DE102012201421A1

DE102012201421A1 - Einrichtung und Verfahren zur Überwachung einer Photovoltaik-Anlage

Info

Publication number: DE102012201421A1
Application number: DE201210201421
Authority: DE
Inventors: Marvin Nabe
Original assignee: Technische Universitaet Dresden; Siemens AG
Current assignee: Technische Universitaet Dresden; Siemens AG
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2013-08-01

Abstract

Es wird eine Einrichtung zur Detektion von defekten Solarmodulen in einer Photovoltaik-Anlage mit einer Vielzahl von Solarmodulen angegeben, die eine Einrichtung zur ortsaufgelösten Aufnahme von Infrarot-Strahlung und Wandlung der Strahlung in elektrische Signale sowie eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung der elektrischen Signale ausweist, derart ausgestaltet, dass anhand der elektrischen Signale ein oder mehrere der Solarmodule ermittelt werden, deren Temperatur höher ist als ein Temperaturerwartungswert für ein funktionierendes Solarmodul, und für die Solarmodule mit der erhöhten Temperatur ein Signal ausgegeben wird, das den Defekt dieser Solarmodule angibt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Überwachung einer Photovoltaik-Anlage mit einer Mehrzahl von einzelnen Solarmodulen.
In einer Photovoltaik-Anlage ist es wichtig, den Defekt einzelner Solarmodule zu detektieren, da ein defektes Solarmodul den Ertrag der Photovoltaik-Anlage erheblich verringern kann. Ein defektes Solarmodul sollte möglichst schnell ausgewechselt werden.
Bei kleinen Photovoltaik-Anlagen mit nur wenigen Solarmodulen ist es möglich, den Defekt durch eine Messung der elektrischen Parameter direkt am Solarmodul festzustellen. In großen Photovoltaik-Anlagen, beispielsweise Solarkraftwerken mit mehr als 100000 Solarmodulen, ist jedoch die elektrische Messung direkt an den einzelnen Modulen sehr aufwändig und unpraktisch.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung und ein Verfahren zur Überwachung einer Photovoltaik-Anlage anzugeben, die eine Überwachung mit verringertem Aufwand erlauben.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Einrichtung durch eine Einrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Eine Lösung hinsichtlich des Verfahrens besteht in einem Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 10. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Detektion von defekten Solarmodulen in einer Photovoltaik-Anlage mit einer Vielzahl von Solarmodulen umfasst eine Einrichtung zur ortsaufgelösten Aufnahme von Infrarot-Strahlung und Wandlung der Strahlung in elektrische Signale und eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung der elektrischen Signale. Die Auswerteeinrichtung ist derart ausgestaltet, dass anhand der elektrischen Signale ein oder mehrere der Solarmodule ermittelt werden, deren Temperatur höher ist als ein Temperaturerwartungswert für ein funktionierendes Solarmodul, und für die Solarmodule mit der erhöhten Temperatur ein Signal ausgegeben wird, das den Defekt dieser Solarmodule angibt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Detektion von defekten Solarmodulen in einer Photovoltaik-Anlage mit einer Vielzahl von Solarmodulen wird Infrarot-Strahlung von den Solarmodulen aufgenommen und in elektrische Signale gewandelt, die elektrischen Signale ausgewertet, indem anhand der elektrischen Signale ein oder mehrere der Solarmodule ermittelt werden, deren Temperatur höher ist als ein Temperaturerwartungswert für ein funktionierendes Solarmodul, und für die Solarmodule mit der erhöhten Temperatur ein Signal ausgegeben, das den Defekt dieser Solarmodule angibt.
Vorteilhaft wird damit erreicht, dass eine Photovoltaik-Anlage, auch ein Solarkraftwerken mit einer großen Zahl von Solarmodulen, effizient auf Ausfälle von einzelnen Solarmodulen überwacht werden kann, ohne dass hierfür jedes Solarmodul selbst beispielsweise mit einer elektrischen Überwachung ausgestattet werden muss. Die Überwachung passiert dabei automatisch und dauerhaft.
Der Temperaturerwartungswert kann dabei beispielsweise die Temperatur der umliegenden Solarmodule sein. Der Temperaturerwartungswert kann auch weiterhin ein gespeicherter Temperaturwert, beispielsweise aus einer Tabelle für verschiedene Solarmodule und Tageszeiten, sein.
Als Einrichtung zur ortsaufgelösten Aufnahme kann beispielsweise eine Infrarot-Kamera verwendet werden, insbesondere eine CCD-basierte Kamera mit einem Infrarot-Filter.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Einrichtung ein Element zum Drehen und/Verschieben der Einrichtung zur ortsaufgelösten Aufnahme auf. Die Kamera ist mit anderen Worten verfahrbar und/oder schwenkbar, was auch bei sehr großen Solarzellenfeldern ein Prüfen aller Solarmodule erlaubt. Ist die Kamera horizontal schwenkbar, kann sie beispielsweise auch eine Linienkamera mit nur einer senkrechten Zeile von Bildpunkten sein.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Einrichtung unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigen
1 eine Photovoltaik-Anlage mit einer Infrarotkamera,
2 ein von der Infrarotkamera ermitteltes Bild der Photovoltaik-Anlage.
1 zeigt eine Photovoltaik-Anlage 20. Die Photovoltaik-Anlage 20 ist in diesem Beispiel klein gehalten und weist lediglich neun Solarmodule 21 auf. Es ist klar, dass die Erfindung auch und gerade für große Solaranlagen wie Solarkraftwerke gedacht ist, bei denen eine große Zahl von Solarmodulen 21 verwendet wird.
Nahe der Solarmodule 21 ist ein Mast 11 aufgestellt. Im Bereich des oberen Endes des Mastes 11 ist eine Infrarotkamera 10 installiert. Diese ist im vorliegenden Beispiel so ausgerichtet, dass sie das Feld der Solarmodule 21 überblickt und ein Bild 22 aller Solarmodule 21 auf einmal erstellen kann.
Die Infrarotkamera 10 ist per Kabelverbindung mit einem Auswerterechner 12 verbunden, der am Fuß des Mastes 11 aufgebaut ist. Dieser Auswerterechner 12 wertet die von der Infrarotkamera 10 aufgenommenen Bilder 22 aus und gibt ggfs. ein Signal an eine Überwachungsstation, dass ein Solarmodul 21 defekt ist.
Ein beispielhaftes Bild 22 ist in 2 dargestellt. Die Auflösung des Bildes 22 ist in 2 mit 8×8 Pixel sehr niedrig und nur beispielhaft. Die tatsächliche Auflösung ist den Gegebenheiten wie beispielsweise der Anzahl der Solarmodule 21 anzupassen. Beispielsweise sollte die Auflösung der Kamera derart sein, dass bei einer Meldung eines defekten Solarmoduls 21 diese aus dem Bild 22 ohne allzu großen Aufwand auch lokalisierbar ist.
Bei dem beispielhaften Bild 22 wird davon ausgegangen, dass Pixel des Bildes weiß erscheinen, wenn die Temperatur an dieser Stelle der Photovoltaik-Anlage 20 einem Temperaturerwartungswert entspricht, der bei funktionierenden Solarmodulen 21 anzutreffen sein wird. Bei einigen Pixeln 25 des Bildes 22 wird kein Solarmodul 21 abgebildet, sondern beispielsweise der Boden neben den Solarmodulen 21. Diese zeigen eine andere Temperatur; diese Pixel 25 werden vom Auswerterechner 12 jedoch zweckmäßig nicht beachtet.
In einem Bereich 26 zeigen einige Pixel einen Temperaturwert an, der nicht dem Temperaturerwartungswert entspricht. Der Auswerterechner 12 gibt an die Überwachungsstation ein Signal ab, dass ein defektes Solarmodul 21 gefunden wurde sowie die Position des defekten Solarmoduls 21. In der Folge wird dann durch Personal getestet, ob das Solarmodul 21 tatsächlich defekt ist und das Solarmodul 21 ggfs. ausgetauscht.
Das beispielhafte Bild 22 kann einerseits von einem flächigen CCD oder anderen vergleichbaren Bildgebern erzeugt werden. Alternativ ist es auch möglich, eine Zeilenkamera zu verwenden. Diese erzeugt ein Bild von nur einem Pixel Breite. Gleichzeitig wird die Kamera geschwenkt und das Bikd 22 wird durch Aufnahmen zu verschiedenen Zeitpunkten während eines Schwenks zusammengesetzt.

Claims

Einrichtung zur Detektion von defekten Solarmodulen (21) in einer Photovoltaik-Anlage (20) mit einer Vielzahl von Solarmodulen (21), aufweisend: – eine Einrichtung (10) zur ortsaufgelösten Aufnahme von Infrarot-Strahlung und Wandlung der Strahlung in elektrische Signale, – eine Auswerteeinrichtung (12) zur Auswertung der elektrischen Signale, derart ausgestaltet, dass anhand der elektrischen Signale ein oder mehrere der Solarmodule (21) ermittelt werden, deren Temperatur höher ist als ein Temperaturerwartungswert für ein funktionierendes Solarmodul (21), und für die Solarmodule (21) mit der erhöhten Temperatur ein Signal ausgegeben wird, das den Defekt dieser Solarmodule (21) angibt.
Einrichtung gemäß Anspruch 1, bei der als Einrichtung (10) zur ortsaufgelösten Aufnahme eine Infrarot-Kamera (10) verwendet wird.
Einrichtung gemäß Anspruch 2, bei der die Infrarot-Kamera (10) ein CCD mit einem Infrarot-Filter ist.
Einrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Element zum Drehen und/Verschieben der Einrichtung zur ortsaufgelösten Aufnahme.
Solarzellenfeld mit einer Vielzahl von Solarmodulen (21) und wenigstens einer Einrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
Verfahren zur Detektion von defekten Solarmodulen (21) in einer Photovoltaik-Anlage (20) mit einer Vielzahl von Solarmodulen (21), bei dem – Infrarot-Strahlung von den Solarmodulen (21) aufgenommen und in elektrische Signale gewandelt wird, – die elektrischen Signale ausgewertet werden, indem anhand der elektrischen Signale ein oder mehrere der Solarmodule (21) ermittelt werden, deren Temperatur höher ist als ein Temperaturerwartungswert für ein funktionierendes Solarmodul (21), und – für die Solarmodule (21) mit der erhöhten Temperatur ein Signal ausgegeben wird, das den Defekt dieser Solarmodule (21) angibt.