DE102007006560A1

DE102007006560A1 - Photovoltaik-Vorrichtung mit RFID-Sicherheitsvorrichtung sowie Herstellverfahren dafür

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Publication number: DE102007006560A1
Application number: DE102007006560A
Authority: DE
Original assignee: SOLARTEC AG
Current assignee: SOLARTEC AG
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2008-08-14
Also published as: EP2150986A2; WO2008095486A2; WO2008095486A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaik-Vorrichtung 10 zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie, mit mindestens einer Solarzelle 25, die an einer Trägerplatte 20 angebracht ist, und einem RFID-System mit mindestens einem RFID-Tag 55 zum Speichern von Kennzeichnungsdaten der Photovoltaik-Vorrichtung 10 und einer Lesevorrichtung 65 zum Auslesen der in mindestens einem RFID-Tag 55 gespeicherten Kennzeichnungsdaten, wobei das RFID-System einen gegenüber der mindestens einen Solarzelle 25 elektrisch isolierten RFID-Tag 55 aufweist. Auch betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren dafür.

Description

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaik-Vorrichtung nach dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1, wie sie aus dem Dokument GB 245 994 A bekannt ist. Die Erfindung betrifft auch ein Herstellverfahren für eine solche photovoltaische Vorrichtung (Solarmodul) mit mindestens einer Solarzelle zum direkten Umwandeln von Licht in elektrische Energie.
Im Bereich der Nutzung der Solarenergie ist seit ca. 50 Jahren bekannt, dass Sonnenenergie durch Silizium auch direkt in elektrischen Strom umgewandelt werden kann. Bei den heute üblichen Solarzellen wird meist mono- oder multikristallines Silizium verwendet. Diese Solarzellen aus Silizium wandeln nur einen Teil des Spektrums der auftreffenden Strahlung in elektrischen Strom umwandeln.
Vorteilhaft ist auch die Verwendung von Dünnschichtsolarzellen zur Umwandlung der Solarstrahlung in elektrischen Strom.
Eine höhere Effizienz mit über 39% Umwandlung der Solarstrahlung kann durch den Einsatz von Hochleistungs-PV-Zellen aus höherwertigen Halbleiterverbindungen (III-IV-Halbleitermaterial) wie z. B. GalliumArsenid (GaAs) erzielt werden.
Solche Zellen auf Halbleitermaterialbasis können stufenartig als Single-, Tandem-, Tripelzellen oder Mehrfach-Stapelzellen aufgebaut werden und nutzen dadurch ein breiteres Licht-Frequenzspektrum. Die großflächige Produktion solcher Zellen ist jedoch sehr kostenintensiv. Es wurde daher im Stand der Technik – dabei siehe z. B. Artikel A. W. Bett et al. FLATCON AND FLASHCON CONCEPTS FOR HIGH CONCENTRATION PV, Proc. 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, and Exhibition, Paris, France, 2004, Seite 2488 – der Ansatz gewählt, das einfallende Sonnenlicht auf eine sehr kleine Fläche von z. B. unter 2 mm² zu konzentrieren. Nur für diese kleine Fläche ist dann eine Solarzelle notwendig. Der Materialeinsatz kann dann bei unter 1% gegenüber dem flächigen Einsatz solcher Zellen liegen. Durch die Konzentration lässt sich die hohe Lichtausbeute von Hochleistungs-PV-Zellen von zur Zeit über 39% nutzen.
Diese Hochleistungs-PV-Zellen sind sehr empfindlich gegen Umwelteinflüsse, bereits Staubkörner und kleine Schmutzpartikel oder Feuchtigkeit können ihre Funktion beeinträchtigen. Daher werden die Solarzellen einzelner Module in einem geschlossenen Gehäuse untergebracht. Ein optisches Element – genauer eine Platte mit einer Vielzahl von optischen Elementen – dient als Lichteintrittsplatte und optische Einheit zum Konzentrieren des durch diese Lichteintrittsplatte einfallenden Sonnenlichts auf die viel kleineren Solarzellen. Gleichzeitig bildet dieses optisches Element die obere Seite des Modulgehäuses, welches seitlich durch Seitenplatten und unten durch eine Grundplatte abgeschlossen ist, auf dem die einzelnen Solarzellen rasterartig angeordnet sind.
Dabei sind Solarmodule mit kleinflächigen Optiken bekannt, die z. T. eine mehr als 500-fache Konzentration des Sonnenlichts ermöglichen, wie z. B. aus dem Artikel A. W. Bett et al. FLATCON AND FLASHCON CONCEPTS FOR HIGH CONCENTRATION PV, Proc. 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, and Exhibition, Paris, France, 2004, Seite 2488 sowie dem Artikel G. Siefer et al. ONE YEAR OUTDOOR EVALUATION OF A FLATCON CONCENTRATOR MODULE, Proc. 19th European Photovoitaic Solar Energy Conference and Exhibition, Paris, France, 2004, Seite 2078.
Da grundsätzlich nur die Verbindung mehrerer Photovoltaik-Vorrichtungen einen wirtschaftlichen Einsatz einer solchen Photovoltaik-Vorrichtung ermöglicht, werden diese vorzugsweise zu einer Solaranlage zusammengefasst. Um einen sicheren Betrieb solchen Solaranlagen ermöglichen zu können, müssen die eingesetzten Photovoltaik-Vorrichtungen oder Solarmodule überwacht werden bzw. jeweils eindeutig identifizierbar sein. Eine Überwachung bzw. eine jeweils eindeutige Identifizierbarkeit der Solarmodule, die in einer Solaranlage zusammengefasst sind, ist nur möglich, wenn Kennzeichnungsdaten betreffend einzelne Modulen bzw. eine Gruppe der eingesetzten Solarmodule bekannt und lesbar sind. Der Betriebszustand einer Solaranlage wird dann aus solchen Kennzeichnungsdaten, die Informationen über eingesetzte Module umfassen, wie z. B. Seriennummer eines Moduls, Fertigungsdatum, Auslieferdatum, Hersteller, Leistungsdaten, Wartungsdaten oder Veränderungen, Daten über die schon durchgeführte Reparaturen, abgeleitet.
Das Kennen von Kennzeichnungsdaten eines Moduls dient auch zur Unverkennbarkeit des Solarmoduls, wodurch solche Module diebstahlsicherer werden. Zwar werden Module üblicherweise durch Barcode Labels und Etiketten gekennzeichnet, doch dies gewährleistet die Unverkennbarkeit solcher Module nicht. Etiketten und Labels können heruntergerissen werden und durch andere ersetzt werden und können außerdem im Laufe der Jahre durch Umwelteinflüsse verblassen. Eine zuverlässige Diebstahlsicherung von Modulen ist durch den Einsatz von Barcode Labels und Etiketten nicht gewährleistet.
RFID-Systeme oder RFID-Vorrichtungen bieten die Möglichkeit Daten, wie z. B. solche Kennzeichnungsdaten, in einem Chip zu speichern und per Funk ein und auszulesen.
Eine solche RFID-Vorrichtung umfasst einen Transponder auch RFID-Tag genannt, Lesegeräte mit zugehöriger Antenne, auch Reader genannt und eine Einheit zur Integration mit z. B. Servern.
Transponder an oder in Objekten speichern Daten, die berührungslos und ohne Sichtkontakt gelesen werden können.
Die Datenübertragung zwischen Transponder und Lesegerät findet mittels elektromagnetischer Wellen statt. Bei niedrigen Frequenzen geschieht dies induktiv über ein Nahfeld, bei höheren über ein elektromagnetisches Fernfeld.
Der Aufbau eines RFID-Transponders sieht prinzipiell eine Antenne und einen Mikrochip, genauer einen analogen Schaltkreis zum Empfangen und Senden, sowie einen digitalen Schaltkreis und einen permanenten Speicher vor.
Aktive RFID-Tansponder weisen auch eine Energiequelle auf.
RFID-Transponder können über einen mehrfach beschreibbaren Speicher verfügen, in dem während der Lebensdauer Informationen abgelegt werden können.
Bei der RFID-Kommunikation erzeugt der Reader ein elektromagnetisches Wechselfeld, welches die Antenne des RFID-Transponders empfängt. In der Antennenspule des Tags entsteht, sobald sie in die Nähe des elektromagnetischen Feldes kommt, Induktionsstrom, der den im Tag eingebauten Mikrochip aktiviert. Durch den induzierten Strom wird bei passiven Tags zudem ein Kondensator aufgeladen, welcher für dauerhafte Stromversorgung des Chips sorgt. Das Lesegerät muss aufgrund der geringen Kapazität des Kondensators durchgehend ein elektromagnetisches Feldes senden, während der Tag sich im Lesebereich befindet. Dies reduziert zwar die Kosten und das Gewicht der Chips, gleichzeitig verringert es aber auch die Reichweite, die hier einige wenige Millimeter bis zu einigen Zentimetern beträgt.
Die Stromversorgung des Chips übernimmt bei aktiven Tags eine eingebaute Batterie. Dabei sendet der RFID-Tag keine Informationen aus, um die Lebensdauer der Energiequelle zu erhöhen. Nur wenn ein spezielles Aktivierungssignal empfangen wird, aktiviert sich der Sender. Die Energie der Batterie kann für das Erzeugen des modulierten Rücksignals nicht genutzt werden, dennoch erreicht man durch höheren Rückstrahlkoeffizienten aufgrund des geringeren Energieverbrauches an Feldenergie eine deutlich höhere Reichweite von bis zu 100 Meter.
Ist der Mikrochip einmal aktiviert, so empfängt er Befehle, die der Reader in sein magnetisches Feld moduliert. Indem der Tag eine Antwort in das vom Reader ausgesendete Feld moduliert, sendet er seine Seriennummer oder andere vom Reader abgefragte Daten. Dabei verändert der Tag nur das elektromagnetische Feld des Readers.
Maßgeblich für die Baugröße sind die Antenne und das Gehäuse. Die Form und Größe der Antenne ist abhängig von der Frequenz. RFID-Transponder können, je nach Einsatzgebiet, durchaus die Größe von Büchern besitzen. Jedoch ist es mit heutiger Technik auch möglich, sehr kleine RFID-Transponder herzustellen, die sich in Geldscheinen oder Papier einsetzen lassen. Die Reichweite von passiven Transpondern ist von der Frequenz und von der Spulengröße abhängig. Die Reichweite sinkt sowohl bei UHF als auch bei HF mit kleineren Antennen rapide ab.
HF-Tags mit einer Frequenz von 13,56 MHz verwenden Lastmodulation, das heißt sie verbrauchen durch Kurzschließen die Energie des magnetischen Wechselfeldes. Dies kann der Reader detektieren. Durch die Bindung an das magnetische Wechselfeld funktioniert diese Technik ausschließlich im Nahfeld. Die Antennen eines Nahfeldtags bilden daher eine Rahmenantenne ab, deren charakteristisches Merkmal eine Resonanz-Spule ist.
UHF Tags mit einer zwischen 865 MHz und 869 MHz liegender Frequenz hingegen verwenden das elektromagnetische Fernfeld zum Übermitteln der Antwort. Hier wird die elektromagnetische Welle entweder absorbiert oder mit möglichst großem Rückstrahlquerschnitt reflektiert. Bei den UHF-Antennen handelt es sich meist um Dipole. Der Chip kann in der Mitte des RFID-Tags befestigt sein.
Da die Energieversorgung des Mikrochips durchgehend gedeckt werden muss, muss der Reader ein dauerhaftes Feld erzeugen. Weil die Feldstärke quadratisch mit der Entfernung abnimmt und diese Entfernung in beide Richtungen – vom Reader zum Tag und zurück – zurückgelegt werden muss, muss das vom Reader erzeugte Feld recht leistungsstark sein und üblicherweise eine effektive isotrope Abstrahlleistung zwischen 0,5 und 2 Watt aufweisen.
Zum Auslesen der Tags stehen im UHF-Bereich 10 freie Kanäle mit einer Leistung von 2 Watt zur Verfügung, oberhalb ein Kanal und unterhalb 3 Kanäle, welche lediglich mit geringerer Leistung betrieben werden können. Alle Kanäle erstrecken sich über eine Breite von 200 kHz. Die Tag-Antwort erfolgt durch Aufmodulieren des Antwortsignals mit 200 kHz auf die vom Reader erzeugtes Feld, dadurch entsteht ein moduliertes Feld mit einem Seitenband – auch Kanal genannt – von 200 kHz oberhalb und unterhalb der Frequenz des vom Reader erzeugtes Feld, es liegt also genau in einem Nachbarkanal.
Aus dem Dokument GB 2425884 A ist ein Photovoltaik-Modul mit einer Speichervorrichtung zum Speichern von Kennzeichnungsdaten über das Photovoltaik-Modul, einen Sensor zum Messen von Funktionsparametern des Moduls und eine elektronische Datenübertragungsvorrichtung zum Übertragen der Kennzeichnungsdaten und der Funktionsparameterdaten zu einer Fernvorrichtung bekannt. Der Speicher für Kenzeichnungsdaten und die elektronische Datenübertragungsvorrichtung können mit einer RFID-Vorrichtung vorgesehen werden. Die RFID-Vorrichtung weist einen RFID-Tag auf, der Kennzeichnungsdaten über das Photovoltaik-Modul und die von dem Sensor erhaltenen Funktionsparameterdaten speichert und sie drahtlos zu einer Fernvorrichtung überträgt. Der RFID-Tag ist dabei zwischen den Anschlüssen einer photovoltaischen Zelle angeschlossen.
Eine Funktionsstörung einer Solarzelle beeinflusst hier den Betrieb der damit angeschlossenen RFID-Tag bzw. RFID-Vorrichtung. Außerdem muss jeder eingesetzten RFID-Tag genau zwischen den Anschlüssen einer photovoltaischen Zelle angebracht werden, was zu einer aufwändigen und dadurch kostenintensiven Herstellung solcher Photovoltaik-Module führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Photovoltaik-Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1 derart auszubilden, dass die Überwachung und die eindeutige Identifizierung der Photovoltaik-Vorrichtung anhand ihrer Kennzeichnungsdaten einfach und kostengünstig realisierbar ist, um eine erhöhte Betriebssicherheit der Photovoltaik-Vorrichtung bzw. der Solaranlage, in der diese einsetzbar ist, zu erreichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Photovoltaik-Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung sind Gegenstand der folgenden Unteransprüche.
Ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung bzw. deren vorteilhaften Ausgestaltungen bildet den Gegenstand des Nebenanspruchs bzw. der entsprechenden Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird eine Photovoltaik-Vorrichtung (Solarmodul) geschaffen, mit der Sonnenenergie direkt in elektrische Energie umwandelbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Trägerplatte auf, an der mindestens eine Solarzelle montiert ist. An der Trägerplatte ist ein RFID-Tag angebracht. Der RFID-Tag ist so an der Trägerplatte montiert, dass er gegenüber der mindestens einen Solarzelle elektrisch isoliert ist.
Dadurch, dass der RFID-Tag gegenüber der mindestens einer Solarzelle elektrisch isoliert ist, bedarf seine Anbringung an der Photovoltaik-Vorrichtung keines großen Aufwandes. Das führt zu geringen Herstellungskosten einer erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung. Der Tag wird so von dem Betriebszustand der mindestens einer Solarzelle nicht beeinflusst, was zu einer erhöhten Zuverlässigkeit des RFID-Tags führt.
Erfindungsgemäß werden die Kennzeichnungsdaten des Moduls ermittelt und dann in einer Datenbank abgelegt. Das Modul wird dann zu einer Montagestation gebracht, wo der RFID-Tag am Solarmodul angebracht, insbesondere aufgeklebt wird. Vorzugsweise wird der RFID-Tag dann insbesondere mit Silikon vergossen.
Danach werden die Kennzeichnungsdaten in den RFID-Tag mittels mindestens einer Schreibvorrichtung geschrieben und gespeichert.
Erfindungsgemäß werden insbesondere folgende Daten in den RFID-Tag geschrieben: Seriennummer eines Moduls, Fertigungsdatum, Auslieferdatum, Hersteller, Leistungsdaten, Wartungsdaten oder Veränderungen und Daten über die schon durchgeführte Reparaturen.
So wird das Solarmodul unverwechselbar gekennzeichnet, was zu einer erhöhten Sicherheit gegen Diebstahl und zur Erleichterung der Wartung des Moduls führt. Anhand der Unterschiede zwischen den zu einem späteren Zeitpunkt ermittelten Leistungsdaten und den in dem RFID-Tag gespeicherten Leistungsdaten, die zu einer früheren Zeit ermittelt worden sind, können sofort Schussfolgerungen betreffend des Betriebszustands des Moduls gezogen werden. Ein Techniker kann Wartungsarbeiten bzw. Reparaturen, die er am Solarmodul ausführt, vorzugsweise direkt in den RFID-Tag des Solarmoduls schreiben, was zu einer Erleichterung seiner Arbeit führt.
Das Auslesen der Kennzeichnungsdaten erfolgt vorzugsweise mittels einer Lesevorrichtung mit mindestens einem Reader, der in der Reichweite des Moduls angebracht wird. Nachdem die Kennzeichnungsdaten des Solarmoduls ermittelt worden sind und der RFID-Tag am Solarmodul befestigt worden ist, können vorzugsweise die Kennzeichnungsdaten von einer Lesevorrichtung abgelesen werden und insbesondere mit den entsprechenden, in der Datenbank abgelegten Daten verglichen werden. So kann festgestellt werden ob die RFID-Vorrichtung bzw. der RFID-Tag zuverlässig funktioniert.
Der RFID-Tag kann am Solarmodul insbesondere auf der der Sonne abgewandte Seite
der Trägerplatte angebracht sein. Vorzugsweise ist die Trägerplatte aus einem für das von der Lesevorrichtung erzeugten und/oder von dem RFID-Tag modulierten elektromagnetischen Feld durchlässiges Material. Das Auslesen der Kennzeichnungsdaten erfolgt insbesondere von oben, vorzugsweise mittels eines tragbaren Readers. So kann ein Techniker erfahren, wann z. B. das Solarmodul hergestellt worden ist oder welche Reparaturen schon an das Solarmodul durchgeführt worden sind, ohne das Solarmodul aus der Solaranlage, genauer von seiner Halterung lösen zu müssen. Das führt zu einer große Erleichterung der Wartungsarbeiten, die an dem erfindungsgemäßen Solarmodul durchzuführen sind, und damit zu einer erheblichen Kostensenkung dieser Wartungsarbeiten bzw. der Erhaltungskosten des erfindungsgemäßen Solarmoduls.
Vorzugsweise kann eine Lichteintrittsplatte aus lichtdurchlässigem Material auch vorhanden sein, die parallel zu der Trägerplatte auf ihrer der Sonne zugewandten Seite angeordnet ist. Auf diese Weise ist die mindestens eine Solarzelle vor Umwelteinflüssen geschützt. Bei einer Ausführungsform, bei der eine Lichteintrittsplatte vorhanden ist, kann der RFID-Tag auch an der Lichteintrittsplatte angebracht sein.
Vorzugsweise weist die Photovoltaik-Vorrichtung Seitenwände insbesondere Seitenwände auf, die senkrecht zu der RFID-Tag ausgebildet sind.
Bei einer Ausführungsform, bei der Seitenwände vorhanden sind, kann der RFID-Tag vorzugsweise an den Seitenwänden angebracht sein.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung bilden die Trägerplatte, die Lichteintrittsplatte und die umlaufenden Seitenwände ein geschlossenes Gehäuse aus. Dabei kann der RFID-Tag im Inneren des Gehäuses angebracht werden. Diese Anbringungsart führt zu einem besseren Schutz des RFID-Tags vor Umwelteinflüssen.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung
weist der RFID-Tag eine schützende Umhüllung auf. Der RFID-Tag wird dabei insbesondere mit Silikon vergossen. Der RFID-Tag kann so nicht mehr abgelöst werden. Dadurch ist der RFID-Tag diebstahlsicher an dem erfindungsgemäßen Solarmodul angebracht. Außerdem ist der RFID-Tag so vor Umwelteinflüssen geschützt. Solche Photovoltaik-Vorrichtungen bleiben länger eindeutig identifizierbar.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Solarzelle eine Siliziumsolarzelle.
In einer besondere Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine Solarzelle eine Dünnschichtzelle.
In einer anderen Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Photovoltaik-Vorrichtung mindestens eine Mehrschichtzelle aus Halbleiterverbindungen, insbesondere eine Tandem oder Tripelzellen aus III-V-Halbleiterverbindungen auf.
In einer anderen Ausgestaltung ist die mindestens eine Solarzelle eine Mikrosolarzelle, insbesondere mit einer Flächenausdehnung von gleich oder weniger als ca. 100 mm².
Bei einer besondere Ausgestaltung der Erfindung weist die Lichteintrittplatte eine optische Einheit zum Bündeln der einfallenden Sonnenstrahlung auf die Fläche der
mindestens einen Solarzelle. Die mindestens eine Solarzelle ist im Abstand von der Lichteintrittsplatte auf Ihrer der Sonne abgewandten Seite angeordnet und weist eine Fläche auf, die kleiner als eine Teilfläche der Lichteintrittsplatte, insbesondere als eine Teilfläche der optischen Einheit ist.
Das erfindungsgemäße Solarmodul weist insbesondere einen passiven RFID-Tag auf, bei dem die Energie zur Stromversorgung des Chips dem elektromagnetischen Feld der beim Auslesen eingesetzten Lesevorrichtung mit mindesten einem Reader entzogen wird. Die Tatsache, dass passive RFID-Tags keine eingebaute Energiequelle für die Stromversorgung der Chips aufweisen, führt zu einer Verringerung ihres Gewichts und so der Solarmodule bei denen sie montiert werden, was insbesondere zu einer erleichterten Nachführung solcher Solarmodule zur Sonne führt. Außerdem sind solche passive RFID-Tags kostengünstig, was zu einer Senkung der Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Solarmodule führt.
Das erfindungsgemäße Solarmodul weist insbesondere einen aktiven RFID-Tag mit einer eingebauten Batterie zur Stromversorgung des dabei vorhandenen Chips auf.
Durch den Einsatz von RFID-Transponder mit eigener Energieversorgung wird eine hohe Reichweite und ein großer Funktionsumfang der in dem erfindungsgemäßen Solarmodul verwendeten RFID-Vorrichtung erzielt. Die große Reichweite des eingesetzten aktiven RDIF-Transponder führt zu einer Erleichterung des Auslesens der Kennzeichnungsdaten mittels der eingesetzten Lesevorrichtung mit mindestens einem Reader. Da aktive RFID-Tags langlebig sind, wird der eingesetzte aktive Tag nur selten ausgetauscht werden müssen, was zu einer Kostensenkung der Erhaltungskosten des Solarmoduls führt.
Vorzugsweise weist das erfindungsgemäßen Modul einen HF-Tag mit einer Frequenz von 13, 56 Hz auf, der eine Rahmenantenne, vorzugsweise eine Resonanzspule aufweist.
In einer besondere Ausgestaltung der Erfindung weist das erfindungsgemäße Solarmodul einen UHF-Tag mit einer zwischen 865 MHz und 869 MHz liegenden Frequenz auf, sowie eine Dipolantenne auf.
Da bestimmte Materialien die Resonanzfrequenz eines RFID-Tags beeinflussen können, weist der erfindungsgemäße Solarmodul einen RFID-Tag auf, dessen Resonanzfrequenz von den bei dem Solarmodul verwendeten Materialien nicht beeinflusst wird, was insbesondere zu einer Erleichterung des Auslesens der im RFID-Tag gespeicherten Kennzeichnungsdaten führt.
Die Lesevorrichtung der erfindungsgemäßen Solarmoduls weist vorzugsweise mehrere Reader auf, die insbesondere das gesamte Spektrum der zur Verfügung stehenden Frequenz-Kanäle abdecken. Dabei kann die Auslesung der Kennzeichnungsdaten gleichzeitig mit mehreren Readern erfolgen, was zu einer Verkürzung der Auslesezeit und dadurch zu einer Senkung der Wartungs- und Überwachungskosten der erfindungsgemäßen Solarmodule führt.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Trägerplatte auf ihrer der Sonne abgewandten Seite eine Wärmeleiterplatte insbesondere aus Aluminium auf, die zu einer besseren Kühlung der Solarzellen durch eine verbesserte Abführung der durch den Betrieb der Solarzellen und durch die auftreffende Wärmestrahlung entstehende Wärme nach außen führt.
Insbesondere weist das erfindungsgemäßen Solarmodul ein geschlossenes Gehäuse auf und die Solarzellen werden auf der der Sonne abgewandten Seite der Trägerplatte angebracht. So kann die in der Umgebung der Solarzellen vorhandene Wärme durch die Wärmeleiterplatte nach außen transportiert werden. Die Solarzellen werden dadurch gekühlt und die Wärme bleibt nicht im Gehäuse gefangen. Eine verbesserte Kühlung der Solarzelle ist wichtig, da der Winkungsgrad der Solarzelle mit steigender Temperatur absinkt.
Da Wasser die von der Lesevorrichtung erzeugte elektromagnetische Strahlung sehr stark absorbiert, ist der RFID-Tag vorzugsweise an den Seitenwände im Gehäuseinneren angebracht. So ist der RFID-Tag vor Regenwasser geschützt. Da Metall die von der Lesevorrichtung erzeugte elektromagnetische Strahlung stark reflektiert, ist diese Anbringungsart besonders vorteilhaft, weil dabei der RFID-Tag im Abstand von den Solarzellen und dem Metall der Wärmeleiterplatte positioniert ist.
Aus diesem Grund wird der RFID-Tag auch bei seiner Anbringung an der Lichteintrittsplatte oder an der Trägerplatte vorzugsweise auf einer Fläche befestigt, die von der Fläche der mindestens einen Solarzelle nicht abgedeckt wird. Insbesondere
kann Silizium bei der Verwendung von Siliziumzellen das Auslesen der Kennzeichnungsdaten besonders erschweren.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Photovoltaik-Vorrichtung ein RFID-System mit zirkularer Polarisation auf, damit der Tag sowohl horizontal als auch vertikal gelesen werden kann, auch wenn zirkulare Polarisation das Signal-Rausch-Verhältnis um 3 dB dämpft. Dadurch ist beim Anbringen des RFID-Tags am Solarmodul irrelevant, in welcher Orientierung der RFID-Tag befestigt insbesondere geklebt worden ist.
Da das Auslesen der im RFID-Tag gespeicherten Kennzeichnungsdaten erschwert werden kann, wenn der RFID-Tag direkt am Solarmodul angebracht wird und dieses eine hohe Dichte hat, weist der erfindungsgemäße Solarmodul RFID-Tag vorzugsweise Positionierungselemente auf, mittels derer das Solarmodul im rechten Winkel vom Solarmodul angeordnet wird und so einen großen Abstand zum Solarmodul aufweist.
Vorzugsweise weist der RFID-Tag des erfindungsgemäßen Solarmoduls mindesten ein Kryptographiemodul auf, die die im RFID-Tag gespeicherten Daten verschlüsseln. Eine erhöhte Sicherheit des Solarmoduls gegen Diebstahl oder gegen unberechtigte Verwendung der im RFID-Tags gespeicherten Daten wird so gewährleistet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
1 eine schematische teilweise Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung in Form eines Konzentrator-Photovoltaik-Moduls mit
Lichteintrittsplatte und mindestens einer optischen Einheit und einem geschlossenen Gehäuse und
2 eine schematische Unteransicht der Photovoltaik-Vorrichtung gemäß der Ausführungsform aus 1.
In 1 ist eine Photovoltaik-Vorrichtung 10 in Form eines Konzentrator-Photovoltaik-Modul dargestellt.
Jedes Modul 10 weist ein Gehäuse 50 auf, in dem eine Vielzahl von Solarzellen 20 untergebracht sind. Gegenüberliegend auf einer Lichteintrittsplatte aus lichtdurchlässigem Material 35 ist für jede Solarzelle 20 ein optisches Element 39 zum Bündeln der einfallende Strahlung 45 auf diese gegenüber der Fläche dieses optischen Elements 40 viel kleinflächigeren Solarzelle 20 vorhanden. Die Lichteintrittsplatte 35 bildet den oberen Abschluss des Gehäuses 50.
Das Gehäuse 50 ist seitlich durch umlaufende Seitenwände 30 und unten durch eine ein- oder mehrteilige Trägerplatte 20, auf der die Solarzellen 25 angebracht sind, abgeschlossen.
Die Trägerplatte 20 besteht hauptsächlich aus einem gut wärmeleitfähigen Material, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium. Auf der Trägerplatte 20 sind zusätzlich einzelne gegenüber der Grundplatte elektrisch isolierte Leiterbahnen (nicht dargestellt) zur Kontaktierung der Solarzellen 25 durch bekannte Techniken aufgebracht. Diese Leiterbahnen sind an einem Pol der Solarzellen 25 angeschlossen, während der andere Pol der Solarzellen 25 mit der Trägerplatte 20 kontaktiert ist.
Auf der der Sonne abgewandten Seite der Trägerplatte ist ein RFID-Tag 55 angebracht, der einen elektrisch isolierenden Träger oder ein elektrisch isolierendes Gehäuse aufweist (nicht dargestellt). So ist der RFID-Tag gegenüber der Trägerplatte 20 und so auch jeweils gegenüber der Solarzellen 20 elektrisch isoliert.
In dem RFID-Tag sind Kennzeichnungsdaten des Moduls 10 gespeichert. Der RFID-Tag ist dabei auf eine Fläche der Trägerplatte 20 angeordnet, die von der Fläche keiner der Solarzellen 20 verdeckt ist. Der RFID-Tag ist mit einer schützende und befestigenden Schicht 60 insbesondere aus Silikon vergossen und damit umhüllt.
Das Modul 10 weist weiterhin eine Lesevorrichtung 65 auf. Mittels dieser Lesevorrichtung werden die im RFID-Tag 55 gespeicherten Daten z. B. von oben ausgelesen.
In 2 ist eine schematische Unteransicht der Photovoltaik-Vorrichtung gemäß der Ausführungsform aus 1 dargestellt. Dabei wird die Anbringungsart des RFID-Tags 55 verdeutlicht.
Weitere hier nicht näher dargestellte Ausführungsformen ergeben sich dadurch, dass die Photovoltaik-Vorrichtung 10 mit einem oder mehreren der in den deutschen Patentanmeldungen 10 2005 033 272.2-33 , 10 2005 047 132.3-33 , 10 2006 002 465.6-33 und 10 2006 059 417.7 offenbarten Merkmale und Ausgestaltungen versehen sind. Es wird für weitere Einzelheiten zu dem Photovoltaik-Vorrichtung 10 ausdrücklich auf diese Patentanmeldungen verwiesen.

10: Photovoltaik-Vorrichtung
20: Trägerplatte
25: Solarzelle
30: umlaufende Seitenwände
35: Lichteintrittsplatte
39: optische Einheit mit einer Vielzahl von optischen Elementen
40: optisches Element
45: Strahlen durch ein optisches Element
50: Gehäuse
55: RFID-Tag
60: Schützende Schicht insbesondere aus Silikon
65: Lesevorrichtung mit mindesten einem Reader

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- GB 245994 A [0001]
- GB 2425884 A [0025]
- DE 102005033272 [0073]
- DE 102005047132 [0073]
- DE 102006002465 [0073]
- DE 102006059417 [0073]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- A. W. Bett et al. FLATCON AND FLASHCON CONCEPTS FOR HIGH CONCENTRATION PV, Proc. 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, and Exhibition, Paris, France, 2004, Seite 2488 [0005]
- A. W. Bett et al. FLATCON AND FLASHCON CONCEPTS FOR HIGH CONCENTRATION PV, Proc. 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, and Exhibition, Paris, France, 2004, Seite 2488 [0007]
- G. Siefer et al. ONE YEAR OUTDOOR EVALUATION OF A FLATCON CONCENTRATOR MODULE, Proc. 19th European Photovoitaic Solar Energy Conference and Exhibition, Paris, France, 2004, Seite 2078 [0007]

Claims

Photovoltaik-Vorrichtung (10) zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie, die mindestens eine Solarzelle (25), die an einer Trägerplatte (20) angebracht ist und ein RFID-System mit mindestens einem RFID-Tag (55) zum Speichern von Kennzeichnungsdaten der Photovoltaik-Vorrichtung (10) und eine Lesevorrichtung (65) zum Auslesen der in mindestens einem RFID-Tag (55) gespeicherten Kennzeichnungsdaten umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das RFID-System einen gegenüber der mindestens einer Solarzelle (25) elektrisch isolierten RFIG-Tag (55) aufweist.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaik-Vorrichtung (10) eine Lichteintrittsplatte (35) aus lichtdurchlässigem Material aufweist, die parallel zu der Trägerplatte (20), die insbesondere aus einem Material ausgebildet ist, das für das von der Lesevorrichtung (65) erzeugte und/oder vom RFID-Tag (55) modulierte elektromagnetische Feld durchlässig ist, angeordnet ist.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Tag (55) an der Trägerplatte (20), vorzugsweise auf der der Sonne abgewandten Seite befestigt ist.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Tag (55) an einer Fläche der Trägerplatte (20) positioniert ist, die von der Fläche der mindestens einen Solarzelle (25) nicht abgedeckt ist.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Tag (55) an der Lichteintrittsplatte (35) vorzugsweise an ihrer der Sonne zugewandten Seite befestigt ist.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Tag (55) an einer Fläche der Lichteintrittsplatte (35) positioniert ist, die von der Fläche der mindestens einen Solarzelle (25) nicht abgedeckt ist.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass senkrecht zu der Trägerplatte (20) umlaufende Seitenwände (30) ausgebildet sind.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Tag (55) an den Seitenwänden (30) befestigt ist.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (30) mit der Trägerplatte (20) und der Lichteintrittsplatte (35) ein geschlossenes Gehäuse (50) bilden.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittplatte (35) eine optische Einheit (39) mit mindestens einem optischen Element (40) zum Bündeln der einfallenden Sonnenstrahlung auf die gegenüber einer Teilfläche der Lichteintrittsplatte (35) kleineren Fläche der mindestens einen, von der Lichteintrittsplatte (35) in Abstand angeordneten Solarzelle (25) aufweist.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Solarzelle (25) eine Solarzelle aus Silizium ist.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Solarzelle (25) eine Dünnschichtsolarzelle ist.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Solarzelle (25) eine Mehrschichtzelle aus Halbleiterverbindungen, insbesondere Tandem oder Tripelzellen aus III-V-Halbleiterverbindungen, ist.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Solarzelle (25) eine Mikrosolarzelle ist, insbesondere mit einer Flächenausdehnung von gleich oder weniger als ca. 100 mm².
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Tag (55) mittels einer schützenden Schickt aus Silikon an der Photovoltaik-Vorrichtung (10) befestigt ist.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Tag (55) eine Batterie aufweist, die zur Stromversorgung eines im RFID-Tag (55) vorhandenen Mikrochips dient.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Tag (55) eine Resonanzspule umfasst.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Tag (55) eine Dipolantenne umfasst.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Tag (55) ein HF-Tag mit einer Frequenz von 13,56 MHz ist.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Tag (55) ein UHF-Tag mit einer zwischen 865 MHz und 869 MHz liegenden Frequenz ist
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lesevorrichtung (65) des den UHF-Tag (55) aufweisenden RFID-Systems mindestens einen Reader aufweist.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach Anspruch 20 oder 21 dadurch gekennzeichnet, dass die Lesevorrichtung (65) des den UHF-Tag (55) aufweisenden RFID-Systems eine Vielzahl von Readern aufweist, die vorzugsweise das Gesamtspektrum der im UHF-Bereich zur Verfügung stehenden und durch die Modulation mittels des RFID-Tags (55) der von den mindestens einem Reader erzeugten elektromagnetischen Felder auftretende Frequenz-Kanäle ausnutzen.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach Anspruch 20, 21 oder 22 dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Reader jeweils ein dauerhaftes Feld erzeugt, das eine effektive isotrope Abstrahlleistung zwischen 0,5 und 2 W aufweist.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach Anspruch 20, 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz-Kanäle jeweils eine Breite der Frequenz von 200 kHz aufweisen.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (20) auf der der Sonne abgewandten Seite eine Wärmeleiterplatte vorzugsweise aus Aluminium aufweist.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, der RFID-Tag (55) ein Kryptographiemodul zum verschlüsseln der im RFID-Tag (55) gespeicherten Kennzeichnungsdaten aufweist.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, der RFID-Tag (55) ein RFID-Tag mit einer Resonanzfrequenz ist, die von den in der Photovoltaik-Vorrichtung (10) verwendeten Materialien nicht beeinflusst ist.
Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, der RFID-Tag (55) ein RFID-Tag ist mit Positionierungselementen zum Anordnen des RFID-Tags (55) im rechten Winkel an und/oder beabstandet von der Photovoltaik-Vorrichtung.
Verfahren zum Herstellen einer Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine beliebige Reihenfolge der folgenden Schritte: a) Anbringen von mindestens einer Solarzelle (25) an einer Trägerplatte (20), h1) Vorsehen eines gegenüber der mindestens einen Solarzelle (25) elektrisch isolierten RFID-Tags (25).
Verfahren nach Anspruch 29 gekennzeichnet durch den vor oder nach Schritt h1) durchzuführenden Schritt: h01) Ermitteln der Kennzeichnungsdaten der Photovoltaik-Vorrichtung (10) und Ablegen dieser in einer Datenbank.
Verfahren nach Anspruch 29 oder 30 gekennzeichnet durch den vor oder nach Schritt h1) durchzuführenden Schritt: h2) Schreiben und Speichern der ermittelten Kennzeichnungsdaten aus der Datenbank im RFID-Tag (55).
Verfahren nach Anspruch 31 gekennzeichnet durch den nach Schritt h2) durchzuführenden Schritt: i) Anbringen einer insbesondere tragbaren Lesevorrichtung (65) mit mindestens einem Reader in der Reichweite des Tags und Auslesen mittels dieser der im RFID-Tag (55) gespeicherten Kennzeichnungsdaten.
Verfahren nach Anspruch 32 gekennzeichnet durch den nach Schritt i) durchzuführenden Schritt: i2) Vergleichen der mit der Lesevorrichtung (65) ausgelesenen Kennzeichnungsdaten mit den entsprechenden, in der Datenbank abgelegten Daten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 33 gekennzeichnet durch den nach Schritt a) durchzuführenden Schritt: a1) Auswählen eines HF-Tags mit einer Frequenz von 13.56 MHz.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 34 gekennzeichnet durch den nach Schritt a) durchzuführenden Schritt: a2) Auswählen eines UHF-Tags (55) mit einer zwischen 865 MHz und 869 MHz liegenden Frequenz.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 35 gekennzeichnet durch den nach Schritt a) oder nach dem Schritt h1) durchzuführenden Schritt: c) Vorsehen einer zu der Trägerplatte (20) parallelen Lichteintrittsplatte (35).
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 36 gekennzeichnet durch den nach Schritt a) oder nach dem Schritt h1) oder nach dem Schritt c) durchzuführenden Schritt: d) Vorsehen der Trägerplatte (20) mit insbesondere umlaufenden, zu der Trägerplatte (20) senkrechten Seitenwänden (30).
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 37 gekennzeichnet durch den nach dem Schritt b) durchzuführenden Schritt: h3) Anbringen des RFID-Tags (55) insbesondere an der der Sonne abgewandten Seite der Trägerplatte (20).
Verfahren nach Ansprüchen 36 oder 37 gekennzeichnet durch den nach dem Schritt c) durchzuführenden Schritt: c1) Anbringen des RFID-Tags (55) insbesondere an der der Sonne zugewandten Seite der Lichteintrittsplatte (35).
Verfahren nach einem der Ansprüche 37 bis 39 gekennzeichnet durch den vor dem Schritt h1) oder c1) durchzuführenden Schritt: e) Positionieren des RFID-Tags (55) an der Trägerplatte (20) oder der Lichteintrittsplatte (35) auf einr Fläche, die von der Fläche der mindestens einen Solarzelle (25) nicht verdeckt wird.
Verfahren nach Anspruch 37 gekennzeichnet durch den nach dem Schritt d) durchzuführenden Schritt: d1) Anbringen des RFID-Tags (55) an den umlaufenden Seitenwänden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 41 gekennzeichnet durch den nach dem Schritt h3), c1), d1) oder e) durchzuführenden Schritt: g) Auftragen einer vorzugsweise aus Silikon ausgebildeten Umhüllung (60) um den RFID-Tags (55) zum Schutz des RFID-Tags (55) vor Umwelteinflüssen und zur Befestigung dieses an der Photovoltaik-Vorrichtung (10).
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 42 gekennzeichnet durch den nach Schritt h2) durchzuführenden Schritt: i2) Ablesen der Kennzeichnungsdaten mit mindestens einem insbesondere tragbaren Reader.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 43 gekennzeichnet durch den vor Schritt h2) durchzuführenden Schritt: b01) Auswählen eines RFID-Tags (55) mit einer Resonanzfrequenz, die von der in der Photovoltaik-Vorrichtung (10) vorhandenen Materialien nicht beeinflusst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 44 gekennzeichnet durch den vor Schritt h1) durchzuführenden Schritt: b01) Auswählen oder Herstellen eines RFID-Tags (55) mit Positionierungselemente um eine Befestigung dieses im rechten Winkel an und/oder beabstandet von der Photovoltaik-Vorrichtung (10) zu ermöglichen.