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Technisches Anwendungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensormodul zur Erfassung externer Einflussparameter, insbesondere beim Monitoring von Photovoltaik-Anlagen, das wenigstens eine zur Messung dienende Solarzelle, die zu einer Vorderseite des Sensormoduls hin orientiert ist, und einen Schichtaufbau aufweist, der an den Schichtaufbau der Photovoltaikmodule der Photovoltaik-Anlagen angenähert ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, bei dem das vorgeschlagene Sensormodul zur Erfassung der externen Einflussparameter eingesetzt wird.
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Die zeitliche Veränderung der Leistung bzw. des Energieertrags von Solar- oder Photovoltaikmodulen unterliegt einer Reihe von extrinsischen und intrinsischen Einflussparametern. Zu den extrinsischen Einflussparametern, in der vorliegenden Patentanmeldung auch externe Einflussparameter bezeichnet, gehören variierende Umweltdaten wie die tageszeitabhängige Sonneneinstrahlung, Umgebungstemperaturen, Kühlung, Wind- und Schneelasten sowie bestimmte Eigenschaften der jeweiligen PV-Anlage (PV: Photovoltaik) wie z.B. hohe elektrische Potentiale im String und Verschattungen. Im Falle von bifazialen Solarmodulen spielt auch der Albedo, d.h. die diffuse Reflexion der Sonneneinstrahlung vom jeweiligen Untergrund der PV-Anlage, eine Rolle, stellt also einen weiteren externen Einflussparameter dar. Auch Verschmutzungen der Oberfläche der Solarmodule zählen in der vorliegenden Patentanmeldung zu den externen Einflussparametern. Zu den intrinsischen Parametern gehören Veränderungen der Leistungsfähigkeit auf einer längeren Zeitskala, beispielsweise durch die Degradation von Modulkomponenten. Beispiele sind die lichtinduzierte Degradation (LID) und die photoinduzierte Degradation (PID) der Solarzellen, die Veränderung der polymeren Verkapselungsmaterialien oder die Abrasion der auf dem Deckglas der Solarmodule aufgebrachten Antireflexionsbeschichtung. Diese intrinsischen und extrinsischen Parameter bestimmen den jeweiligen Betriebszustand und Degradationsstatus der Solar- oder Photovoltaikmodule bzw. der diese umfassenden PV-Anlagen auf unterschiedlichen Zeitskalen und beeinflussen zusammen den Ertrag.
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Eine langfristige Bewertung und Prognose der Ertragsdaten einer PV-Anlage erfordert ein präzises Monitoring der relevanten Parameter für Betriebszustand und Degradationsstatus der Anlage. Zu diesem Zweck wird üblicherweise die Leistung der PV-Anlagen im Verlauf der Zeit erfasst. Teilweise werden mit zusätzlichen Sensoren wichtige extrinsische oder intrinsische Parameter gemessen. Die Überlagerung der verschiedenen Faktoren sowie deren zeitliche Änderungen erschweren jedoch eine klare Trennung von speziellen Betriebszuständen und Degradationsstatus. Insbesondere müssen kurzfristige zeitliche Fluktuationen durch extrinsische Parameter, z.B. durch Sonneneinstrahlung oder Temperatur, von langfristigen intrinsischen Degradationsprozessen getrennt werden.
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Stand der Technik
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Für das zeitaufgelöste Monitoring von Leistungs- bzw. Ertragsdaten als Funktion der Sonneneinstrahlung und der Windkühlung einer PV-Anlage sind bereits unterschiedliche Verfahren bekannt. So werden zum Teil zusätzliche Wetterstationen eingesetzt, die beispielsweise über ein Pyranometer, einen Temperatursensor und/oder einen Verschmutzungssensor verfügen. Diese Wetterstationen liefern dann Referenzdaten für die zeitaufgelöste Leistungs- bzw. Ertragsmessung am Wechselrichter der PV-Anlage, um dadurch von den externen Einflussparameter unabhängige Daten über den Betriebszustand der PV-Anlage zu erhalten.
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Die
US 2006/0085167 A1 nutzt für die Erfassung der Referenzdaten ein Sensormodul, in dem die Lichteinstrahlung mit Hilfe einer Solarzelle erfasst und auch die Temperatur aus den Messungen an der Solarzelle bestimmt wird. Die
US 2010/0271199 A1 offenbart die Nutzung autonomer Sensormodule mit unterschiedlichen Sensoren zur Überwachung von Strukturen. Diese Druckschrift befasst sich nicht speziell mit PV-Anlagen und soll Daten über den Zustand der überwachten Strukturen liefern.
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Aus der
EP 2 647 055 B1 ist ein Sensormodul zur Erfassung von externen Einflussparametern beim Monitoring von Photovoltaik-Anlagen bekannt, das mehrere zur Messung dienende Solarzellen aufweist, über die die Sonneneinstrahlung und die Temperatur als externe Einflussparameter gemessen bzw. bestimmt werden können. Zur Bestimmung des Degradationszustandes wird vorgeschlagen, eine Einrichtung zur Erzeugung eines Referenzstroms zu integrieren. Da die im Sensormodul der
EP 2 647 055 B1 eingesetzten Solarzellen aus dem gleichen Material wie die Solarmodule der PV-Anlage aufgebaut sind und damit auf der gleichen Zeitskala degradieren, kann auf diese Weise durch Messung am Sensormodul auf den Degradationszustand der Solarmodule der gesamten PV-Anlage geschlossen werden.
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Die
DE 10 2013 200 681 A1 beschreibt eine Referenzsolarzellenanordnung, die eine Solarzelle mit einer vorderseitigen, zur Bestrahlungsseite gerichteten Oberfläche und einer rückseitigen Oberfläche aufweist, die nicht vollflächig elektrisch kontaktiert ist. Durch die Verkapselung der Solarzelle in einem Gehäuse soll eine dauerhafte Erhaltung der Solarzelleneigenschaften gewährleistet werden. Die beschriebene Anordnung lässt sich zur Kalibrierung von Solarzellen oder Solarmodulen oder auch zur Erfassung externer Einflussparameter einsetzen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Sensormodul sowie ein Verfahren zur Erfassung von externen Einflussparametern beim Monitoring von Photovoltaik-Anlagen anzugeben, das präzisere Referenzdaten über externe Einflussparameter in Echtzeit am Ort der Photovoltaik-Anlage erfassen kann, um sie als Bewertungsreferenz für die Ertragsdatenanalyse zur Verfügung zu stellen.
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Darstellung der Erfindung
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Die Aufgabe wird mit dem Sensormodul und dem Verfahren der Patentansprüche 1 bzw. 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Sensormoduls sowie des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.
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Das vorgeschlagene Sensormodul weist wenigstens eine erste zur Messung dienende Solarzelle, die zu einer Vorderseite des Sensormoduls hin orientiert ist, und wenigstens eine zweite zur Messung dienende Solarzelle auf, die zu einer Rückseite des Sensormoduls hin orientiert ist. Die erste Solarzelle erfasst damit Lichteinstrahlung, die von der Vorderseite auf das Sensormodul trifft, die zweite Solarzelle erfasst - je nach Ausgestaltung des Sensormoduls - entweder an der Rückseite des Sensormoduls oder an Strukturen unterhalb des Sensormoduls reflektierte oder gestreute Anteile der von der Vorderseite einfallenden Lichtstrahlung. Das vorgeschlagene Sensormodul ist aus weitgehend degradationsfreien Komponenten aufgebaut und weist einen Schichtaufbau mit einer vorderseitigen optisch transparenten Abdeckung, einer ersten Schicht eines polymeren Verkapselungsmaterials, einer Schicht mit den Solarzellen, einer zweiten Schicht des polymeren Verkapselungsmaterials und einer rückseitigen Abdeckung auf. Unter den weitgehend degradationsfreien Komponenten sind hierbei Komponenten des Sensormoduls zu verstehen, die eine höhere Degradationsstabilität aufweisen, als die entsprechenden Komponenten der Solar- bzw. PV-Module einer PV-Anlage. Es werden somit für den Aufbau des Sensormoduls beispielsweise Polymermaterialien eingesetzt, die hinsichtlich der für den Ertrag von Solarmodulen wichtigen Parameter, insbesondere der optischen Durchlässigkeit eine höhere Langzeitstabilität aufweisen als die in Solarmodulen von PV-Anlagen eingesetzten Polymermaterialien. Es handelt sich hierbei in der Regel um teurere Materialien wie beispielsweise Polyolefin. In Solarmodulen wird hingegen in der Regel das billigere EVA (Ethylen-Vinylacetat) eingesetzt. Weiterhin werden die Solarzellen derart gewählt, dass sie möglichst keine oder nur eine sehr geringe PID und LID aufweisen. Dies kann bspw. durch geeignete Auswahl bei der Herstellung von Solarzellen in Verbindung mit entsprechenden Messungen oder durch Wahl der Herstellungstechnologie gewährleistet werden. Die vorderseitige Abdeckung des Sensormoduls weist keine Antireflex-Beschichtung auf, um eine Degradation durch Abrieb bzw. Abrasion dieser Antireflex-Beschichtung zu vermeiden.
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Das vorgeschlagene Sensormodul ist vorzugsweise in den äußeren Dimensionen an die Dimensionen von Photovoltaikmodulen in PV-Anlagen angepasst, so dass sich das Sensormodul anstelle eines Photovoltaikmoduls in eine Photovoltaik-Anlage integrieren lässt. Durch Verbindung des Sensormoduls mit einer geeigneten Messeinrichtung können Strom-Spannungs-Kennlinien (I-V-Kennlinien) der ersten und der zweiten Solarzelle erfasst werden, aus denen der Kurzschlussstrom, die Leerlaufspannung sowie die elektrische Leistung der ersten Solarzelle und der Kurzschlussstrom und die Leerlaufspannung der zweiten Solarzelle in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt werden können. Dies ermöglicht die Erfassung des Lichteinfalls und auch der Temperatur (Betriebstemperatur der Solarzelle). Anstelle der Auswertung des Kurzschlussstroms und der Leerlaufspannung kann die Temperatur im Sensormodul auch durch einen oder mehrere in das Sensormodul integrierte Temperatursensoren direkt gemessen werden. Aus der Messung an der zweiten Solarzelle kann das Albedo bestimmt werden, das nicht nur bei bifazialen Solarzellen eine wesentliche Einflussgröße ist, sondern auch die Bestimmung der Art des Lichteinfalls (direkte Sonneneinstrahlung oder diffuse Lichteinstrahlung aufgrund von Bewölkung) ermöglicht. Das vorliegende Sensormodul stellt somit einen optisch-thermischen Multifunktionssensor dar, der sich aufgrund seines Aufbaus direkt in die PV-Anlage am Ort der PV-Module integrieren lässt. Das Sensormodul liefert Referenzdaten zur Bewertung der optisch-thermischen Verluste bzw. Erträge in situ und in Echtzeit. Die Referenzdaten des Sensormoduls erfassen die kurzfristigen Leistungsvariationen durch Umgebungsbedingungen am Ort der Module mit hoher Zeitauflösung: Sonnen- bzw. Lichteinstrahlung, Umgebungstemperatur, Windkühlung und Albedo. Durch den Aufbau mit langzeitstabilen, weitgehend degradationsfreien Komponenten werden degradationsfreie präzise Referenzdaten zum Lichteinfall (optische Verluste) sowie zu modulspezifischen Betriebstemperaturen (thermische Verluste) geliefert. Zu den relevanten optischen Verlusten zählen die Abrasion der Antireflex-Beschichtung, die Polymer-Vergilbung und die Delamination. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Sensormodul auch noch wenigstens einen Sensor zur Erfassung des Verschmutzungsgrades der vorderseitigen optisch transparenten Abdeckung auf. Derartige Sensoren sind kommerziell erhältlich und können ohne weiteres in das vorgeschlagene Sensormodul integriert werden.
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Durch den Aufbau des vorgeschlagenen Sensormoduls, insbesondere durch den vergleichbaren Schichtaufbau, kann das Sensormodul an beliebigen Position in den String der Photovoltaikmodule der PV-Anlage integriert werden. Die Referenzdaten werden damit am Ort der PV-Anlage gewonnen und bilden so die lokalen optischen und thermischen Umgebungs- und Betriebsbedingungen (Inklination, Verschattung, Windkühlung, Temperatur, Albedo, Verschmutzung/Reinigung usw.) mit hoher Präzision ab. Eine geeignete Erfassung und Verrechnung dieser Referenz-Sensormesswerte bzw. Referenzdaten mit den Leistungsdaten der jeweiligen PV-Anlage ermöglicht eine quantitative, schnelle und separate Bewertung von kurzfristigen optisch-thermischen Leistungsfluktuationen und der langfristigen optischen Degradation der PV-Module sowie deren Ursache. Der Abgleich bzw. die Korrelation der PV-Anlagen mit den Referenzdaten ermöglicht eine Identifikation von Degradationsverlusten und Degradationstypen mit geringem Aufwand und ist fernwartungstauglich. Damit können Maßnahmen zur Ertragsoptimierung in der Betriebsführung gezielt und zeitnah geplant und umgesetzt werden.
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Beim vorgeschlagenen Verfahren werden entsprechend mit Hilfe einer mit dem Sensormodul verbundenen Messeinrichtung wenigstens die Strom-Spannungs-Kennlinien der ersten und der zweiten Solarzelle gemessen und daraus Referenzwerte für das Monitoring der Photovoltaik-Anlage oder eine Photovoltaik-Moduls in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um den Kurzschlussstrom, die Leerlaufspannung, die Leistung, das Albedo und die Temperatur. Optional kann bei Einsatz eines Sensors zur Erfassung des Verschmutzungsgrades im Sensormodul auch der Verschmutzungsgrad als Referenzwert bestimmt werden.
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Das vorgeschlagene Sensormodul und das zughörige Verfahren werden bevorzugt bei der kontinuierlichen Überwachung von PV-Anlagen bei Betriebsführung und Instandhaltung eingesetzt. Auch ein Einsatz bei der Überwachung einzelner Photovoltaik-Module und zur Bewertung von Standorten für PV-Anlagen, Minderleistungen bzw. der Ertragsoptimierung ist zeitlich befristet möglich.
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Figurenliste
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Das vorgeschlagene Sensormodul sowie das zugehörige Verfahren werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung nochmals näher erläutert. Hierbei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung für einen beispielhaften Aufbau des vorgeschlagenen Sensormoduls.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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Mit dem vorgeschlagenen Sensormodul lassen sich Referenzdaten zu externen Einflussparametern einer PV-Anlage in Abhängigkeit von der Zeit erfassen oder bestimmen, die dann eine Trennung von kurzfristigen optisch-thermischen Leistungsfluktuationen und langfristiger optischer Degradation der PV-Module beim Leistungs- bzw. Ertragsmonitoring dieser Module ermöglichen. Das Sensormodul liefert dabei langzeitstabile und degradationsfreie Messwerte, insbesondere Kurzschlussstrom-Referenzmesswerte (IscREF), Leerlaufspannungsreferenzwerte (VocREF), Leistungs-Referenzmesswerte (PREF), Albedo-Referenzmesswerte (A), Temperaturmesswerte (T) sowie optional Verschmutzungs-Referenzmesswerte (S) an der bzw. den Solarzellen im Sensormodul. Einige dieser Referenzmesswerte können direkt von einem entsprechenden Sensor im Sensormodul erfasst werden, beispielsweise die Temperatur durch einen separaten Temperatursensor oder der Verschmutzungsgrad durch einen separaten Verschmutzungssensor. Andere Referenzmessdaten wie beispielsweise das Albedo oder der Kurzschlussstrom (Isc) werden aus einer Messung der I-V-Hellkennlinie der invertiert einlaminierten degradationsfreien Solarzelle (Rückseiten-Orientierung) bestimmt bzw. abgeleitet. So lässt sich beispielsweise der Kurzschlussstromkennwert IscREF der zweiten, d.h. zur Rückseite orientierten Solarzelle, aus der gemessenen I-V-Kennlinie dieser Solarzelle bestimmen. Aus diesem Wert lässt sich dann der Albedowert für die PV-Anlage ableiten. Gleichzeitig lässt sich durch zeitliche Korrelationen der IscREF-Werte der beiden Solarzellen das Verhältnis zwischen direkter und indirekter Sonneneinstrahlung ermitteln. Wird kein Temperatursensor eingesetzt, so kann die Temperatur anhand der Werte für Isc und Voc (Leerlaufspannung) einer der Solarzellen des Sensormoduls bestimmt werden. Hierzu wird vorab die unterschiedliche Isc- und Voc-Abhängigkeit der Solarzelle von Einstrahlung und Temperatur im Labor bestimmt. Damit können umgekehrt dann durch Messung beider Werte am Sensormodul die Einstrahlung und die Temperatur aus Isc und Voc bestimmt werden. Die Einstrahlung kann alternativ auch über einen separaten Einstrahlungssensor erfasst werden.
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Das vorgeschlagene Sensormodul weist einen ähnlichen Aufbau auf, wie die Photovoltaikmodule der Photovoltaik-Anlage. Dadurch wird sichergestellt, dass die mit dem Sensormodul ermittelten optisch-thermischen Eigenschaften Isc und P vergleichbar denen der Photovoltaikmodule sind. 1 zeigt hierzu eine schematische Schnittdarstellung des Aufbaus des vorgeschlagenen Sensormoduls aus den unterschiedlichen Schichten. In diesem Beispiel weist das Sensormodul eine erste Solarzelle 1 mit Vorderseitenorientierung, eine zweite Solarzelle 2 mit Rückseitenorientierung, einen Temperatursensor 3, beispielsweise ein einlaminiertes Thermoelement, sowie einen Verschmutzungssensor 4 auf, die im Aufbau der 1 in einer Schicht 7 mit den Solarzellen 1, 2 angeordnet sind.
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Die beiden Solarzellen 1, 2 sind hierbei degradationsfrei ausgeführt und dienen im Falle der ersten Solarzelle 1 zur Messung von IscREF, VocREF und PREF und im Falle der zweiten Solarzelle 2 zur Messung des Albedo (A). Der Verschmutzungssensor 4 liefert einen Verschmutzungswert S zur Normierung der Verschmutzungsabhängigkeit von IscREF(S). Die beiden Solarzellen 1, 2 und im vorliegenden Beispiel auch der Verschmutzungssensor 4 und der Temperatursensor 3 sind zwischen zwei Schichten 6, 8 aus einem hochwertigen, langzeitstabilen Polymerverkapselungsmaterial eingebettet. Das Verkapselungsmaterial wird so gewählt, dass optische Degradation des Verkapselungsmaterials (Yellowing, Delamination) vermieden wird.
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Der Verschmutzungssensor 4 kann vollständig in das Sensormodul integriert sein (Reflexionsmessung) oder optional auch durch eine zusätzliche externe Lichtquelle 10 angeregt werden, wie dies in dem Beispiel der 1 angedeutet ist.
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Auf der Vorderseite weist das vorliegende Sensormodul ein Frontglas 5 ohne Antireflexbeschichtung auf, um eine Abhängigkeit des Wertes von IscREF vom Zustand der Antireflexbeschichtung zu vermeiden. Der Temperatursensor 3 dient zur Messung der Temperatur, um damit die Temperaturabhängigkeit von IscREF(T) zu normieren. An der Rückseite des Sensormoduls ist eine Abdeckschicht 9 vorgesehen, die entweder aus Glas oder aus Folie - entsprechend dem Aufbau der Photovoltaikmodule der PV-Anlage - gebildet ist. Der Glas-Glas- oder Glas-Folie-Modulaufbau wird jeweils so gewählt, dass er vergleichbare optisch-thermische Eigenschaften aufweist, wie die Photovoltaikmodule der PV-Anlage, in der er zum Einsatz kommt (Isc(T) ≈IscREF(T) und P(T) ≈ PREF(T)). Aufgrund seines Aufbaus kann ein derartiges Sensormodul in einfacher Weise flächig in eine bestehende PV-Anlage integriert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Sensormodul in unterschiedlichen Formaten so ausgelegt werden, dass es sich ohne Lücken in PV-Modulflächen integrieren lässt. Das Sensormodul kann hierbei auch weitere Solarzellen aufweisen, die zur zusätzlichen Stromerzeugung in den String der PV-Module der PV-Anlage integriert werden können. Es ist dann mit einer entsprechenden Anzahl von Solarzellen als voll funktionsfähiges stromerzeugendes Modul ausgelegt und im String verschaltet. Lediglich die der Messung dienenden Solarzellen werden nicht zur Stromerzeugung genutzt, sondern sind mit der Messeinrichtung verbunden. Auf diese Weise bildet das Sensormodul den thermischen Betriebszustand der gesamten Anlage besser ab und es können auf einfache Weise auch zusätzlich Messwerte zu Strömen und Spannungen im Modulstring gemessen werden.
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Das Sensormodul wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren durch eine Elektronik bzw. eine Messeinrichtung ausgelesen, wobei die I-V-Hellkennlinie der ersten Solarzelle (Vorderseiten-Orientierung) erfasst und zur Ermittlung der Referenz-Kennwerte IscREF und der Leistung PREF unter den jeweiligen Bedingungen am Standort genutzt wird. Die Temperatur T im Sensormodul wird entweder über den Temperatursensor 3 direkt gemessen oder - wie bereits weiter oben beschrieben - anhand der Isc/Voc-Werte der ersten Solarzelle bestimmt. Aus der I-V-Hellkennlinie der zweiten Solarzelle (Rückseiten-Orientierung) wird der IscRückREF-Referenzkennwert bestimmt, aus dem dann der Albedo-Wert abgeleitet wird.
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Das Sensormodul liefert langzeitstabile, degradationsfreie Referenzdaten, die mit den beim Monitoring gemessenen Kennwerten der PV-Anlage verglichen und in einer zeitlichen Korrelationsanalyse zur Differenzierung zwischen Betriebszuständen, allgemeiner Leistungsdegradation, optischen Degradationen und Verschmutzungen verwendet werden. Durch die Auswertung der I-V-Kennlinie der degradationsstabilen ersten Solarzelle (Vorderseiten-Orientierung) werden der Kurzschlussstrom IscREF sowie die Leistung PREF generiert.
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Die invertiert einlaminierte degradationsstabile zweite Solarzelle (Rückseiten-Orientierung) liefert durch Auswertung ihrer I-V-Kennlinie einen Messwert für rückseitigen Lichteinfall IscRückREF. Daraus werden bei dem Verfahren zeitabhängig Werte für das Albedo A sowie kurzfristige Variationen durch indirekte Strahlungsanteile ermittelt. Zusätzlich werden Messwerte für die Temperatur T der Solarzellen sowie für die Verschmutzung S der Moduloberfläche erfasst bzw. ermittelt. Die Aufzeichnungen erfolgen jeweils in Abhängigkeit von der Zeit t.
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Entsprechend der folgenden Tabelle liefern diese Referenzmesswerte des Sensormoduls zeitaufgelöste Kennwerte zum Betriebszustand der Photovoltaikmodule der PV-Anlage (Sonneneinstrahlung, Temperatur). Durch eine Korrelation mit zeitaufgelösten Kennwerten des Gesamtsystems (Isc(t), P(t)) werden Informationen zur allgemeinen Leistungsdegradation und zu den optischen Verlusten durch Degradation der Antireflexbeschichtung (ARC) und Polymerdegradation sowie zu Verschmutzung/ Soiling-Verlusten ermittelt.
| Referenzsensor | Referenz-Messwert | Messwert-System | zeitliche Korrelation | Betriebszustand | Defekt/ Degradation |
| degr.-stab. Solarzelle (Vorder) | IscREF(t) | kein | | Sonneneinstrahlung | |
| degr.-stab. Solarzelle (Vorder) | IscREF(t) | Isc(t) | Isc(t) vs. IscREF(t) | | opt. Verluste (ARC, yellowing) |
| degr.-stab. Solarzelle (Vorder) | PREF(t) | P(t) | P(t) vs. PREF(t) | | Leistungsdegradation |
| Thermoelement | T(t) | P(t) | P(t) vs. T(t) | Arbeitstemperatur | |
| Sensor Soiling | S(t) | P(t) | P(t) vs. S(t) | | Verschmutzung |
| degr.-stab. Solarzelle (Rück) | IscRückREF(t) | kein | | indirekte Sonneneinst., Albedo | |
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In einer speziellen Ausführung des vorgeschlagenen Sensormoduls können auch mehrere degradationsfreie erste Solarzellen (Vorderseiten-Orientierung) jeweils in verschiedenen Verkapselungsmaterialien, beispielsweise auch mit schwarzen und weißen Rückseitenfolien, einlaminiert werden, um den jeweiligen Lichteinfang (IscREF-Kennwerte) und die Leistung (PREF-Kennwerte) für spezifische Modulaufbauten (cell-to-module ratio) zu ermitteln.
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Weiterhin können auch noch zusätzliche Funktionen im Sensormodul vorgesehen sein bzw. in das Sensormodul integriert oder gemessen werden. So besteht die Möglichkeit, durch Erfassung von Rser-, Rshunt-Referenzmesswerten (Rser: Serienwiderstand) der degradationsstabilen Solarzelle elektrische Verluste wie beispielsweise Shunts, LID/PID oder Zellbrüche, zu bewerten. Die Modulmaterialien können beim vorgeschlagenen Sensormodul auch austauschbar appliziert sein (Gläser, Folien, Polymere), um diese Komponenten jeweils an die Photovoltaikmodule einer PV-Anlage anpassen zu können oder um das Sensormodul auch zur Prüfung dieser Komponenten in einer Klimakammer oder im Außeneinsatz einsetzen zu können. Das Sensormodul kann mit einer autarken Stromversorgung ausgestattet sein, die beispielsweise durch eine oder mehrere integrierte Solarzellen und einen Speicherakku gebildet sein kann. Weiterhin kann das Sensormodul auch mit einer Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung, beispielsweise über einen Mobilfunkanschluss, ausgebildet sein.
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Da das Sensormodul degradationsstabil ausgelegt ist, werden im Wesentlichen die kurzfristigen Variationen von IscREF und PREF unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen und des Betriebszustandes T und S am Ort der PV-Anlage erfasst. Die gemessenen Daten werden als Zeitserien erfasst und zur weiteren Verarbeitung übermittelt und mit den Daten der PV-Anlage Isc und P verglichen. Die von dem Sensormodul erzeugten Referenzdaten können auch als Maß für die optimale Gesamtsystemleistung unter dem jeweiligen Betriebs- und Standortbedingungen herangezogen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erste Solarzelle (Vorderseitenorientierung)
- 2
- Zweite Solarzelle (Rückseitenorientierung)
- 3
- Temperatursensor
- 4
- Verschmutzungssensor
- 5
- Frontglas
- 6
- Langzeitstabiles Polymer
- 7
- Schicht mit Solarzellen
- 8
- Langzeitstabiles Polymer
- 9
- Rückglas oder Folie
- 10
- Lichtquelle
