer Photovoltaikanlage überwacht, aufgezeichnet und mit Zeitstempeln versehen.

Aufzahlung der Figuren/Zeichnungen

[0016] Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, welches in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert.

[0017] Eine Einrichtung zur Überwachung einer Photovoltaik-Anlage besteht im Wesentlichen aus der Photovoltaik-Anlage 1, den zwei Windmessern 2, den Bewegungs-Impulskraftsensoren 3, der Bildaufzeichnungseinheit 4 und dem Datenverarbeitungssystem 5.

Ausführung der Erfindung

[0018] Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Überwachung einer Photovoltaik-Anlage umfasst mindestens eine Photovoltaikanlage, ein Windmesser und ein Datenverarbeitungssystem. In dieser Anordnung ist, der eine Windmesser direkt, an einem der am höchsten gelegenen Orte und ohne Windbeeinflussung durch andere Gebäudeteile, über der Photovoltaikanlage vorzusehen.

[0019] Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Überwachung einer Photovoltaik-Anlage umfasst mindestens eine Photovoltaikanlage, zwei Windmesser und ein Datenverarbeitungssystem Der zweite Windmesser sollte beispielsweise, minimal 10m über dem Terrain, aber deutlich über dem höchsten Punkt der Photovoltaik-Anlage positioniert werden. Diese beiden Windmesser messen unabhängig voneinander die Windrichtung und Windgeschwindigkeit Ihrer Position. Dabei wird die Beeinflussung der topografischen Anordnung der Photovoltaik-Anlage durch den einen Windmesser aufgezeichnet. Der zweite Windmesser zeichnet die Windgeschwindigkeit und Windrichtung deutlich oberhalb positioniert der Photovoltaik-Anlage auf. Die Messwerte der beiden Windmesser werden im Datenverarbeitungssystem aufgezeichnet und jede Messwertreihe einem einheitlichen Zeitverlauf zugeordnet. Das Überschreiten eines Schwellwertes einer der beiden Windmesser führt zu einer zusätzlichen Kennzeichnung der Aufzeichnung im Datenverarbeitungssystem.

[0020] Gemäss einem Ausführungsbeispiel werden zusätzlich zu den beiden Windmessern der bisher beschriebenen Anordnung, weitere Windmesser vorgesehen. Dieser mindestens, eine zusätzliche Windmesser soll an einer zusätzlichen kritischen Stelle der Photovoltaik-Anlage positioniert werden. Dabei wird die Beeinflussung der topografischen Anordnung auf die Photovoltaik-Anlage durch den zusätzlichen einen Windmesser aufgezeichnet. Dabei soll die Gebäudegeometrie, die Dachgeometrie, Dachsteigung, Materialbeschaffenheit des Dachs berücksichtigt werden, sowie die Anordnung von Öffnungen oder Freiflächen, wie zum Beispiel von Dachfenstern, Kaminen oder Lüftungsschächten, aber auch andere Strömungsparameter, die durch äussere Einflüsse bzw. durch die Gelände-Topographie entstehen, wie zum Beispiel Landschaftsfreiflächen oder durch benachbarte Gebäude induzierte Strömungen.

[0021] Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel werden zusätzlich zu den mindestens zwei Windmessern und dem Datenverarbeitungssystem mindestens zwei Bewegungs-Impulskraftsensoren an zusätzlichen kritischen Stellen der Photovoltaik-Anlage positioniert. Der eine Bewegungs-Impulskraftsensor soll dabei je nach Windrichtung beispielsweise die Kraft durch Druck auf die Photovoltaik-Anlage durch Umweltbedingungen beispielsweise Wind, Regen oder Hagel aufzeichnen. Der zweite Bewegungs-Impulskraftsensor soll zusätzlich je nach Windrichtung beispielsweise die Kraft durch Zug auf die Photovoltaik-Anlage durch Umweltbedingungen beispielsweise durch Windböen, Sturm oder Hagel aufzeichnen. Diese Messwerte der Kräfte durch Kraft oder Zug abhängig durch die Windrichtung werden unabhängig voneinander im Datenverarbeitungssystem aufgezeichnet und jede Messwertreihe einem einheitlichen Zeitverlauf zugeordnet.

[0022] Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel führt vorzugsweise das Uberschreiten eines Schwellwertes einer der beiden Bewegungs-Impulskraftsensoren oder eines Schwellwertes eines Windmessers zu einer zusätzlichen Kennzeichnung der Aufzeichnung im Datenverarbeitungssystem und einem Start der Bildaufzeichnungseinheit, welches die Situation in einem Video festhält.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Überwachung von Umweltbedingungen an einer Photovoltaik-Anlage umfassend eine Photovoltaikanlage (1) zur Produktion von elektrischer Energie, mindestens einem oder mehrerer Windmesser (2) zur Erfassung der Windgeschwindigkeit über dem Dachfirst direkt oberhalb der Photovoltaikanlage, an einem der am höchsten gelegenen Orte und ohne Windbeeinflussung durch andere Gebäudeteile montiert und einem Datenverarbeitungssystem (5) zur Aufzeichnung der gemessenen Werte der Windgeschwindigkeit mit kongruenten Zeitstempeln.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein zweiter Windmesser (2) beispielsweise minimal 10m über dem Terrain, aber deutlich über dem höchsten Punkt der Photovoltaik-Anlage positioniert wird und einem Datenverarbeitungssystem (5) zur Aufzeichnung des ersten und des zweiten Windmessers (2) der Windgeschwindigkeit gemessenen Werte mit kongruenten Zeitstempeln.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, wobei zusätzlich mindestens zwei Bewegungs-Impulskraftsensoren (3) an zusätzlichen kritischen Stellen der Photovoltaik-Anlage positioniert werden, damit der eine Bewegungs-Impulskraftsensor (3) die Kraft durch Druck oder eine Bewegung der Photovoltaikmodule auf die Photovoltaik-Anlage durch Umweltbedingungen aufzeichnen und der zweite Bewegungs-Impulskraftsensor (3) je nach Windrichtung die Kraft oder eine Bewegung der Photovoltaikmodule durch Zug auf die Photovoltaik-Anlage durch Umweltbedingungen aufzeichnen, sowie diese Messwerte der Kräfte durch Kraft oder Zug beziehungsweise eine Bewegung der Photovoltaikmodule unabhängig voneinander im Datenverarbeitungssystem (5) aufzeichnet und jede Messwertreihe einem einheitlichen Zeitverlauf zuordnet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, wobei das Überschreiten eines voreingestellten Schwellenwertes im Datenverarbeitungssystem (5), der Windgeschwindigkeit einer der beiden Windmesser (2) zu einer zusätzlichen Kennzeichnung der Aufzeichnung im Datenverarbeitungssystem (5) führt und zusätzlich die Bildaufzeichnungseinheit (4) startet, welche die Situation als Video aufzeichnet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 und 3, wobei das Überschreiten eines voreingestellten Schwellenwertes der Windgeschwindigkeit einer der beiden Windmesser (2) oder einer der beiden Bewegungs-Impulskraftsensoren (3) zu einer zusätzlichen Kennzeichnung der Aufzeichnung im Datenverarbeitungssystem (5) führt und zusätzlich die Bildaufzeichnungseinheit (4) startet, welche die Situation als Video aufzeichnet.