DE202018003661U1

DE202018003661U1 - Solarleistungssensor

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Publication number: DE202018003661U1
Application number: DE202018003661.7U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2028-07-26
Also published as: DE102019005090A1

Abstract

Solarleistungssensor zur Messung der momentan erzielbaren Solarleistung auf Basis der gewählten Solartechnologie sowie der Solareinstrahlung bei Photovoltaikanlagen, aufweisend ein Gehäuse (1), in dem ein Solarzellen-Laminat (4) mit mindestens einer Solarzelle in einem Fenster (2) sowie ein Temperatursensor (8) angeordnet sind, wobei die Solarzelle(n) und der Temperatursensor (8) mit einer Messelektronik (5) im Gehäuse (1) gekoppelt sind, dienend der Ermittlung der Strom-Spannungs-Kennlinie, des MPP Tracking und des Temperaturverlaufs in der Solarzelle(n) und der Weiterleitung der ermittelten Messergebnisse einer Auswerte- und Anzeigeeinheit zuleitbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Messung der Solareinstrahlung als Referenz zur Hochrechnung der zu erwartenden aktuellen Leistung eines Solarmoduls, eines Strings oder eines Solargenerators.
Bei der Planung von Photovoltaikanlagen wird von Einstrahlungsdaten, z. B. herausgegeben von Wetterdiensten betreffend der standortspezifischen Globalstrahlung, ausgegangen. Diese Globalstrahlung (= die tatsächlich die Erde erreichende Sonnenstrahlung), ist von vielen weiteren Faktoren wie Air Mass, Albedo, Luftfeuchtigkeit und dem Sonnenstand in den unterschiedlichen den Jahreszeiten abhängig.
Auf dieser Grundlage lassen sich durch Simulationsprogramme bzw. Photovoltaikrechner Ertragsprognosen für PV-Anlagen berechnen, die ferner bestimmte Aufstellbedingungen wie Aufständerungsneigung, Ausrichtung, Verschattung und Hinterlüftung berücksichtigen.
Desweiteren hängen die Ertragsprognosen ab von der technischen Art der Solarzellen, z. B. ob sie aus polykristallinem Silizium, kupferbasierten Dünnschichtzellen, Cadmiumtellurid, monokristallinem Silizium bestehen, aber auch von der technischen Ausführung und einer oft nur vage vorhersagbaren Alterung.
Diese kurzen Ausführungen machen deutlich, dass so erstellte Ertragsprognosen vielen nicht genau quantifizierbarer Parameter unterliegen und somit vom späteren Ertrag deutlich abweichen können. Die Konsequenz sind verhältnismäßig ungenaue Renditeberechnungen. Auch ist die Simulation in aller Regel nicht zeitgleich als Instrument der Betriebsführung vorhanden, d.h. sie kommt nur im Planungszeitraum zum Tragen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Solarleistungssensor vorzuschlagen, mit dem jederzeit die technisch erreichbare elektrische Modulleistung objektiver bewertbar ist. Damit wird nicht nur im Vorfeld bei der Planung (z.B. bei der Standortqualifikation), sondern auch im Betrieb jederzeit eine Bewertung des Anlagenwirkungsgrades und eine Ertragsprognose der eingespeisten Solarenergie möglich. Ein Schluss auf mögliche Fehler und Störungen bei der Stromproduktion ist zeitnah möglich.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der erfindungsgemäße Solarleistungssensor nutzt dabei das Prinzip der Ermittlung der Strom-Spannungs-Kennlinie von Solarzellen und hält zwischen den Messungen die Solarzelle im Maximum Power Peak (MPP), somit unter gleichen Betriebsbedingungen wie die zu betrachtende PV-Anlage selbst.
Der Maximum Power Point (MPP) beschreibt dabei jenen Betriebspunkt, an dem eine Solarzelle, ein Solarmodul oder ein Solargenerator die höchste Leistung abgeben. Damit eine Photovoltaikanlage unter den wechselnden Betriebsbedingungen stets den höchst möglichen Ertrag erzielt, muss sie stets am oder nahe dem Maximum Power Point (MPP) arbeiten.
Dies wird durch den im oder in den Wechselrichtern integrieren MPP-Regler realisiert. Dieser stellt über das MPP-Tracking den jeweiligen maximalen Arbeitspunkt fest und passt den entsprechenden Betriebspunkt des Solargenerators an.
Das bedeutet für den Solarleistungssensor, dass er ebenso den MPP ermitteln muss, um die Leistung der entsprechenden PV-Technologie im Idealfall, d. h. ohne Verluste, zu ermitteln.
Dabei werden vorteilhafterweise automatisch auch die Einstrahlungsstärke als Analogie des Kurzschlussstroms der PV-Zelle und die Betriebstemperatur der Zelle, die aufgrund der Bauweise des Sensors sehr gut der Temperatur eines PV-Modules entspricht, als weitere wesentliche Größen ermittelt.
Der Solarleistungssensor weist deshalb in seiner vorteilhaften Ausführung den Aufbau eines miniaturisierten Solarmoduls mit Hinterlüftung auf, enthält einen MPP Tracker mit präziser Messelektronik für die zeitgleiche Messung von Strom-/Spannungskennlinien und Temperatur und besitzt ergänzend entsprechende Anzeigen und/oder Datenübertragungsmittel zu einer Auswerte- und Anzeigeeinheit.
Zudem ist der Solarleistungssensor in einer bevorzugten Ausführung mit einer Echtzeituhr und/oder einem Langzeitspeicher ausgerüstet, wodurch eine historische Aufzeichnung der Messwerte über längere Zeiträume möglich ist, vergleichbar einem Logbuch.
Um dem Umstand Rechnung zu tragen, dass es Solarzellen in verschiedensten Materialausführungen und Wirkungsgraden gibt, sieht der Solarleistungssensor in der Herstellung auswählbare Solarzelltechnologien und auch unterschiedliche Leistungsstufen der verbauten Mess- und Regelelektronik vor.
Desweiteren lässt sich der Solarleistungssensor durch entsprechendes Montagezubehör der künftigen Photovoltaikanlage entsprechend ausrichten, wodurch die Messwerte unter gleichen Bedingungen der zu betrachtenden Solarmodule entstehen.
Mit dem vorgeschlagenen Solarleistungssensor erfolgt somit ein Messen genau dessen, was die entsprechende Photovoltaikanlage an Sonnenstrahlung umzusetzen vermag und ist dabei viel günstiger und vor allem realer als bspw. jedes Pyranometer zur Messung der Globalstrahlung.
Natürlich ist der Solarleistungssensor nicht nur einsetzbar in der Planungsphase von Photovoltaikanlagen, sondern insbesondere auch bei der Vermessung bereits bestehender Anlagen. In kürzester Zeit lässt sich das mögliche Ertragspotential einer Anlage bestimmen.
Die Erfindung soll anhand der Zeichnung erläutert werden.
In der 1 ist der Solarleistungssensor dargestellt. Er umfasst in einem Gehäuse 1 aus Metall angeordnete hinterlüftete austauschbare Solarzellen-Laminate 4, die durch ein Fenster 2 von den Sonnenstrahlen angestrahlt werden. Der Aufbau der Solarzellen-Laminate 4 ist zu dem eines Solarmoduls identisch vom rückseitigen Backsheet über die EVA-Folien bis hin zum Solarglas 3 auf der Vorderseite im Fenster 2.
Ein direkt hinter die Solarzellen einlaminierter Temperatursensor 8 erfasst die Solarzellentemperatur.
Im Gehäuse 1 befindet sich die Messelektronik 5 zur Bestimmung der Strom-Spannungs-Kennlinie, der MPP Tracker sowie die Elektronik zur Speicherung und Übertragung der Messergebnisse inklusive entsprechender Anschlüsse 6. Die Anschlüsse 6 umfassen auch die Stromversorgung.
Desweiteren ist das Gehäuse 1 mit Montagezubehör 7 zur Befestigung an bestehende Montagegerüste oder Aufständerungen für Solarmodule und/oder entsprechende Messständer ausgerüstet.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Fenster
3: Solarglas
4: Solarzellenlaminate
5: Messelektronik
6: Anschlüsse zum Auslesen der Messergebnisse und Stromversorgung
7: Montagezubehör
8: Temperatursensor

Claims

Solarleistungssensor zur Messung der momentan erzielbaren Solarleistung auf Basis der gewählten Solartechnologie sowie der Solareinstrahlung bei Photovoltaikanlagen, aufweisend ein Gehäuse (1), in dem ein Solarzellen-Laminat (4) mit mindestens einer Solarzelle in einem Fenster (2) sowie ein Temperatursensor (8) angeordnet sind, wobei die Solarzelle(n) und der Temperatursensor (8) mit einer Messelektronik (5) im Gehäuse (1) gekoppelt sind, dienend der Ermittlung der Strom-Spannungs-Kennlinie, des MPP Tracking und des Temperaturverlaufs in der Solarzelle(n) und der Weiterleitung der ermittelten Messergebnisse einer Auswerte- und Anzeigeeinheit zuleitbar sind.
Solarleistungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (8) direkt hinter der Solarzelle(n) einlaminiert ist.
Solarleistungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarzellen-Laminat (4) im Gehäuse (1) austauschbar angeordnet ist.
Solarleistungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektronik (5) einen MPP-Tracker und ein Kennlinienmessgerät aufweist, die unterschiedlich dimensionierbar sind.
Solarleistungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Solarzelle oder das Solarzellen-Laminat (4) hinterlüftet ist, um ein thermisches Verhalten des Solarleistungssensors analog wie das eines Solarmoduls zu erzielen.
Solarleistungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) über Anschlüsse (6) zur Übertragung der Messergebnisse und/oder zur Stromversorgung verfügt.
Solarleistungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektronik (5) mit einer Elektronik zur Speicherung der Messergebnisse verbunden oder ausgerüstet ist.
Solarleistungssensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik zur Speicherung der Messergebnisse mit einer Echtzeituhr ausgerüstet ist, um historische Aufzeichnung der Messwerte über längere Zeiträume zu ermöglichen.
Solarleistungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) über Montagezubehör (7) für Montagegerüste von Solarmodulen verfügt und/oder für solche zu Messständern.