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Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Testvorrichtung und ein System zum Ermitteln und/oder Evaluieren und/oder Optimieren eines Energieertrages zumindest einer Photovoltaik-Anlage umfassend miniaturisierte Solarmodule und/oder zur Untersuchung des Verhaltens der Strom-Spannungscharakteristik als Funktion der Zeit unter Outdoorbedingungen.
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Im Folgenden bezeichnen Solarmodule Elemente, welche ein oder mehrere Solarzellen umfassen, die miteinander elektrisch verschaltet sind. Solarmodule sind in der Regel durch geeignete Schutzschichten vor Wettereinflüssen geschützt und können gegebenenfalls auch dadurch mechanisch stabiler ausgeführt sein.
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Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, den Ertrag und Wirkungsgrad von Photovoltaikanlagen zu ermitteln und zu evaluieren. Dafür werden Photovoltaikanlagen typischerweise zumindest mit einer geringen Anzahl von Modulen aufgebaut und vor Ort, entweder bereits an dem Zielort, an dem die Anlage dauerhaft installiert werden soll oder an einem Testort, der ähnliche Wetterbedingungen wie der Zielort bereitstellt, getestet. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, mittels Simulationswerkzeugen den Energieertrag von Photovoltaikanlagen mit monofazialen Solarmodulen und teilweise auch bei bifazialen Solarmodulen zu simulieren, insbesondere mit Simulationsprogrammen. Für bekannte Standardsysteme kann derart eine für eine Planungsphase zumeist ausreichende Vorhersagegenauigkeit erreicht werden.
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Die Anwendung von Simulationswerkzeugen auf neuere oder komplexere Technologien, insbesondere bifaziale Solarmodule und Systeme liefert jedoch ungenaue Ertragsergebnisse, sodass eine derartige Ertrags-Evaluierung unsicher ist. Im Vergleich zu monofazialen Standardsystemen ist bei bifazialen Systemen der Einfluss der Reflexion des Untergrundes und der benachbarten Module auf die Modulrückseite zu berücksichtigen. Infolgedessen ist die Simulation wesentlich komplexer und die Vorhersagegenauigkeit ist geringer oder gar unbekannt. Weitere Faktoren, beispielsweise Orientierung oder Neigungswinkel können eine Rolle spielen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, diese Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu lösen und eine verbesserte Testvorrichtung und/oder ein verbessertes Testsystem für Photovoltaikanlagen vorzuschlagen.
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Die obige Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruches 1 und einen nebengeordneten Anspruch. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
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Mit dieser Vorrichtung können vorzugsweise vergleichende Messungen durchgeführt werden, welche eine Optimierung der Auslegung des Photovoltaiksystems ermöglicht. Die vergleichenden Messungen können dadurch möglich werden, dass mehrere Konfigurationen bei gleichen Wetterbedingungen gemessen werden können. Durch eine Miniaturisierung der Systeme kann eine Eigenverschattung von benachbarten Modulreihen berücksichtigt werden. Die Testvorrichtung kann somit vorzugsweise einen Vergleich von Energieerträgen unterschiedlicher Systemkonfigurationen ermitteln. In anderen Ausführungen kann sie auch absolute Erträge von Photovoltaikanlagen vorhersagen.
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Die Testvorrichtung kann darüber hinaus genutzt werden, um neuartige Module, welche in einer vorgesehenen Größe vorliegen können, systematisch auf ihre Langzeitbeständigkeit zu untersuchen.
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Die Testvorrichtung zum Ermitteln und/oder Evaluieren eines Ertrags eines Solarmoduls, insbesondere eines oder mehrerer Solarmodule als Teil einer Photovoltaik-Anlage, umfasst vorzugsweise
- eine oder mehrere Grundplatten zur Befestigung einer Trägerstruktur für ein Solarmodul,
- eine Trägerstruktur zum Aufnehmen eines Solarmoduls, wobei die Trägerstruktur auf einer Oberseite der Grundplatte montiert ist,
- ein Solarmodul, das an der Trägerstruktur montiert ist,
- eine Messeinheit, die mit dem Solarmodul elektrisch verbunden ist und ausgebildet und eingerichtet ist einen Strom und/oder eine an dem Solarmodul anliegende Spannung zu messen, und
- eine Datenverarbeitungsvorrichtung, insbesondere ein Computer oder Laptop, die mit der Messeinheit verbunden ist und ausgebildet und eingerichtet ist, den von der Messeinheit gemessenen Strom und/oder die gemessene Spannung zu empfangen, zu speichern und daraus einen Ertrag zu errechnen.
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In einer Ausführung umfasst die Testvorrichtung ein an der Grundplatte befestigtes Untergrundsimulationselement zum Nachbilden einer Untergrundbeschaffenheit.
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Das Untergrundsimulationselement kann vorteilhaft sein, um einen Untergrund nachzubilden, auf der ein Solarmodul bzw. eine Photovoltaikanlage angeordnet werden soll. So kann ein Ertrag in Abhängigkeit eines Untergrunds ermittelt werden. Insbesondere können Reflektionseigenschaften von Untergründen und/oder deren Auswirkungen auf den Ertrag der Solarmodule und/oder der Photovoltaikanlage ermittelt werden.
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In einer Ausführung ist das Untergrundsimulationselement als Folie ausgebildet oder umfasst eine Folie. Die Folie kann auf der Oberseite der Grundplatte angeordnet sein und diese teilweise oder vollständig bedecken. Die Folie kann auf der Grundplatte aufgeklebt sein oder mittels Klammern oder ähnlichen Befestigungsmitteln fixiert sein. Die Folie kann eine reflektierende oder zumindest teilweise reflektierende Folie sein, beispielsweise eine Spiegelfolie, oder zumindest teilweise lichtabsorbierend sein. Die Folie kann aufgeraut sein, sodass sie Licht diffus reflektiert. Die Folie kann zusätzlich oder alternativ ausgebildet sein, auftreffendes Licht zu brechen.
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In einer Ausführungsform kann das Untergrundsimulationselement als Rahmen zum Aufnehmen von Untergrundmaterial ausgebildet sein, einen Rahmen umfassen und/oder das Untergrundmaterial umfassen. Untergrundmaterialien können beispielsweise Kiesel, Sand, Gras, Beton, Holz, Stoff und/oder Pflanzen, Gras, Sand, Kies, Erde, Kunststoffelemente, Wasser und andere Flüssigkeiten umfassen. Das Untergrundmaterial kann Reflektorelemente umfassen (siehe beispielhaft Querschnitt einer solchen Struktur in 2, Module sind als vertikale Striche gezeigt). Es ist auch denkbar, das Untergrundmaterial auf der Grundplatte anzuordnen ohne einen Rahmen vorzusehen.
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In einer Ausführungsform rahmt der Rahmen die Grundplatte zumindest teilweise ein. In einer Ausführung ragt der Rahmen nach über die Grundplatte hinaus, sodass die Grundplatte eine Bodenfläche und der Rahmen Seitenwände einer nach oben geöffneten Kiste bilden. Der Rahmen kann mindestens 0.5 cm, vorzugsweise mindestens 2 cm, besonders bevorzugt mindestens 3 cm über die Grundplatte, insbesondere vertikal nach oben ragen. Die Seitenwände können gegenüber der Oberseite der Grundplatte angewinkelt sein, insbesondere in Richtung eines Mittelpunkts der Grundfläche geneigt sein. In einer Ausführung schließen die Seitenwände des Rahmens mit der Grundplatte einen Winkel von zumindest 50°, vorzugsweise zumindest 60°, besonders bevorzugt zumindest 75° ein. In einer Ausführung schließen die Seitenwände des Rahmens mit der Grundplatte einen Winkel von höchstens 90°, vorzugsweise höchstens 80°, besonders bevorzugt höchstens 70° ein.
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Der Rahmen kann gegenüber der Grundplatte wasserdicht abgedichtet sein, sodass ein Wasseruntergrund simulierbar ist. Der Rahmen, insbesondere die Seitenwände des Rahmens, kann/können in Bereichen, in denen sie den mit der Grundplatte verbunden sind, wasserdicht verbunden sein. So kann der Rahmen mit der Grundplatte eine nach oben geöffnete Kiste bilden, in die Wasser eingelassen und gehalten werden kann.
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Die Grundplatte kann auch so ausgeführt sein, dass ein kontrolliertes Abfließen von Flüssigkeiten ermöglicht wird, um beispielsweise eine Wasseransammlung im Rahmen zu vermeiden.
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In einer Ausführung kann das Untergrundsimulationselement als, insbesondere wasserdichte, Kiste, welche oben auch geöffnet sein könnte, ausgebildet sein. Die Grundplatte kann zumindest bereichsweise eine Bodenplatte oder einen Deckel der Kiste bilden. Die Kiste kann auch eine zusätzliche Bodenplatte und/oder einen zusätzlichen Deckel aufweisen. Die Kiste kann einen zumindest teilweise transparenten Deckel umfassen. Der Deckel kann eine Oberfläche aufweisen. Die Oberfläche des Deckels bzw. der Kiste kann zumindest bereichsweise transparent sein. Der Deckel kann beispielsweise Glas und/oder einen transparenten Kunststoff umfassen. Die Kiste kann zumindest teilweise, in einer Ausführung vollständig, mit Wasser und/oder Schlamm, feuchtem Sand, feuchtem Erdreich und/oder einem anderen Material, insbesondere einem Fluid enthaltenen Material, befüllt sein. Eine geschlossene, vorzugsweise zumindest teilweise gas- bzw. fluiddichte Kiste, kann den Vorteil haben, dass eine Verdunstung und/oder ein Ablaufen von in der Kiste enthaltenem Gas oder Fluid vermieden oder zumindest vermindert wird. Eine derartige Kiste kann den Vorteil haben, dass ein fluider Untergrund simuliert werden kann oder Pflanzen ein entsprechendes Ambiente zum Wachsen vorfinden
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Die Untergrundsimulationsvorrichtung kann eine Wind- und/oder Wellenvorrichtung zum Erzeugen von Wellen oder Wind zum Simulieren von Wetter- bzw. Klimabedingungen umfassen.
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Zusätzlich oder alternativ kann das Solarmodul um eine erste Rotationsachse um zumindest 50°, besonders bevorzugt um zumindest 70°, insbesondere bevorzugt um zumindest 180° schwenkbar mit der Trägerstruktur verbunden sein.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Grundplatte, vorzugsweise jede Grundplatte, eine Länge von höchstens 200 cm, vorzugsweise 180 cm, besonders bevorzugt höchstens 165 cm und/oder eine Breite von höchstens 150 cm, vorzugsweise 140 cm, besonders bevorzugt höchstens 120 cm aufweisen.
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Eine derartige Größe hat den Vorteil, dass bestehende Photovoltaikanlagen, insbesondere in einem Verhältnis von etwa 1:12 miniaturisiert werden können. So können große, kostenaufwendige Anlagen nachgebaut werden und anhand kleiner Testvorrichtungen untersucht werden. Überraschenderweise wurde dabei festgestellt, dass derart ermittelte Parameter, insbesondere Energieerträge, zum Teil auf große Anlagen übertragen werden können.
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In der vorliegenden Anmeldung ist „ein“ oder „eine“ insbesondere als unbestimmter Artikel zu verstehen und nicht als Mengenangabe. Der Ausdruck „ein“ oder „eine“ kann als „zumindest ein/e“ zu verstehen sein.
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Die Testvorrichtung kann somit insbesondere mehr als eine Grundplatte und/oder mehr als eine Trägerstruktur und/oder mehr als ein Solarmodul und/oder mehr als eine Messeinheit und/oder mehr als eine Datenverarbeitungsanlage und/oder mehr als ein Untergrundsimulationselement umfassen.
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In einer Ausführungsform können die Solarmodule, insbesondere gegenüber der Grundplatte, schwenkbar bzw. drehbar sein. Das Solarmodul kann insbesondere um zumindest 50°, besonders bevorzugt um zumindest 70°, insbesondere bevorzugt um zumindest 180°schwenkbar bzw. drehbar in einer oder mehrerer Richtungen sein. Dies hat den Vorteil, dass das Solarmodul in Bezug auf den Sonnenstand ausgerichtet werden kann. Ferner kann eine Untergrundneigung simuliert werden. Das Solarmodul/die Solarmodule kann/können zusätzlich oder alternativ unabhängig vom Sonnenstand bewegbar sein.
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In einer Ausführung kann die Testvorrichtung zumindest einen Aktuator oder mehrere Aktuatoren umfassen. Der Aktuator kann derart mit der Datenverarbeitungsvorrichtung und dem Solarmodul verbunden sein, dass eine Winkelposition oder Winkelpositionen dem Solarmodul von der Datenverarbeitungsvorrichtung einstellbar ist/sind. Der Aktuator bzw. die Aktuatoren kann bzw. können an dem Solarmodul oder an einer kompletten Reihe von Solarmodulen montiert sein. Der Aktuator bzw. die Aktuatoren kann bzw. können von der Datenverarbeitungsvorrichtung steuerbar sein. Der Aktuator bzw. die Aktuatoren kann bzw. können mit der Datenverarbeitungsvorrichtung über Kabel oder drahtlos, beispielsweise über Bluetooth oder WLAN, verbunden sein
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In einer Ausführung kann die Testvorrichtung eine Trackingvorrichtung zum Nachverfolgen des Sonnenstandes mit dem Solarmodul oder Solarmodulreihen umfassen. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann derart ausgebildet und eingerichtet sein, einen Winkel dem Solarmodul um die erste Rotationsachse und/oder die zweite Rotationsachse mittels des Aktuators bzw. der Aktuatoren gegenüber der Grundplatte, insbesondere in Abhängigkeit eines Sonnenlichteinfallwinkels, zu variieren.
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In einer Ausführung kann das Solarmodul entlang einer, vorzugsweise entlang zweier Achsen bewegbar sein. Die Testvorrichtung kann zum Bewegen dem Solarmodul entlang der einen, vorzugsweise entlang der zwei Achsen, zumindest einen Aktuator, vorzugsweise jeweils einen Aktuator pro Achse, umfassen. Die Solarmodule können um die zweite Rotationsachse insbesondere um zumindest 50°, besonders bevorzugt um zumindest 75°, insbesondere bevorzugt um zumindest 180 schwenkbar sein.
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In einer Ausführungsform ist die Datenverarbeitungsvorrichtung und/oder der Aktuator derart ausgebildet und eingerichtet, einen Winkel dem Solarmodul um die erste Rotationsachse und/oder die zweite Rotationsachse mittels des Aktuators gegenüber der Grundplatte, vorzugsweise in mindestens 8, besonders bevorzugt mindestens 10, insbesondere zwölf Stufen zu variieren. Der Winkel kann insbesondere in einem Bereich zwischen 0 und zumindest 20°, bevorzugt zumindest 40°, besonders bevorzugt zumindest 90° variiert werden. Der Winkel kann insbesondere in einem Bereich von 0° bis höchstens 180°, bevorzugt höchstens 100°, bevorzugt höchstens 90° variiert werden. Vorzugsweise kann der Winkel in einem Bereich zwischen 0° und 45°, insbesondere in einem Bereich zwischen 0° und 60°, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 0° und 90° innerhalb einer Minute oder weniger variiert werden. in einem Winkelbereich zwischen 0° und 90° innerhalb einer Minute zu variieren.
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In einer Ausführungsform kann die Datenverarbeitungsvorrichtung derart ausgebildet und eingerichtet sein, den Winkel dem Solarmodul kontinuierlich über einen Zeitraum von zumindest 10 Stunden, vorzugsweise zumindest 11 Sunden, besonders bevorzugt zumindest 12 Stunden (auch über mehrere Tage) um die erste Rotationsachse und/oder die zweite Rotationsachse mittels des Aktuators gegenüber der Grundplatte zu variieren.
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In einer bevorzugten Ausführung umfasst die Testvorrichtung mehrere Solarmodule. Mehrere Solarmodule können in Reihen von Modulen zusammengefasst sein, die in jeder Dimension mehrere Einzelmodule umfassen.
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Die Testvorrichtung kann insbesondere zumindest 1, vorzugsweise zumindest 5 Solarmodule nebeneinander aber auch mehr Module umfassen.
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Die Testvorrichtung kann insbesondere zumindest 1 aber auch mehrere Solarmodule übereinander vorzugsweise 2 und 4 umfassen.
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In einer Ausführungsform kann zumindest ein Solarmodul oder ein oder mehrere Solarzellen als monofacialer Zelltyp ausgebildet sein. Zumindest ein Solarmodul oder ein oder mehrere Solarzellen kann/können zusätzlich oder alternativ als bifacialer Zelltyp und/oder als Dünnschicht-Modul im Allgemeinen ausgebildet sein. Absorbermaterialen können unterschiedliche Materialien umfassen, zum Beispiel, Silizium, GaAs, CdTe, CuInGaAs, Perowskite.
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In einer Ausführungsform kann die Messeinheit einen oder mehrere Multiplexer mit mehreren Schnittstellen umfassen. Vorzugsweise ist jede Solarzelle oder jedes Solarmodul mit einer Schnittstelle verbunden, sodass der Strom und/oder die an dem Solarmodul anliegende Spannung der einzelnen Solarzellen oder Solarmodule nacheinander messbar sind.
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In einer Ausführungsform kann die Trägerstruktur eine maximale Höhe von höchstens 50 cm (gemessen vom Untergrund bis hin zum Aufhängepunkt des Moduls bzw. der Modulreihe (in welcher auch mehrere Module übereinander angeordnet sein können)), vorzugsweise höchstens 40 cm, besonders bevorzugt höchstens 30 cm ausgehend von der Grundplatte aufweisen. Die Trägerstruktur kann eine minimale Höhe von zumindest 2 cm, vorzugsweise zumindest 15 cm, besonders bevorzugt zumindest 20 cm aufweisen. Vorzugsweise ist die Anordnung so auszuführen, dass die Unterkante der Solarmodul(e) mindestens auf dem Untergrund, der, wie oben ausgeführt, ebenfalls eine gewisse Aufbauhöhe haben kann, zu liegen kommt.
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Die maximale und/oder die minimale Höhe kann von einem Aufhängepunkt des Solarmoduls oder der Modulreihe zur Grundplatte und/oder zum Untergrundsimulationselement gemessen werden.
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In einer Ausführung kann die Trägerstruktur höhenverstellbar sein. Dafür kann die Trägerstruktur beispielsweise eine Teleskopvorrichtung und/oder ein Schienensystem umfassen.
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In einer Ausführung kann die Trägerstruktur mit der Grundplatte verschraubt und/oder verklebt sein und/oder magnetisch an der Grundplatte befestigt sein. Insbesondere ist es vorteilhaft wenn die Trägerstruktur lösbar mit der Grundplatte verbunden ist, sodass eine Anordnung der Trägerstruktur auf der Grundplatte variabel ist.
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Es kann vorteilhaft sein, dass die Grundplatte über eine Rasterung verfügt, welche die Ausrichtung der Solarmodule erleichtert.
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Die Grundplatte kann beispielsweise magnetisch ausgebildet sein und/oder magnetische Bereiche umfassen. Die Grundplatte kann zum Beispiel Metall, beispielsweise Aluminium, Edelstahl und/oder Keramik und / oder Glas und/oder verzinkten Stahl umfassen. Die Grundplatte kann Kunststoff, beispielsweise ABS, PP, PU und/oder PVC und/oder beschichtete Materialien umfassen
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Die Grundplatte kann spezielle Bereiche besitzen, welche zum Ablauf von Flüssigkeit ausgebildet sind. Die Grundplatte kann abdichtbare Löcher aufweisen. Die Grundplatte kann geneigte Bereiche aufweisen.
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Die Grundplatte kann spezielle Öffnungen besitzen, die zum Durchführen von elektrischen Leitungen ausgebildet sind.
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In einer Ausführung hat das Solarmodul einen minimalen Abstand zur Grundplatte von zumindest 10 cm, vorzugsweise zumindest 15 cm, besonders bevorzugt zumindest 20 cm (gemessen vom Untergrund bis zur Aufhängung). Dies hat den Vorteil, dass auch bei Rotation und/oder Verdrehung dem Solarmodul eine Kollision dem Solarmodul mit der Grundplatte und/oder dem Untergrundsimulationselement vermieden werden kann. Selbstverständlich kann das Solarmodul in einer anderen Ausführung auf dem Untergrund, auf der Grundplatte und/oder dem Untergrundsimulationselement aufliegen.
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In einer Ausführung kann das Solarmodul umfassend zumindest zwei Solarzellen jeweils eine maximale Länge, insbesondere eine maximale Kantenlänge, von höchstens 25 cm, vorzugsweise 18 cm, besonders bevorzugt höchstens 15 cm aufweisen. Dies kann ermöglichen, dass die Testvorrichtung kompakte Packmaße aufweisen kann.
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Das Solarmodul umfassend zumindest zwei Solarzellen jeweils eine maximale Breite von höchstens 20 cm, vorzugsweise 18 cm, besonders bevorzugt höchstens 15 cm.
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Die Solarmodule können derart miteinander verbunden werden, dass zwei Solarmodule an einer Achse montiert sind, wobei die Achse sich zwischen den beiden Modulen befindet.
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In einer Ausführung kann die Datenverarbeitungsvorrichtung ausgebildet und eingerichtet sein, die empfangenen Messdaten in einer Datenbank, insbesondere einer SQL-Datenbank, zu speichern. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann ausgebildet und eingerichtet sein, aus den von der Messeinheit empfangenen Messdaten einen Ertrag dem Solarmodul und/oder des Solarmoduls zu ermitteln.
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Die vorliegende Anmeldung betrifft ferner ein Testsystem. Das Testsystem kann eine Testvorrichtung gemäß obiger Beschreibung umfassen. Ferner kann das Testsystem zumindest eine weitere Grundplatte gemäß obiger Beschreibung aufweisen. Auf der weiteren Grundplatte oder den weiteren Grundplatten können ein weiteres oder mehrere weitere Solarmodule und Reihen angeordnet sein. Das eine weitere Solarmodul oder die mehreren weiteren Solarmodule des weiteren Solarmoduls können jeweils mit der Messeinheit elektrisch verbunden sein. Die Messeinheit kann ausgebildet und eingerichtet sein, den Strom und/oder die Spannung des weiteren Solarmoduls bzw. der weiteren Solarzellen zu messen. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann ausgebildet und eingerichtet sein, die Messdaten des weiteren Solarmoduls, bzw. der weiteren Solarmodule bzw. der weiteren Solarzellen zu empfangen und die Messdaten des ersten Solarmoduls und des weiteren Solarmoduls miteinander zu vergleichen.
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In einer Ausführungsform umfasst das Testsystem genau eine Messeinheit und/oder genau eine Datenverarbeitungsvorrichtung. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Testsystem mehr als eine Testvorrichtung, mehr als eine Messeinheit und/oder mehr als eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfasst.
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In einer Ausführung kann zum Vergleichen von Erträgen von Solarmodulen auf verschiedenen Untergründen und/oder Photovoltaikanlagen umfassend ein oder mehrere Solarmodule auf verschiedenen Untergründen an einer ersten Grundplatte gemäß obiger Beschreibung ein erstes Untergrundsimulationselement angeordnet sein. An einer zweiten Grundplatte kann ein zweites Untergrundsimulationselement angeordnet sein.
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Das erste Untergrundsimulationselement kann ein anderes oder ein zumindest teilweise anders ausgebildetes Untergrundsimulationselement als das zweite Untergrundsimulationselement sein. So kann ein Ertrag eines oder mehrerer Solarmodule auf verschiedenen Untergründen ermittelt und verglichen werden.
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In einer Ausführung kann zusätzlich oder alternativ zumindest ein Solarmodul der ersten Grundplatte ein anderer Solarzellentyp sein als ein Solarzellentyp des zumindest einen Solarmoduls der zweiten Grundplatte. So können Erträge eines oder mehrerer Solarmodule verschiedenen Typs ermittelt und verglichen werden.
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Beispielhafte Ausführungen werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung einer Testvorrichtung,
- 2 eine schematische Darstellung einer Grundplatte mit montierten vertikal ausgerichteten Modulen und einem beispielhaften Reflektortyp zwischen den Modulen im Querschnitt
- 3 zeigt eine Seitenansicht einer beispielhaften Trägerstruktur für Solarmodule für die Testvorrichtung gemäß der obigen Figuren
- 4 zeigt eine beispielhafte Trägerstruktur mit montierten Solarmodulen für die Testvorrichtung gemäß der obigen Figuren,
- 5 zeigt eine beispielhafte Trägerstruktur mit montierten Solarmodulen für die Testvorrichtung gemäß der obigen Figuren.
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1 zeigt eine Testvorrichtung 1 zum Ermitteln eines Ertrages eines Solarmoduls. Die Testvorrichtung 1 umfasst eine Grundplatte 2. Die Grundplatte 2 umfasst im vorliegenden Beispiel ein erstes Teil 201. An dem ersten Teil 201 ist an einer ersten Seite ein zweites Teil 202 klappbar über Scharniere befestigt. Das zweite Teil kann mit seiner Oberfläche auf eine Oberfläche des ersten Teils 201 geklappt werden. Im aufgeklappten Zustand liegen die Oberflächen des ersten Teils 201 und des zweiten Teils 202 in einer Ebene. Das dritte Teil ist analog zum zweiten Teil an einer dem zweiten Teil gegenüberliegenden Seite des ersten Teils angeordnet und mittels Scharnieren an dem ersten Teil 201 klappbar befestigt. Im aufgeklappten Zustand liegt eine Oberfläche des dritten Teils 203 in einer Ebene mit der Oberfläche des ersten Teils 201. Im zugeklappten Zustand liegt die Oberfläche des dritten Teils 203 auf der Oberfläche des ersten Teils 201. Drei Trägerstrukturen 3 sind auf der Grundplatte 2 über Magnete befestigt. Die Trägerstruktur 3 weist ein Haltelement 301 zum Halten von Solarmodulen 4 und eine Ständerstruktur 302 auf, die starr mit der Grundplatte 2 verbunden ist. Das Haltelement 301 ist gegenüber der Ständerstruktur 302 und damit auch gegenüber der Grundplatte 2 jeweils um eine Rotationsachse R schwenkbar, insbesondere in einem Winkelbereich zwischen 0° und 90°. An jedem der Haltelemente 301 sind vier Solarmodule 4 montiert, die wiederum in 6 Bereiche unterteilt sind. Das Solarmodul 4 weist bei Landscape-Orientierung eine Breite von etwa 160 mm auf und eine Länge bzw. Höhe von etwa 100 mm. Bei Portrait-Orientierung weist das Solarmodul 4 eine Breite von etwa 100mm und eine Höhe von etwa 160mm auf. Die Trägerstrukturen 3 sind parallel zueinander angeordnet. Die Solarmodule 4 eines Haltelements 301 liegen innerhalb einer Ebene und sind nebeneinander, jedoch voneinander beabstandet angeordnet. Die Testvorrichtung umfasst eine Messeinheit und eine Datenverarbeitungseinrichtung, die in einem Gehäuse 5 angeordnet sind. Die Messeinheit und die Datenverarbeitungseinrichtung, hier ein Laptop, sind über Kabel 6 mit den Solarmodulen 4 verbunden.
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Die Grundplatte 2 weist eine Breite von 120 cm auf. Die Grundplatte weist eine Länge von 160 cm auf. Das erste Teil 201 weist eine Breite von 120 cm auf und eine Länge von 80 cm auf. Das zweite Teil 202 weist eine Breite von 120 cm auf und eine Länge von 40 cm auf. Das dritte Teil 203 weist eine Breite von 120 cm auf und eine Länge von 40 cm auf. Die dargestellten Solarmodule 4 sind bifaciale Solarmodule. Es können auch monofaciale oder Perowskit- oder Tandemzellen oder andere Solarmodule mit anderen Absorbermaterialien eingesetzt werden. Die Solarmodule können auch übereinander angeordnet sein. Die Aktuatoren sind hier nicht gezeigt.
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Die dargestellte Testvorrichtung 1 weist eine modulare Bauweise auf. Die Solarmodule können typischen Solarmodulen entsprechen sind jedoch miniaturisiert, insbesondere in einem Verhältnis 1:12. Andere Verhältnisse beispielsweise 1:10, 1:15 sind ebenfalls möglich
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Ziel des neuen Designs ist es, eine flexible Anwendung bereitzustellen, die sich nicht auf die spezifische Solarmodul-Layouts, beispielswiese nicht zwingend ausschließlich auf BIFOROT-Layouts mit permanent rotierenden Modulen, beschränkt.
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Die Messparameter sowie die Module und Halterungen können an die spezifische Bedürfnisse angepasst werden.
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Das Testvorrichtungskonzept basiert auf miniaturisierten Einzelmodulen, die auf verschiedene Weise angeordnet werden können, um einen breiten Bereich der tatsächlichen System-Layouts durch eine entsprechende Testvorrichtung gemäß obigen Ausführungen umsetzen zu können. Miniaturisierte Module 41, umfassend Zellen 4, sind in Rahmen 301 montiert. Die Solarmodule 4 können im Quer- oder Hochformat installiert sein. Die Rahmenelemente 301 können verschiedene Längen und/oder Breiten aufweisen. Vorliegend ist der Rahmen 301 100 cm lang und 10 cm breit. In den Rahmen 301 können jeweils zwei zusätzliche Solarmodule 4 montiert werden.
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Die Neigung der Solarmodule 4 kann frei gewählt werden und beträgt im gezeigten Beispiel 40°. Die Testvorrichtung 1 kann ein Tracker-System umfassen. Es ist beispielsweise möglich, dass die Trägerstruktur ein rotierbares zentrales Torsionsrohr umfasst. Die Solarmodule können um eine erste Rotationsachse R und/oder um eine zweite, vorzugsweise orthogonal zur ersten Rotationsachse stehende, Rotationsachse bewegt werden.
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Nachführsysteme umfassen Aktuatoren, die von der Datenverarbeitungsvorrichtung steuerbar sind und die Solarmodule in Richtung der Sonneneinstrahlung automatisiert bewegen.
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Die Sockel 302 sind mit Magneten ausgestattet, um sie auf der Grundplatte zu fixieren.
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Mehrere Trägerstrukturen 3 können beliebig auf einer Grundplatte angeordnet werden. Die Trägerstrukturen 3 sind höhenverstellbar und ermöglichen eine Variation des Neigungswinkels.
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Eine zweite Grundplatte kann hinzugefügt werden, um den verfügbaren Platz zu vergrößern. Der Untergrund kann durch die Verwendung eines Rahmens auf der Grundplatte leicht gewechselt werden. Dieser Rahmen kann mit Materialien gefüllt werden, z.B. mit Sand oder mit einer reflektierenden Folie abgedeckt werden, um verschiedene reflektierende Böden in realen Anwendungen zu simulieren.
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Ein Multiplexer ermöglicht die Messung mehrerer Module mit einer Messeinheit, die Messeinheit erfasst die Messdaten zyklisch in kurzen Zeitabständen. So können Module an unterschiedlichen Positionen oder Einbaumodi bei nahezu identischen Bestrahlungsbedingungen direkt miteinander verglichen werden. Der im gezeigten Beispiel verwendete Multiplexer ermöglicht die Messung von bis zu 24 Mini-Modulen. Die Messung einer IV-Kurve dauert vorzugsweise 1,5 Sekunden oder kann auch weniger oder mehr betragen.
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Es ist auch denkbar, dass jedes Solarmodul über eine eigene Messeinheit verfügt, sodass die Solarmodule exakt zur gleichen Zeit gemessen werden können. Außerdem wäre es denkbar, dass die Solarmodule mit einer elektronischen Vorrichtung in einem einstellbaren Arbeitspunkt betrieben werden können.
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Das Gehäuse 5 enthält unter anderem die Messelektronik und ein Kühlsystem. Das Gehäuse kann vorzugsweise unter der Grundplatte platziert werden um noch besser vor Wettereinflüssen geschützt zu sein.
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In 2 ist die Testvorrichtung mit Oberflächenstrukturen zwischen Reihen von vertikal installierten Solarmodulen 4 schematisch dargestellt.
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3 zeigt eine Seitenansicht einer beispielshaften Trägerstruktur 3 zum Halten von Solarmodulen 4. Die Trägerstruktur 3 dient der Verbindung der Grundplatte mit Solarmodulen 4. Die Trägerstruktur 3 ist höhenverstellbar. Die Trägerstruktur 3 weist Magnetfüße 310 auf, die auf der Grundplatte 2 befestigt werden können. Zusätzlich oder alternativ kann die Trägerstruktur durch Schrauben oder Gewichte mit dem Untergrund verbunden sein. Ein Standfuß ist als vertikaler Pfeiler ausgebildet, der zwei Teile, ein Unterteil 311 und ein Oberteil 313 umfasst, die relativ zueinander verschiebbar sind. Beide Teile weisen Langlöcher auf, durch die Verbindungsschrauben 312 ragen. Die Langlöcher weisen eine Rasterung zur stufenweisen Höheneinstellung auf. In anderen Beispielen kann eine stufenlose Einstellung vorgesehen sein. Eine weitere Möglichkeit der Höhenverstellung wären Gewindestangen oder Teleskopstangen. Durch Festziehen der Verbindungsschrauben 312 können das Unterteil 311 und das Oberteil 313 relativ zueinander fixiert werden, sodass eine vertikale Länge des Standfußes und damit eine Montagehöhe der Solarmodule variiert werden kann. Eine Profilhalterung 314 ist schwenkbar an dem Standfuß, insbesondere an dem Oberteil 313 über ein Drehgelenk 315. Das Drehgelenk 315 ermöglicht in dem gezeigten Beispiel eine Neigung zwischen 0° und 180°. In die Profilhalterung 314 sind Solarmodule 4 (nicht sichtbar) eingesetzt und mit dieser verbunden. Die Profilhalterung 314 weist eine verzahnte Rastscheibe 316 auf, die fest mit der Profilhalterung 314 verbunden ist. An dem Oberteil 313 ist ein Raststift 317 vorgesehen, der in Abhängigkeit des Winkels der Profilhalterung 314 gegenüber dem Oberteil in einen Zwischenraum der Zähne der Rastscheibe 316 eingreift. So kann eine Position der Profilhalterung 314 gegenüber dem Standfuß fixiert werden.
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Die Trägerstruktur kann aus Metall oder Kunststoff ausgeführt sein oder Metall und/oder Kunststoff umfassen, vorzugsweise aus witterungs- und korrosionsbeständigen Materialien.
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Denkbar ist auch eine aktive Verstellung des Winkels der Solarmodule 4 (Mover), in diesem Falle wäre am Drehgelenk 315 einen Motor oder ein Antriebsrad angebracht.
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Die Verstellung des Winkels könnte über ein vorgegebenes Programm erfolgen oder über zusätzliche Sensoren, die den Einstrahlwinkel der Sonne erfassen.
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4 zeigt eine beispielhafte Trägerstruktur 3 mit montierten Solarmodulen 4 zur Verwendung in einer Testvorrichtung gemäß obiger Figuren. Die Trägerstruktur 3 umfasst einen zentralen Pfeiler, an dem die Solarmodule 4 um zwei Achsen schwenkbar montiert sind. Die Schwenkachsen sind vorzugsweise orthogonal zueinander. Der Pfeiler ist zentral unter den Solarmodulen 4 angeordnet.
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5 zeigt eine beispielhafte Trägerstruktur 3 mit montierten Solarmodulen 4 zur Verwendung in einer Testvorrichtung gemäß obiger Figuren. Die Solarmodule können entlang einer Rotationsachse geschwenkt werden. Die Rotationsachse verläuft orthogonal zu den Standfüßen. Die Solarmodule sind symmetrisch zur Rotationsachse angeordnet.
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Berechnungen mit der Testvorrichtung sagen spezifische Abhängigkeiten für unterschiedliche Systemlayouts voraus. Mit den in den Figuren dargestellten Testvorrichtungen können vergleichende Messungen im Freien durchgeführt werden, um den voraussichtlichen Ertragsgewinn und die Abhängigkeiten zu ermitteln. Der miniaturisierte Prüfstand erlaubt einen direkten Vergleich von Szenarien parallel und eine schnelle Änderung der Aufstellungsbedingungen. Der Einsatz des miniaturisierten Prüfstandes zur Realisierung verschiedener Szenarien und wechselnder Reflektorstrukturen ist wesentlich flexibler, schneller und kostengünstiger als ein vergleichbarer Aufbau mit großen Modulen