DE29909648U1

DE29909648U1 - Strahlungssensor und Gehäuse zu dessen Herstellung

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Publication number: DE29909648U1
Application number: DE29909648U
Authority: DE
Original assignee: Inst Solare Energieversorgungstechnik Iset; Institut fuer Solare Energieversorgungstechnik ISET
Current assignee: Inst Solare Energieversorgungstechnik Iset; Institut fuer Solare Energieversorgungstechnik ISET
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 1999-09-23
Anticipated expiration: 2009-05-28

Description

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Diplom-Physiker ¹ Reinfried Frhr. v. Schorlemer

Karthäuserstr. 5A 34117 Kassel Allemagne

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Institut für Solare Energieversorgungstechnik (ISET)

Verein an der Universität Gesamthochschule Kassel e.V., 34119 Kassel

Strahlungssensor und Gehäuse zu dess

Die Erfindung betrifft einen Strahlungssensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Gehäuse zu dessen Herstellung.

Strahlungssensoren dieser Art werden insbesondere dazu verwendet, die solare Einstrahlung an einem vorgewählten Meßort zu messen, um daraus Rückschlüsse auf das Angebot an Strahlungsenergie unter zeitlichen und geometrischen Kriterien ziehen oder die momentane elektrische Leistung einer bereits installierten Photovoltaik-(PV)-Anlage abschätzen zu können. Damit die mit einer Meßzelle erhaltenen Ergebnisse mit denen einer Photovoltaik-Anlage vergleichbar sind, werden insbesondere Silicium-Meßzellen verwendet, deren physikalische Eigenschaften mit den PV-Zellen der PV-Module von real betriebenen PV-Anlagen im wesentlichen übereinstimmen. Trotz des ständig wachsenden PV-Markts stehen aber bis heute keine Strahlungssensoren zur Verfugung, die den vielseitigen Anwendungserfordernissen Rechnung tragen und im Hinblick auf Präzision, mechanische Stabilität, Lebensdauer, Einbaumöglichkeiten und Preis den gestellten Anforderungen entsprechen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Strahlungssensor und das Gehäuse der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, daß sie auf einfache Weise mit unterschiedlichen Meßzellen ausgerüstet, an unterschiedliche Meßaufgaben angepaßt und je nach Bedarf für unterschiedliche Einbausituationen angewendet werden können.

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Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 15.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß das Gehäuse des erfindungsgemäßen Strahlungssensors so ausgebildet ist, daß es zahlreiche unterschiedliche Probleme berücksichtigt, die sich bei der Anwendung eines Strahlngssensors ergeben können. Der Strahlungssensor kann daher mit einem und demselben Gehäuse an zahlreiche unterschiedliche Anwendungsfalle angepaßt werden, wodurch sich ein kostengünstiges und anwenderfreundliches Gesamtkonzept ergibt.
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Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: 15

Fig. 1 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Strahlungssensor;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1; und Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 2.

Der erfindungsgemäße Strahlungssensor enthält nach Figuren 1 bis 3 ein Gehäuse 1, das z.B. aus Aluminium oder Kunststoff besteht und durch Guß, Druckguß oder sonstwie hergestellt werden kann. Das Gehäuse ist vorzugsweise schalenförmig ausgebildet und schließt einen Hohlraum 2 ein, der unten von einem Boden 3 und seitlich von einem vom Boden 3 aufragenden, den Hohlraum umgebenden Wandabschnitt 4 begrenzt ist. Nach oben hin ist der Hohlraum 2 offen. Kurz vor seinem oberen Ende weist der Wandabschnitt 4 auf seiner Innenseite eine zweckmäßig umlaufende Stufe bzw. abgesetzte Schulter 5 auf, die eine Auflagefläche bildet, auf die z.B. eine mit einem entsprechenden Umfang versehene transparente Abdeckung 6 wie z.B. eine Glasplatte aufgelegt werden kann. Außerdem ist der Boden 3 mit einem durchgehenden, als Kabeldurchführung dienenden Kanal und mit mehreren vom Boden 3 aufragenden Haltestegen 8 versehen, deren freie Enden eine weitere Auflagefläche bilden, die auch von den oberen Enden von Hülsen

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gebildet werden kann, die auf die Haltestege 8 aufgesteckt werden können und aus einem weichen Material, z.B. Silicongummi oder dergleichen bestehen. Die Haltestege 8 enden vorzugsweise dicht unterhalb der von der Schulter 5 definierten Auflageebene.

Der Wandabschnitt 4 ist auf einer Rückseite des Gehäuses 1 mit einer vorzugsweise ebenen Montagefläche 10 versehen, die zweckmäßig im wesentlichen senkrecht zu der von der Schulter 5 gebildeten Auflagefläche verläuft, wenigstens ein den Wandabschnitt durchsetzendes Loch 11 (Fig. 3) für eine Befestigungsschraube aufweist und dazu dient, das Gehäuse 1 an einer Wand, insbesondere einer vertikalen Wand zu befestigen.

An einer vom Hohlraum 2 abgewandten Seite ist der Boden 3 vorzugsweise mit einem Anschlußstutzen 12 versehen, der einen in die Kabeldurchführung 7 mündenden Durchgang 14 aufweist und zweckmäßig mit einem Außengewinde 15 versehen ist, auf das eine Mutter, insbesondere eine Überwurfmutter 16 aufgeschraubt werden kann, die ein Loch 17 zur engen, dicht abschließenden Aufnahme eines den Durchgang 14 und die Kabeldurchführung 7 durchsetzenden Anschlußkäbels aufweist. Alternativ kann in den Durchgang 14 ein Einsatz in Form eines Steckers oder einer Buchse eingesetzt, insbesondere eingeklebt oder eingeklemmt sein, um den elektrischen Anschluß mit Hilfe üblicher Steckkontakte zu bewirken.

Das beschriebene Gehäuse 1 ist als Universalgehäuse ausgebildet und bietet zahlreiche Optionen für die Montage und Anwendung üblicher Meßzellen, wobei bier vor allem an aus Siliciumzellen bestehende Photovoltaik-Meßzellen gedacht ist. Diese können z.B. als laminierte, zwischen zwei Glasplatten eingebettete und mit diesen fest verbundene Zellen oder auch als unlaminierte, d.h. sogenannte Nacktzellen vorliegen. Dabei bietet das erfindungsgemäße Gehäuse 1 insbesondere drei Montagemöglichkeiten für derartige Meßzellen.

In Fig. 1 ist die Montage einer vergleichsweise kleinen, z.B. einen quadratischen Querschnitt aufweisenden, unlaminierten Meßzelle 19 dargestellt. Die Meßzelle 19 wird auf den Haltestegen 8 oder auf die Enden von auf diese aufgesteckten, weiche Noppen bildenden Hülsen 9 aufgelegt und mit einer Glasplatte 20 abgedeckt, deren Größe so gewählt wird, daß ihr Rand auf der abgesetzten Stufe 5 zu liegen kommt, ggf. unter

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zusätzlicher Anwendung eines Distanz- und Dichtrings 21. Dabei ist die Höhe der Haltestege 8 bzw. die Lage der Hülsen 9 und/oder die Dicke der Meßzelle 19 so gewählt, daß die Meßzelle 19 von der Glasplatte 20 mit leichtem Druck gegen die Haltestege 8 bzw. Hülse 9 gedrückt und dadurch unverschiebbar im Gehäuse 1 festgelegt wird. 5

Eine zweite Montagemöglichkeit ergibt sich aus Fig. 2. Hier ist eine unlaminierte Meßzelle 22 angedeutet, deren Umfangsrand so groß ist, daß sie auf die abgesetzte Schulter 5 aufgelegt werden kann, ggf. unter Anwendung des Dichtrings 21, wobei die Höhe der aufgesteckten Hülsen 9 so gewählt ist, daß sie zusätzliche Stützpunkte im mittleren Teil der Meßzelle 22 bilden. In diesem Fall wird die Meßzelle 22 von der oberen, z.B. aus Glas bestehenden und leicht konvex gekrümmten Abdeckung 6 abgedeckt.

Schließlich zeigt Fig. 3 eine Variante mit einer laminierten, in üblicher Weise zwischen je zwei Folien und Glasplatten eingebetteten Meßzelle 23, deren Querschnitt so groß ist, daß sie auf die Stufe 5 aufgelegt werden kann. Der einzige wesentliche Unterschied zu Fig. besteht darin, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die Abdeckung 6 fehlen kann. Außerdem brauchen die Haltestege 8 bzw. Hülsen 9 nicht unterstützend wirken, da die Glasplatten der Meßzelle 23 bereits ausreichend stabil sind. Die Meßzelle 23 besteht z.B. aus einer üblichen, ca. 100 &khgr; 100 mm² großen und einige Millimeter dicken, aus Silicium hergestellten Solarzelle, wie sie auch zur Herstellung von handelsübliche PV-Modulen angewendet werden. Auch zahlreiche andere Anordnungen der Meßzellen 19, 22 und sind möglich.

Die endgültige Befestigung der Meßzellen 19, 22 bzw. 23 im Gehäuse 1 erfolgt zweckmäßig durch Anwendung eines geeigneten Klebers, insbesondere eines elastischen Klebers, mittels dessen die auf der Schulter 5 zu liegen kommenden Teile fest eingeklebt und dadurch gleichzeitig gegen Schmutz und Feuchtigkeit abgedichtet werden.

Das erfindungsgemäße Gehäuse 1 bietet auch zahlreiche Montagemöglichkeiten beim Gebrauch. Soll der Strahlungssensor an einer vertikalen Wand befestigt werden, wird das Gehäuse 1 mit seiner Montagefläche 10 an dieses angelegt und mit die Löcher 11 durchragenden Befestigungsschrauben an dieser befestigt. Bei der Befestigung an einer

&zgr;.B. horizontalen Platte 24, die in Fig. 1 angedeutet ist, wird diese mit einer zum Durchstecken des Anschlußstutzens 12 geeigneten Bohrung versehen und der durchgesteckte Anschlußstutzen 12 mit der Überwurfmutter 16 festgeschraubt, ggf. unter Zwischenlegung eines Dichtungsrings 25. Alternativ kann die Platte 24 mit einer zur Aufnahme des Außengewindes 15 geeigneten Gewindebohrung versehen werden. Auf entsprechende Weise könnte die Befestigung an einem an einer vertikalen Wand angebrachten Winkelstück erfolgen. Die Löcher 11 und der Anschlußstutzen 12 stellen somit auf einfache Weise zwei vorzugsweise senkrecht zueinanderstehende Befestigungssysteme dar. Schließlich wäre es möglich, das Außengewinde 15 in ein passendes Innengewinde zu schrauben, das an einem Handgriff, einer aufragenden Stange oder sonstwo ausgebildet ist.

Schließlich weist das erfindungsgemäße Gehäuse auch in elektrischer bzw. schaltungstechnischer Hinsicht Vorteile auf. Im einfachsten Fall dient der unterhalb der Schulter 5 befindliche Hohlraum 2 lediglich als Aufnahmeraum für die mit der Meßzelle verbundenen elektrischen Anschlußklemmen und die Enden der an diese angeschlossenen Leitungen, die durch die Kabeldurchführung 7 und ggf. den Durchgang 14 nach außen geführt werden. Vorzugsweise ist der Hohlraum 2 jedoch auch zur Aufnahme einer mit der Meßzelle 19, 22 bzw. 23 verbundenen, elektrischen Schaltungsanordnung eingerichtet. Zu diesem Zweck ist es möglich, der Meßzelle eine Leiterplatte mit allen zur Signalaufbereitung erforderlichen bzw. gewünschten Komponenten, insbesondere Prozessoren und sonstigen Microrechnerships zuzuordnen und diese zusätzlich im Hohlraum 2 unterzubringen. Auch in diesem Fall müßten die Durchführung 7 und der Durchgang 14 nur die für die Energieversorgung und die Signalabführung erforderlichen Leitungen aufnehmen. Dabei kann die Leiterplattenanordnung auch so ausgebildet und am Boden 3 des Gehäuses 1 angeordnet sein, daß sie anstelle der Haltestege 8 und/oder Hülsen 9 eine zur Ablage der Meßzelle bestimmte, ggf. zusätzlich zur Schulter 5 vorhandene Auflagefläche bildet und/oder den Haltestegen 9 entsprechende Noppen oder dergl. aufweist. Damit etwa im Hohlraum 2 angeordnete Microprozessoren oder dergl. ausreichende gekühlt werden, ist das Gehäuse an seiner Außenseite und insbesondere an seinem Boden 3 zweckmäßig mit einer Vielzahl von Kühlrippen 26 versehen.

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Der beschriebene Strahlungssensor kann aufgrund der erfindungsgemäßen Gehäuseausbildung werksseitig in Abhängigkeit vom Anwendungszweck unterschiedlich vormontiert werden. Dabei kann z.B. fur Langzeitmessungen eine feste Montage des Strahlungssensors im Bereich einer Wetterstation oder an einer mit einer Photovoltaikanlage versehenen Wand oder Fassade gewünscht sein, um die jeweilige Sonneneintrahlung zu messen und ggf. eine für die momentane Leistung der Photovoltaikanlage charakteristisches Größe zu gewinnen. In diesem Fall bietet sich die Anwendung eines aus dem Durchgang 14 herausgeführten Kabels an. Ist eine Kurzzeitmessung an einem vorgewählten Ort gewünscht, kann der Strahlungssensor zweckmäßig auf einer mit einem Anschlußstecker oder einer Anschlußbuchse versehenen Stange oder einem Handgriff montiert werden, wobei in der Stange oder im Handgriff zusätzlich eine Batterie oder Auswerteschaltung oder dergl. angeordnet sein könnte. Dabei wäre es ferner zweckmäßig, die Stange, den Handgriff oder das Gehäuse 1 mit einem Display zur Ablesung und/oder zur Eingabe von Daten und Signalen zu versehen, zu welchem Zweck z.B. eine Außenseite des Gehäuses zweckmäßig zusätzlich mit einer entsprechenden, in Fig. 2 gestrichelt angedeuteten Aussparung 27 versehen sein könnte, die zur Kabeldurchführung 7 oder zum Durchgang 14 hin geöffnet ist. In diesem Fall sind alle zur Strahlungsmessung erfoderlichen Komponenten im Strahlungssensor selbst oder in dem mit diesem verbundenen Handgriff, einer Stange oder dergl. untergebracht.

Die Meßzelle 19, 22 bzw. 23 ist vorzugsweise zur Durchführung unterschiedlicher Messungen eingerichtet. Sie ist hierzu zweckmäßig mit einer Mehrzahl von in den Hohlraum 2 ragenden Kontaktfahnen versehen, die so angeordnet sind, daß insbesondere eine Kurzschlußmessung, eine Messung der Leerlaufspannung und die Ermittlung des optimalen Arbeitspunkts durch MPP-Tracking möglich sind. Zu diesem Zweck wird die Meßzelle 19, 22, 23 zweckmäßig elektrisch derart in Sektoren unterteilt, daß die Messung des Kurzschlußstroms mit der ganzen Zelle möglich ist, zur gleichzeitigen Messung des Kurzschlußstroms und der Leerlaufspannung z.B. je die Hälfte der Meßzelle für je eine dieser Messungen zur Verfügung steht und für das MPP-Tracking vier in Reihenschaltung verbundene Sektoren verfügbar sind, um den optimalen Arbeitspunkt der Zelle und die sich daraus ergebende Leistung ermitteln zu können, aus der ggf. auf die Gesamtleistung einer auf einem Dach oder einer Fassade installierten Photovoltaikanlage geschlossen werden kann.

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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, das auf vielfache Weise abgewandelt werden kann. Dies gilt insbesondere für die verschiedenen Gehäuseelemente, die auch anders als beschrieben ausgebildet sein können, und die äußere Gehäuseform. Außerdem versteht sich, daß die verschiedenen Merkmale der Erfindung auch in anderen als den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet werden können.

Claims

1. Strahlungssensor mit einer für Solarstrahlung empfindlichen, photovoltaischen Meßzelle (19, 22, 23) und einem Gehäuse (1) zu deren Aufnahme, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) aus einem an einem oberen Ende offenen Hohlkörper besteht, der durch einen eine Kabeldurchführung (7) aufweisenden Boden (3) und einen von diesem aufragenden, einen Hohlraum (2) umgebenden Wandabschnitt (4) gebildet ist, der an seinem oberen Ende mit einer Auflagefläche für die Meßzelle (19, 22, 23) und/oder eine transparente Abdeckung (6, 20) für diese versehen ist.

2. Strahlungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) mit vom Boden (3) aufragenden, eine weitere Auflagefläche bildenden Haltestegen (8) versehen ist.

3. Strahlungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Haltestegen (8) auf diese aufsteckbare Hülsen (9) zugeordnet sind.

4. Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandabschnitt (4) eine im wesentlichen ebene, auf der Rückseite des Gehäuses (1) angeordnete Montagefläche (10) aufweist.

5. Strahlungssensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandabschnitt (4) mit wenigstens einem die Montagefläche (10) durchsetzenden Loch (11) für eine Befestigungsschraube versehen ist.

6. Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (3) an einer vom Hohlraum (2) abgewandten Seite einen Anschlußstutzen (12) mit einem in die Kabeldurchführung (7) mündenden Durchgang (14) aufweist.

7. Strahlungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußstutzen (12) mit einem Außengewinde (15) versehen ist.

8. Strahlungssensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwurfmutter (16) auf das Außengewinde (15) aufgeschraubt ist.

9. Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Anschlußstutzen (12) ein als Stecker oder Buchse ausgebildeter Einsatz eingesetzt ist.

10. Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (2) zur Aufnahme einer mit der Meßzelle (19, 22, 23) verbundenen, elektrischen Schaltungsanordnung eingerichtet ist.

11. Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) an einer Außenseite mit Kühlrippen (26) versehen ist.

12. Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) an einer Außenseite mit einer Aussparung (27) für ein Display versehen ist.

13. Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (19, 22, 23) für die gleichzeitige Messung unterschiedlicher physikalischer Größen eingerichtet ist.

14. Strahlungssensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (19, 22, 23) für die gleichzeitige Messung ihres Kurzschlußstroms, ihrer Leerlaufspannung und ihres optimalen Arbeitspunkts durch MPP-Tracking eingerichtet ist.

15. Gehäuse zur Herstellung eines Strahlungssensors, dadurch gekennzeichnet, daß es nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.