DE19701152A1 - Vorrichtungen und Verfahren zur Detektion von Leiterbahnunterbrechungen bei Solarmodulen - Google Patents
Vorrichtungen und Verfahren zur Detektion von Leiterbahnunterbrechungen bei SolarmodulenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Detektion
von Leiterbahnunterbrechungen bei Solarmodulen.
Bei aus einzelnen über Leiterbahnen miteinander verbundenen
Solarzellen aufgebauten Solarmodulen kommt es trotz deren im
allgemeinen hohen Zuverlässigkeit zu Unterbrechungen in den
Leiterbahnen, die zu einer Unbrauchbarkeit des Solarmodules und
in ungünstigen Fällen zu einer Zerstörung des mechanischen
Aufbaus infolge starker Wärmeentwicklung führen können. Neben
einer Endkontrolle von Solarmodulen nach der Fertigung zum
Feststellen von bereits bei der Fertigung aufgetretenen Leiterbahn
unterbrechungen oder auch zur Kontrolle von bereits im Einsatz
befindlichen Solarmodulen beispielsweise vor Ablauf der Gewähr
leistungszeit durch den Kunden besteht daher ein Bedarf nach
einer einfach durchzuführenden Überprüfung der Solarmodule auf
Leiterbahnunterbrechungen.
Bislang befinden sich für eine derartige Prüfaufgabe Vorrichtungen
im Einsatz, die mit thermischen Detektoren im Bereich von Leiter
bahnunterbrechungen häufig, aber nicht ausschließlich aus diesem
Grund auftretende Wärmeentwicklungen im Lastbetrieb erfassen
sollen. Diese Vorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, daß
sie technisch sehr aufwendig und für eine schnelle Routineüber
prüfung von Solarmodulen insbesondere im Lastbetrieb aufgrund
der teilweisen Abschattung und damit verbundenen Verfälschung
der Meßergebnisse wenig geeignet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen und
Verfahren zur Detektion von Leiterbahnunterbrechungen bei
unbelasteten Solarmodulen mit verhältnismäßig geringem tech
nischen Aufwand zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Detektion von
Leiterbahnunterbrechungen bei Solarmodulen gelöst mit einem
wenigstens eine Induktivität aufweisenden Resonanzkreis, wobei
die wenigstens eine Induktivität an eine zwischen zwei benach
barten Solarzellen des Solarmodules ausgebildete Leiterschleife
induktiv ankoppelbar ist, und mit einem in den Resonanzkreis
geschalteten Meßwertwandler zum Erfassen von durch die Kopp
lung an die Leiterschleife beeinflußten Kenngrößen des Resonanz
kreises.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Detektion von Leiter
bahnunterbrechungen bei Solarmodulen gelöst, bei dem ein Reso
nanzkreis induktiv mit einer zwischen zwei benachbarten Solarzel
len des Solarmodules ausgebildeten Leiterschleife angekoppelt
wird und Änderungen der Oszillationseigenschaften des Resonanz
kreises erfaßt werden.
Diese Aufgabe wird durch eine weitere Vorrichtung zur Detektion
von doppelseitigen Leiterbahnunterbrechungen bei Solarmodulen
gelöst mit wenigstens zwei als Leiterplatten ausgebildeten Koppel
elementen, die jeweils an Solarzellen des Solarmodules kapazitiv
ankoppelbar sind, mit einer Ansteuerschaltung, mit der die Koppel
elemente mit einer Spannung beaufschlagbar sind, und mit einer
Auswerteeinheit, mit der die durch die Koppelelemente und die
Solarzellen gebildete effektiv wirkende Kapazität bestimmbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein weiteres Verfahren zur Detektion
von doppelseitigen Leiterbahnunterbrechungen bei Solarmodulen
gelöst, bei dem die Änderung einer zwischen als Leiterplatten
ausgebildeten Koppelelementen und Solarzellen des Solarmoduls
ausgebildeten effektiv wirkenden Kapazität bei einer Leiterbahnun
terbrechung gegenüber intakten Leiterbahnen bestimmt wird.
Gemäß der Erfindung sind zur Detektion von Leiterbahnunter
brechungen bei Solarmodulen Wechselwirkungseigenschaften von
Solarzellen des Solarmodules mit leitungsfrei angekoppelten
Schaltkreisen ausgenutzt, die zu Änderungen von Kenngrößen des
angekoppelten Schaltkreises in Abhängigkeit davon führen, ob
zwischen Solarzellen Leiterbahnunterbrechungen vorliegen oder
nicht.
Durch die induktive Kopplung einer in einem Resonanzkreis inte
grierten Induktivität an eine zwischen zwei benachbarten Solar
zellen des Solarmodules ausgebildete Leiterschleife sind bei der
erstgenannten Vorrichtung und dem erstgenannten Verfahren die
Kenngrößen des Resonanzkreises von dem Scheinwiderstand der
Leiterschleife abhängig, so daß mit verhältnismäßig geringem
technischen Aufwand durch Leiterbahnunterbrechungen hervor
gerufene Änderungen von Kenngrößen über den Meßwertwandler
erfaßbar sind, ohne daß eine auch nur geringe Belastung des
Solarmodules notwendig ist.
In einer Ausgestaltung weist der Resonanzkreis eine parallel zu
einer Kapazität geschalteten Induktivität auf, die gemeinsam mit
Wechselspannung aus einem Wechselspannungsgenerator beauf
schlagt sind.
In einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Resonanzkreis durch
eine in Reihe zu einer Kapazität geschalteten Induktivität gebildet,
wobei die Reihenschaltung von Kapazität und Induktivität an einen
Wechselspannungsgenerator angeschlossen ist.
Bei den beiden vorgenannten Ausführungen ist die Frequenz eines
Wechselspannungsgenerators so gewählt, daß die erfaßte Kenn
größe einer beschädigungsfreien Leiterschleife im Bereich steiler
Flanken der zugehörigen Scheinwiderstandskennlinie liegt, so daß
sich bei einem beispielsweise als Strommeßeinheit ausgebildeten
Meßwertwandler Veränderungen des Scheinwiderstandes der
Leiterschleife deutliche Änderungen des in dem Resonanzkreis
fließenden Stromes ergeben- die über Anzeigemittel akustisch
und/oder optisch ausgebbar sind.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der Resonanzkreis durch
einen eine Parallelschaltung oder Reihenschaltung von Induktivität
und Kapazität sowie eine induktiv gekoppelte Rückkoppelinduktivi
tät auf, die jeweils an eine Steuereinheit zur aktiven Anregung
einer Schwingung angeschlossen sind. Bei dieser Ausgestaltung
ist bei induktiver Kopplung einer Leiterschleife eine Bedämpfung
des Schwingkreises erzielt, deren Änderung durch Leiterbahn
unterbrechungen beispielsweise durch Erfassen der eintretenden
Änderung des Stromes, der Schwingungsamplitude oder der
Schwingungsfrequenz erfaßbar ist.
Bei der zweitgenannten Vorrichtung und dem zweitgenannten
Verfahren sind doppelseitige Leiterbahnunterbrechungen über
Vermessen der durch die Koppelelemente und die Solarzellen
gebildeten effektiv wirkenden Kapazität durch Beaufschlagen mit
einer Spannung und Erfassen des durch die effektiv wirkende
Kapazität beeinflußten Kenngrößen bei unbelasteten Solarmodulen
mit einem verhältnismäßig geringen technischen Aufwand mög
lich. Als Kenngrößen sind beispielsweise die durch die effektiv
wirkende Kapazität bestimmte Zeitkonstante eines einen ohm
schen Widerstand und eine Kapazitätsanordnung aufweisenden
sogenannten RC-Gliedes, die Resonanzfrequenz eines eine Indukti
vitätsanordnung und eine Kapazitätsanordnung aufweisenden
sogenannten LC-Schwingkreises oder die induzierte Phasenver
schiebung gegenüber einer periodischen Anregungsspannung
vorgesehen.
In verschiedenen Ausgestaltungen der zweitgenannten Vorrich
tung und des zweitgenannten Verfahrens sind zu der effektiv
wirkenden Kapazität parallel oder in Reihe ohmsche Widerstände,
eine Konstantstromsenke oder eine Konstantstromquelle geschal
tet. Diese bilden mit der effektiv wirkenden Kapazität ein Zeitglied,
dessen Änderung der Zeitkonstanten bei Vorliegen einer doppel
seitigen Leiterbahnunterbrechung im Vergleich zu fehlerfreien
Leiterbahnen erfaßbar und zur Detektion von doppelseitigen
Leiterbahnunterbrechungen auswertbar ist.
In weiteren Ausführungsbeispielen der zweitgenannten Vorrich
tung und des zweitgenannten Verfahrens ist die effektiv wirkende
Kapazität Bestandteil von Resonanzkreisen, die parallel oder in
Reihe zu der effektiv wirkenden Kapazität geschaltete Induktivi
täten aufweisen.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung
sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die
Figuren der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem mit aus ein
zelnen Solarzellen aufgebauten Solarmodul
im Schnitt,
Fig. 2 mehrere mit Leiterbahnen verbundene
Solarzellen des Solarmodules gemäß Fig. 1
in einer perspektivischen Darstellung,
Fig. 3 die Anordnung gemäß Fig. 2 mit typischen
Leiterbahnunterbrechungen,
Fig. 4 eine Vorrichtung zur Detektion von Leiter
bahnunterbrechungen bei Solarmodulen mit
einem Parallelresonanzkreis in einem Block
schaltbild,
Fig. 5 eine Vorrichtung zur Detektion von Leiter
bahnunterbrechungen bei Solarmodulen mit
einem Serienresonanzkreis in einem Block
schaltbild,
Fig. 6 eine Vorrichtung zur Detektion von Leiter
bahnunterbrechungen bei Solarmodulen mit
einem Schwingkreis in einem Blockschalt
bild,
Fig. 7 bis Fig. 9 Ausführungsbeispiele von Resonanzkreis
induktivitäten in perspektivischen Dar
stellungen,
Fig. 10 und Fig. 11 in einem Blockschaltbild an Solarzellen
eines Solarmoduls kapazitiv gekoppelte
Koppelelemente, die mit einem ohmschen
Widerstand jeweils zu einem Zeitglied ver
schaltet sind,
Fig. 12 und Fig. 13 in einem Blockschaltbild an Solarzellen
eines Solarmodules kapazitiv gekoppelte
Koppelelemente, an die eine Konstant
stromsenke und eine Konstantstromquelle
angeschlossen sind, und
Fig. 14 und Fig. 15 in einem Blockschaltbild an Solarzellen
eines Solarmoduls kapazitiv gekoppelte
Koppelelemente, die mit einer Induktivität
parallel beziehungsweise in Reihe ge
schaltet sind.
Fig. 1 zeigt ein aus mehreren einzelnen Solarzellen 1 aufgebautes
Solarmodul 2 in einer geschnittenen Seitenansicht. Die einzelnen
Solarzellen 1 sind über eine erste Leiterbahn 3 und eine zweite
Leiterbahn 4 elektrisch miteinander verbunden. Die Leiterbahnen
3, 4 sind verhältnismäßig dünn und somit sehr empfindlich gegen
über mechanischen Belastungen. Die Solarzellen 1 sind in einem
transparenten Füllstoff 5 eingebettet, der beidseitig mit einer
rückseitigen ersten Glasplatte 6 und einer von einfallender Strah
lung beaufschlagbaren zweiten Glasplatte 7 oder in Abwand
lungen mit Kunststoffolien bedeckt ist.
Derartig aufgebaute Solarmodule 2 sind im Dauerbetrieb sehr
zuverlässig, allerdings kommt es beispielsweise aufgrund von
Fertigungsfehlern oder unsachgemäßer Handhabung bei Transport
und Einbau mitunter zu Unterbrechungen von Leiterbahnen 3, 4,
die beispielsweise bei Haarrissen aufgrund verhältnismäßig hoher
elektrischer Feldstärken zu Lichtbögen und großflächigeren Schä
digungen aufgrund Wärmeentwicklung führen.
Fig. 2 zeigt eine Anzahl von Solarzellen 1 eines Solarmodules 2
gemäß Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung. Die Solarzellen
1 weisen mehrere aneinandergrenzende Streifenleiter 8 auf, die
der Sammlung und Ableitung von durch einfallende Strahlung
erzeugten Ladungsträgern dienen. In der Regel sind die Solarzellen
1 auf ihrer von der einfallenden Strahlung abgewandten Unterseite
9 vollflächig metallisiert, wobei die quer zu den Streifenleitern 8
verlaufenden und mit diesen elektrisch kontaktierten Leiterbahnen
3, 4 an einer Randseite einer Solarzelle 1 von der Unterseite 9 auf
die Oberseite 10 durchgeführt sind, so daß die einzelnen Solarzel
len 1 innerhalb eines Solarmodules 2 elektrisch in Reihe geschaltet
sind.
Zwischen zwei benachbarten Solarzellen 1 ist jeweils eine Leiter
schleife 11 gebildet, die sich aus den zwischen Solarzellen 1
verlaufenden Abschnitten der Leiterbahnen 3, 4 sowie den rand
seitigen Streifenleitern 8 zusammensetzen. Die Leiterschleifen 11
weisen im fehlerfreien Zustand einen Scheinwiderstand auf, der in
erster Linie aus dem durch die im Vergleich zu den Leiterbahnen
relativ hochohmigen Streifenleiter 8 gebildeten ohmschen Wider
stand und einem induktiven Blindwiderstand zusammengesetzt ist.
Fig. 3 zeigt die Anordnung gemäß Fig. 2 mit einigen typischen
Leiterbahnunterbrechungen. Zwischen den beiden in der Dar
stellung gemäß Fig. 3 linken Solarzellen 1 ist eine die erste Leiter
bahn 3 unterbrechende einseitige Leiterbahnunterbrechung 12
gezeigt. Weiterhin sind die in der Darstellung gemäß Fig. 3 beiden
rechten Solarzellen 1 aufgrund einer beide Leiterbahnen 3, 4
unterbrechenden doppelseitigen Leiterbahnunterbrechung 13
elektrisch vollkommen voneinander getrennt. Schließlich ist bei der
in der Darstellung gemäß Fig. 3 mittleren Solarzelle 1 ein längs der
Streifenleiter 8 und damit quer zu der Solarzelle 1 verlaufender
Zellbruch 14 als Leiterbahnunterbrechung dargestellt, der wie die
doppelte Leiterbahnunterbrechung 13 beide Leiterbahnen 3, 4 voll
ständig unterbricht.
Durch einseitige Leiterbahnunterbrechungen 12 oder doppelseitige
Leiterbahnunterbrechungen 13 ändert sich der aus dem ohmschen
Widerstand und dem induktiven Blindwiderstand zusammenge
setzte Scheinwiderstand der Leiterschleife 11.
Fig. 4 zeigt in einem Blockschaltbild eine Vorrichtung zur Detek
tion von Leiterbahnunterbrechungen 12, 13 mit einem als Parallel
resonanzkreis 15 ausgebildeten passiven Resonanzkreis. Der
Parallelresonanzkreis 15 ist in dem in Fig. 4 dargestellten Ausfüh
rungsbeispiel aus einem Parallelkondensator 16 als Kapazität und
einer Parallelspule 17 als Induktivität aufgebaut, die parallel ge
schaltet sind. Der Parallelresonanzkreis 15 ist an einen Wechsel
spannungsgenerator 18 angeschlossen, mit dem eine Wechsel
spannung mit einer im steilen Flankenbereich der Scheinwider
standskennlinie des Parallelresonanzkreises 15 liegenden Frequenz
erzeugbar ist. Zwischen dem Parallelresonanzkreis 15 und dem
Wechselspannungsgenerator 18 ist als Meßwertwandler eine
Strommeßeinheit 19 geschaltet.
Zur Detektion von Leiterbahnunterbrechungen 12, 13 bei Solarmo
dulen 2 ist die Resonanzkreisspule 17 im Bereich der in Fig. 4 mit
einem ohmschen Widerstandssymbol 20 und einem Induktivitäts
symbol 21 dargestellte Leiterschleife 11 angeordnet, so daß
zwischen der Leiterschleife 11 und dem Parallelresonanzkreis 1 5
eine durch parallele Striche 22 dargestellte induktive Kopplung
auftritt.
Die Gesamtkennlinie des induktiv mit der Leiterschleife 11 ge
koppelten Parallelresonanzkreises 15 ist von dem ohmschen
Widerstand und dem induktiven Blindwiderstand der Leiterschleife
11 abhängig. Mit der Strommeßeinheit 19 sind über in Fig. 4 nicht
dargestellte Anzeigemittel Änderungen in dem ohmschen Wider
stand und/oder dem induktiven Blindwiderstand der Leiterschleife
11 bei Leiterunterbrechungen 12, 13 im Vergleich zu den ent
sprechend Werten bei fehlerfreien Leiterschleifen 11 anzeigbar,
indem über die induktive Kopplung in den Parallelresonanzkreis 15
insbesondere im Bereich steiler Kennlinienflanken bereits gering
fügige Änderungen des Scheinwiderstandes der Leiterschleife 11
zu deutlichen Änderungen der in dem durch den Parallelresonanz
kreis 15 und den Wechselspannungsgenerator 18 gebildeten
Stromkreis fließenden Ströme hervorrufen.
Fig. 5 zeigt in einem Blockschaltbild ein weiteres Ausführungsbei
spiel einer Vorrichtung zur Detektion von Leiterbahnunterbrechun
gen bei Solarmodulen 2 mit einem als Serienresonanzkreis 23
ausgebildeten Resonanzkreis, der aus einer in Reihe zu einem
Serienkondensator 24 als Kapazität geschalteten Serienspule 25
als Induktivität aufgebaut ist. Der Serienresonanzkreis 23 ist
entsprechend dem Parallelresonanzkreis 15 über eine Strommeß
einheit 26 mit in Fig. 5 nicht dargestellten Anzeigemitteln an einen
Wechselspannungsgenerator 27 angeschlossen. Weiterhin ist eine
parallel zu der Serienspule 25 geschaltete Spannungsmeßeinheit
26' vorgesehen, mit der als Kenngröße die an der Serienspule 25
abfallende Spannung meßbar ist.
In der Darstellung gemäß Fig. 5 ist der Serienresonanzkreis 23
induktiv entsprechend der Darstellung gemäß Fig. 4 an eine Leiter
schleife 11 gekoppelt. Mit dem Wechselspannungsgenerator 27
ist eine Wechselspannung mit einer Frequenz erzeugbar, die im
Bereich des steilsten Flankenabschnittes der Scheinwiderstands
kennlinie bei Kopplung des Serienresonanzkreises 23 mit einer
fehlerfreien Leiterschleife 11 liegt. Bei Änderungen des Schein
widerstandes der Leiterschleife 11 durch Leiterunterbrechungen
12, 13 verschiebt sich die Kennlinie, so daß mit der Strommeß
einheit 26 und/oder der Spannungsmeßeinheit 26' mit in Fig. 5
nicht dargestellten Anzeigemitteln Leiterunterbrechungen 12, 13
detektierbar sind.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur
Detektion von Leiterbahnunterbrechungen bei Solarmodulen 2 in
einem Blockschaltbild, die als Resonanzkreis einen Schwingkreis
28 aufweist. Der Schwingkreis 28 verfügt über eine induktiv an
die Leiterschleife 11 ankoppelbare Schwingkreisspule 29, die
parallel zu einer Schwingkreiskapazität 30 geschaltet ist. Die
parallel geschaltete Schwingkreisspule 29 und Schwingkreiskapa
zität 30 sind über eine Strommeßeinheit 31 an eine Ansteuer
einheit 32 angeschlossen. An die Schwingkreisspule 29 ist wie
durch die parallelen Striche 22 gekennzeichnet induktiv eine Rück
koppelspule 33 gekoppelt, die als Rückkoppelelement zur An
regung der Schwingung ebenfalls an die Ansteuereinheit 32
angeschlossen ist. Mittels der Ansteuereinheit 32 ist der Schwing
kreis 28 im Leerlauf im Bereich der Resonanzfrequenz betrieben.
Bei induktiver Kopplung an eine Leiterschleife 11 ist der Schwing
kreis 28 in Abhängigkeit des Scheinwiderstandes der Leiterschlei
fe 11 unter Verschiebung der Resonanzfrequenz mit entsprechen
der Änderung der in dem Resonanzkreis 28 fließenden Ströme
gedämpft, wobei mit der Strommeßeinheit 31 über in Fig. 6 nicht
dargestellte Anzeigemittel zum Detektieren von Leiterbahnunter
brechungen 12, 13 bei Änderung des Scheinwiderstandes der
Leiterschleife 11 die dadurch verursachte Stromänderung anzeig
bar ist, wobei durch den Betrieb des Schwingkreises 28 im Be
reich der Resonanzfrequenz sich bereits geringfügige Änderungen
in der Bedämpfung in merklichen Stromänderungen niederschla
gen. Neben einer Änderung des Stromes sind mittels einer parallel
geschalteten Spannungsmeßeinheit 31' die Änderung der Schwin
gungsamplitude in dem Resonanzkreis und/oder mittels einer
parallel geschalteten Frequenzmeßeinheit 31'' Änderungen der
Frequenz als weitere Kenngrößen erfaßbar.
Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel einer Vorrich
tung zur Detektion von Leiterbahnunterbrechungen bei Solarmodu
len 2 ist als Resonanzkreis ein Schwingkreis vorgesehen, der eine
induktiv an die Leiterschleife 11 ankoppelbare Reihenschwing
kreisspule aufweist, zu der in Reihe eine Reihenschwingkreiskapa
zität geschaltet ist. Die Reihenschwingkreisspule und Reihen
schwingkreiskapazität sind entsprechend dem mit Bezug auf Fig.
6 beschriebenen Ausführungsbeispiel an Meßwertwandler ange
schlossen, um durch die Kopplung an die Leiterschleife 11 beein
flußte Kenngrößen des Schwingkreises zu erfassen.
Fig. 7 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine Ausführung
der Parallelspule 17 als Beispiel für die Induktivität des Parallel
resonanzkreises 15. Die Parallelspule 17 ist aus einem U-förmigen
Spulenkern 34 sowie einer um die Basis des U-förmigen Spulen
kerns 34 gelegten Spulenwicklung 35 aufgebaut. In der Darstel
lung gemäß Fig. 7 ist die Parallelspule 17 so im Bereich eines sich
zwischen zwei benachbarten Solarzellen 1 erstreckenden Ab
schnittes der zweiten Leiterbahn 4 angeordnet, daß diese mit
ihrem sich zwischen zwei Solarzellen 1 erstreckenden Abschnitt
zwischen den Enden des U-förmigen Spulenkernes 34 erstreckt,
so daß eine gute induktive Kopplung mit der zugehörigen Leiter
schleife 11 hergestellt ist.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausgestaltung beispielsweise der Serien
spule 25 des Serienresonanzkreises 23 gemäß dem in Zusammen
hang mit Fig. 5 erläuterten Ausführungsbeispiel als Induktivität,
die aus einem E-förmigen Spulenkern 36 sowie einer um den
mittleren Schenkel des E-förmigen Spulenkernes 36 gelegten
Spulenwicklung 37 aufgebaut ist. In der Darstellung gemäß Fig. 8
ist der E-förmige Spulenkern 36 so angeordnet, daß sowohl die
erste Leiterbahn 3 als auch die zweite Leiterbahn 4 in ihren sich
zwischen zwei benachbarten Solarzellen erstreckenden Abschnit
ten zwischen zwei benachbarten Enden des E-förmigen Spulen
kernes 36 verlaufen. Bei dieser Ausgestaltung ist eine besonders
gute induktive Kopplung mit der Leiterschleife 11 erzielt.
Fig. 9 zeigt in einer perspektivischen Darstellung als Ausgestal
tung einer Induktivität für den Schwingkreis 28 die Schwingkreis
spule 29 gemäß dem in Zusammenhang mit Fig. 6 erläuterten
Ausführungsbeispiel, die aus einem quaderförmigen Spulenkern 37
mit einer den quaderförmigen Spulenkern 37 umgebenden Spulen
wicklung 38 aufgebaut ist. Zum Hervorrufen der induktiven Kopp
lung mit einer Leiterschleife 11 ist wie in Fig. 9 dargestellt die
Schwingkreisspule 29 zwischen zwei sich zwischen benachbarten
Solarzellen 1 erstreckenden Abschnitten der Leiterbahnen 3, 4
anzuordnen.
Selbstverständlich sind die anhand Fig. 7, Fig. 8 und Fig. 9 erläu
terten Ausgestaltungen von Induktivitäten jeweils auch bei den in
Zusammenhang mit den einzelnen Figuren nicht erläuterten Reso
nanzkreisen 15, 23 beziehungsweise bei dem Schwingkreis 28
verwendbar.
Fig. 10 zeigt in einem Blockschaltbild ein gemäß Fig. 1 bis Fig. 3
aufgebautes Solarmodul 2, das aus einzelnen in Reihe geschalte
ten Solarzellen 1 aufgebaut ist. Zwischen zwei Solarzellen 1 liegt
eine doppelseitige Leiterbahnunterbrechung 13 der Leiterbahnen
3, 4 vor.
Die in Fig. 10 dargestellt Vorrichtung zur Detektion von doppelsei
tigen Leiterbahnunterbrechungen 13 verfügt über ein erstes
Koppelelement 101 und ein zweites Koppelelement 102, die beide
als flache Leiterplatten ausgebildet sind. In der Darstellung gemäß
Fig. 10 sind die Koppelelemente 101, 102 im Bereich zweier
benachbarter Solarzellen 1 angeordnet, so daß zwischen den
benachbarten Solarzellen 1 und Koppelelementen 101, 102 eine
kapazitive Kopplung besteht.
Bei der in Fig. 10 dargestellten Vorrichtung ist parallel zwischen
die Koppelelemente 101, 102 ein ohmscher Parallelwiderstand
103 geschaltet, der zusammen mit der durch die Koppelelemente
101, 102 sowie den Solarzellen 1 gebildeten effektiv wirkenden
Kapazität ein Widerstands-Kondensator- (RC-) Zeitglied 104
bildet. Das Zeitglied 104 ist mit seinen beiden Anschlüssen an
eine Ansteuereinheit 105 angeschlossen und bildet mit dieser
beispielsweise eine monostabile oder astabile Kippstufe, deren
Kenngrößen wie Einschaltdauer, Periodendauer oder Taktfrequenz
durch die Größe der durch die Koppelelemente 101, 102 sowie
die Solarzellen 1 gebildeten effektiv wirkenden Kapazität bestimmt
werden.
Die Ansteuereinheit 105 ist an eine Auswerteeinheit 106 ange
schlossen, mit der die genannten Kenngrößen der aus dem Zeit
glied 104 und der Ansteuereinheit 105 gebildeten Kippschaltung
bestimmbar und anzeigbar sind.
An die Auswerteeinheit 106 sind ein beispielsweise als Laut
sprecher mit Frequenzumsetzer ausgebildeter Akustikwandler 107,
ein beispielsweise als Zeigerinstrument ausgebildeter Analog
optowandler 108 sowie eine optische Durchgangsanzeige 109
und eine optische Störungsanzeige 110 angeschlossen. Mit dem
Akustikwandler 107 ist die Taktfrequenz der aus dem Zeitglied
104 und der Ansteuereinheit 105 beispielsweise gebildeten
astabilen Kippstufe akustisch in den Hörbereich des menschlichen
Ohres wandelbar. Mit dem Analogoptowandler 108 ist beispiels
weise eine der Taktfrequenz der Kippschaltung proportionale
Spannung anzeigbar. Mit der optischen Durchgangsanzeige 109
beziehungsweise der optischen Störungsanzeige 110 ist schließ
lich in Abhängigkeit von vorbestimmten, in der Auswerteeinheit
106 abgespeicherten Schwellwerten beispielsweise bezüglich der
Taktfrequenz der Kippschaltung bei störungsfreien Leiterbahnen 3,
4 zwischen den im Bereich der Koppelelemente 101, 102 ange
ordneten Solarzellen 1 ein einwandfreier Zustand beziehungsweise
bei einer zwischenliegenden doppelseitigen Leiterbahnunter
brechung 13 eine Störung beispielsweise durch eine grüne bezie
hungsweise eine rote Leuchtdiode anzeigbar.
Sind die Koppelelemente 101, 102 im Bereich von Solarzellen 1
angeordnet, zwischen denen die Leiterbahnen 3, 4 in einwand
freiem Zustand sind, weist das Zeitglied 104 einen ersten Satz
von Kenngrößen auf, die von der durch die Koppelelemente 101,
102 und die Solarzellen 1 gebildeten effektiv wirkenden Kapazität
abhängen. Sind hingegen die Leiterbahnen 3, 4 zwischen den an
die Koppelelemente 101, 102 angekoppelten Solarzellen 1 unter
brochen, ergibt sich aufgrund der geänderten Kapazität ein zweiter
Satz von Kenngrößen, die sich von dem ersten Satz deutlich
unterscheiden und jenseits der betreffenden Schwellwerte liegen.
Fig. 11 zeigt in einem Blockschaltbild eine weitgehend ent
sprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 aufgebaute
Vorrichtung zur Detektion von doppelseitigen Leiterbahnunter
brechungen 13 bei Solarmodulen 2, wobei die sich in Fig. 10 und
Fig. 11 entsprechenden Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen
versehen und nicht näher erläutert sind. Die in Fig. 11 dargestellte
Vorrichtung verfügt über eine Reihenansteuereinheit 111, an die
Koppelelemente 101, 102 und ein in Reihe in eine weitere Ver
bindungsleitung zwischen dem ersten Koppelelement 101 und der
Reihenansteuereinheit 111 geschalteter ohmscher Reihenwider
stand 112 unter Bildung eines Zeitgliedes 113 angeschlossen
sind.
Auch bei dem durch eine Reihenschaltung des Reihenwiderstandes
112 und der durch die Koppelelemente 101, 102 sowie den
diesen benachbarten Solarzellen 1 gebildeten effektiv wirkenden
Kapazität gebildeten Zeitglied 113 sind die entsprechenden Kenn
größen von der durch die Koppelelemente 101, 102 sowie deren
benachbarten Solarzellen 1 gebildete effektiv wirkende Kapazität
abhängig, so daß das Vorliegen von einwandfreien Leiterbahnen 3,
4 zwischen diesen Solarzellen 1 oder eine doppelseitige Leiter
bahnunterbrechung 13 aufgrund der Kapazitätsänderung bestimm
bar ist.
In weiteren, gegenüber den anhand Fig. 10 und Fig. 11 erläuterten
Ausführungen abgewandelten Ausgestaltungen ist vorgesehen,
daß mit der jeweiligen Ansteuereinheit 105, 111 die durch die
Koppelelemente 101, 102 sowie die ihnen benachbarten Solarzel
len 1 gebildete effektiv wirkende Kapazität periodisch aufgeladen
oder entladen wird. Mit der Auswerteeinheit 106 ist bei diesen
Ausgestaltungen die sich aufgrund der anschließenden Entladung
oder Aufladung über den betreffenden ohmschen Widerstand 103,
112 einstellende mittlere Spannung erfaßbar und Änderungen
aufgrund von Leiterbahnunterbrechungen 13 gegenüber intakten
Leiterbahnen 3, 4 ausgebbar.
Fig. 12 zeigt in einem Blockschaltbild ein weiteres Ausführungs
beispiel einer Vorrichtung zur Detektion von doppelseitigen Leiter
bahnunterbrechungen 13 bei Solarmodulen 2, die ähnlich zu den
anhand Fig. 10 und Fig. 11 erläuterten Vorrichtungen mit ent
sprechenden mit gleichen Bezugszeichen versehenen Bauelemen
ten aufgebaut ist. Parallel zwischen die an eine Ansteuereinheit
113 angeschlossenen Koppelelemente 101, 102 ist eine Konstant
stromsenke 114 geschaltet, mit der die sich zwischen den Koppel
elementen 101, 102 ergebende effektiv wirkende Kapazität nach
deren periodischer Aufladung auf einen Anfangsspannungswert
durch die Ansteuereinheit 113 mit konstantem Strom entladen
wird. Bei dem in Fig. 12 dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt
sich bei kapazitiver Kopplung der Koppelelemente 101, 102 mit
über einwandfreie Leiterbahnen 3, 4 miteinander verbundenen
Solarzellen 1 ein zwischen den Koppelelementen 101, 102 anlie
gender erster mittlerer Spannungswert, während sich bei Vor
liegen einer doppelten Leiterbahnunterbrechung 13 zwischen den
an die Koppelelemente 101, 102 gekoppelten Solarzellen 1 ein
zwischen den Koppelelementen 101, 102 anliegender zweiter
mittlerer Spannungswert ergibt, der niedriger als der erste mittlere
Spannungswert ist.
Fig. 13 zeigt in einem Blockschaltbild ein weiteres gegenüber der
anhand Fig. 11 erläuterten Vorrichtung abgewandelten Ausfüh
rungsbeispiel, das entsprechend der anhand Fig. 11 erläuterten
Ausgestaltungen verschaltet ist und über eine zwischen eine
Reihenansteuereinheit 115 und dem ersten Koppelelement 101
geschaltete Konstantstromquelle 116 verfügt. Bei diesem Aus
führungsbeispiel ergibt sich bei Einschluß einer doppelseitigen
Leiterbahnunterbrechung 13 zwischen den kapazitiv an die Kop
pelelemente 101, 102 gekoppelten Solarzellen 1 ein höherer
mittlerer Spannungswert zwischen den Koppelelementen 101,
102 als bei Vorliegen von unterbrechungsfreien Leiterbahnen 3, 4.
Die sich bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 12 und Fig. 13
ergebenden Änderungen der mittleren Spannungswerte zwischen
den Koppelelementen 101, 102 sind mit der nachgeschalteten
Auswerteeinheit 106, in der Spannungsreferenzwerte abgespei
chert sind, zum Bestimmen von doppelseitigen Leiterbahnunter
brechungen 13 auswertbar.
In gegenüber den anhand Fig. 12 und Fig. 13 erläuterten Ausfüh
rungsbeispielen mit einer Konstantstromsenke 114 beziehungs
weise Konstantstromquelle 116 abgewandelten Ausgestaltungen
sind Ansteuereinheiten vorgesehen, die zusammen mit der durch
die Koppelelemente 101, 102 sowie ihnen benachbarten Solar
zellen 1 gebildeten effektiv wirkenden Kapazität sowie der Kon
stantstromsenke 114 beziehungsweise der Konstantstromquelle
116 eine Kippschaltung entsprechend den anhand Fig. 10 und Fig.
11 erläuterten Ausführungsbeispielen bilden. Die Kenngrößen
dieser Kippschaltung sind entsprechend wie bei den anhand Fig.
10 und Fig. 11 erläuterten Ausführungsbeispielen ausgewertet.
Fig. 14 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine weitere
Vorrichtung zur Detektion von doppelseitigen Leiterbahnunter
brechungen 13 bei Solarmodulen 2, die über einen aus den Kop
pelelementen 101, 102 sowie eine Parallelinduktivität 117 gebil
deten Parallelresonanzkreis 118 verfügt. Die Ansteuerung erfolgt
über eine Parallelansteuereinheit 119. Die Auswertung von Än
derungen der effektiv wirkenden Kapazität zwischen den Koppel
elementen 101, 102 und ihnen benachbarten Solarzellen 1 erfolgt
entsprechend dem anhand Fig. 10 erläuterten Ausführungsbeispiel
mit der Auswerteeinheit 106 sowie dem Akustikwandler 107,
dem Analogoptowandler 108 sowie der optischen Durchgangs
anzeige 109 und der optischen Störungsanzeige 110, die an die
Auswerteeinheit 106 angeschlossen sind.
Fig. 15 zeigt in einem Blockschaltbild ein weiteres Ausführungs
beispiel einer Vorrichtung zur Detektion von doppelseitigen Leiter
bahnunterbrechungen 13, die weitgehend entsprechend der
anhand Fig. 11 erläuterten Vorrichtung aufgebaut ist, wobei sich
entsprechende Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen
und nicht näher erläutert sind. Das Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 15 verfügt über einen Reihenresonanzkreis 120, der über mit
Solarzellen 1 eine effektiv wirkende Kapazität bildende Koppel
elemente 101, 102 sowie eine zwischen das erste Koppelelement
101 und die Reihenansteuereinheit 121 geschaltete Reihenin
duktivität 122 verfügt. Die Detektion von doppelseitigen Leiter
bahnunterbrechungen 3 erfolgt bei dem in Fig. 13 dargestellten
Ausführungsbeispiel entsprechend der anhand Fig. 10 erläuterten
Vorrichtung.
Claims (24)
1. Vorrichtung zur Detektion von Leiterbahnunterbrechungen
(12, 13) bei Solarmodulen (2) mit einem wenigstens eine
Induktivität (17, 25, 29, 33) aufweisenden Resonanzkreis
(15, 23, 28), wobei die wenigstens eine Induktivität (17, 25,
29) an eine zwischen zwei benachbarten Solarzellen (1) des
Solarmodules (2) ausgebildete Leiterschleife (11) induktiv
ankoppelbar ist, und mit einem in den Resonanzkreis (15, 23,
28) geschalteten Meßwertwandler (19, 26, 31) zum Erfassen
von durch die Kopplung an die Leiterschleife (11) beeinfluß
ten Kenngrößen des Resonanzkreises (15, 23, 28).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Resonanzkreis (15, 23) an einen Wechselspannungs
generator (18, 27) angeschlossen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
bei dem Resonanzkreis (15) die Induktivität (25) und die
Kapazität (24) in Reihe geschaltet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
bei dem Resonanzkreis (23) die Induktivität (25) und die
Kapazität (24) parallel geschaltet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Resonanzkreis ein Schwingkreis (28) mit einer parallel zu
einer Kapazität (30) geschalteten Induktivität (29) sowie
einer Steuereinheit (32) ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Resonanzkreis ein Schwingkreis mit einer in Reihe zu
einer Kapazität geschalteten Induktivität sowie einer Steuer
einheit ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Meßwertwandler ein Strommeß
gerät (19, 26, 31) ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß an den Meßwertwandler (19, 26, 31)
Anzeigemittel angeschlossen sind, mit der Leiterbahnunter
brechung (12, 13) in der Leiterschleife (11) optisch und/oder
akustisch anzeigbar ist.
9. Verfahren zur Detektion von Leiterbahnunterbrechungen (12,
13) bei Solarmodulen (2), bei dem ein Resonanzkreis (15,
23, 28) induktiv mit einer zwischen zwei benachbarten
Solarzellen (1) des Solarmodules (2) ausgebildeten Leiter
schleife (11) angekoppelt und Änderungen der Oszillations
eigenschaften des Resonanzkreises (15, 23, 28) erfaßt
werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Änderung des in dem Resonanzkreis (15, 23, 28) fließen
den Stromes erfaßt wird.
11. Vorrichtung zur Detektion von doppelseitigen Leiterbahn
unterbrechungen (13) bei Solarmodulen (2) mit wenigstens
zwei als Leiterplatten ausgebildeten Koppelelementen (101,
102), die jeweils an Solarzellen (1) des Solarmodules (2)
kapazitiv ankoppelbar sind, mit einer Ansteuerschaltung
(105, 111, 113, 115), mit der die Koppelelemente (101,
102) mit einer Spannung beaufschlagbar sind, und mit einer
Auswerteeinheit (106), mit der die durch die Koppelelemente
(101, 102) und die Solarzellen (1) gebildete effektiv wirken
de Kapazität bestimmbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
parallel zu den Koppelelementen (101, 102) ein ohmscher
Widerstand (103) geschaltet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
in Reihe zu den Koppelelementen (101, 102) ein ohmscher
Widerstand (112) geschaltet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
parallel zu den Koppelelementen (101, 102) eine Konstant
stromsenke (114) geschaltet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
in Reihe zu den Koppelelementen (101, 102) eine Konstant
stromquelle (116) geschaltet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß mit der Ansteuereinheit (105, 111) eine
Kippschaltung gebildet ist und mit der Auswerteeinheit (106)
die Frequenz des durch den ohmschen Widerstand (103,
112) beziehungsweise die Konstantstromsenke (114) bezie
hungsweise die Konstantstromquelle (116) und die effektiv
wirkende Kapazität gebildeten Zeitgliedes (104, 113) be
stimmbar ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß mit der Ansteuereinheit (105, 113) die
Koppelelemente (101, 102) periodisch auf einen vorbestimm
ten Anfangsspannungswert aufladbar und mit der Auswerte
einheit (106) die mittlere Spannung über den Koppelelemen
ten (101, 102) bestimmbar ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß mit der Ansteuereinheit (111, 119) die
Koppelelemente (101, 102) von einem vorbestimmten An
fangsspannungswert periodisch entladbar sind und mit der
Auswerteeinheit (106) die mittlere Spannung über den
Koppelelementen (101, 102) bestimmbar ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, dadurch
gekennzeichnet, daß mit der Auswerteeinheit (106) die
Spannungsänderung bei einer Leiterbahnunterbrechung (13)
gegenüber der Spannung bei intakten Leiterbahnen (3, 4)
erfaßbar ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
parallel zu den Koppelelementen (101, 102) eine Induktivität
(117) geschaltet ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
in Reihe zu den Koppelelementen (101, 102) eine Induktivität
(122) geschaltet ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder Anspruch 21, dadurch
gekennzeichnet, daß mit der Ansteuereinheit (119, 121) eine
Wechselspannung erzeugbar ist und mit der Auswerteeinheit
(106) die Frequenz des durch die Induktivität (117, 121) und
die effektiv wirkende Kapazität gebildeten Resonanzkreises
(118, 120) bestimmbar ist.
23. Verfahren zur Detektion von doppelseitigen Leiterbahnunter
brechungen (13) bei Solarmodulen (2), bei dem die Änderung
einer zwischen als Leiterplatten ausgebildeten Koppelelemen
ten (101, 102) und Solarzellen (1) des Solarmoduls (2)
ausgebildeten effektiv wirkenden Kapazität bei einer Leiter
bahnunterbrechung (13) gegenüber intakten Leiterbahnen (3,
4) bestimmt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem Kenngrößen eines die
effektiv wirkende Kapazität aufweisenden Zeitgliedes
(104, 113) oder Resonanzkreises (118, 120) bestimmt wer
den, die von der effektiv wirkenden Kapazität abhängig sind.
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