-
Beschreibung
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fehlerdiagnose
an Solarmodulen nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 9.
-
Bei der Solarmodulfertigung sollen Solarmodule kostengünstig und
rationell getestet werden. Solarmodule weisen in der Regel einen sogenannten Verbundaufbau
auf. Dabei sind Solarzellen in irgendwelche Dielektrika wie beispielsweise Glas
oder Kunststoff eingebettet und/oder mit irgendwelchen Dielektrika wie Glas oder
Kunststoff bedeckt. Bei der Fertigstellung eines Solarmodulverbundaufbaus kann es
geschehen, daß irgendein elektrischer Leiter innerhalb des Solarmoduls irgendeine
Störung aufweist. Dies kann beispielsweise eine gestörte Kontaktierung, ein gestörter
elektrischer Draht oder eine elektrische Störung innerhalb einer Solarzelle sein.
Nachdem die Solarzellen zusammen mit wenigstens einem Teil ihrer elektrischen Verdrahtung
in irgendwelche Dielektrika eingebettet sind, soll es immer noch möglich sein, eine
ungleichmäßige oder eine gestörte Stromverteilung innerhalb des verschlossenen Solarmoduls
zu erkennen.
-
Es ist bekannt, Stromverteilungen innerhalb eines bereits verschlossenen
Solarmoduls dadurch zu analysieren, daß einzelne Solarzellen durch ein die Solarzellen
bedeckendes Dielektrikum hindurch direkt mit einem elektrisch leitenden Meßfühler
kontaktiert werden. Dazu ist jedoch eine Bohrung durch das die Solarzellen bedeckende
Dielektrikum hindurch erforderlich. Eine solche Bohrung muß entweder nach Durchführung
der Messung wieder sehr sorgfältig mit einem relativ großen Aufwand verschlossen
werden, oder die Solarzellen sind durch das die Solarzellen bedeckende Dielektrikum
nicht mehr vollständig vor Witterungseinflüssen geschützt, sofern diese Bohrung
nicht wieder beseitigt wird.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen eine Fehlerdiagnose
an Solarmodulen auch dann durchgeführt werden kann, wenn die Solarmodule verschlossen
bleiben.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach dem Anspruch
1 und durch eine Vorrichtung nach dem Anspruch 9 gelöst.
-
In einem Solarmodul sind im allgemeinen mehrere Solarzellen hintereinander
in Reihe geschaltet. Wenn eine Spannung an eine Reihe von in Serie geschalteten
Solarzellen angelegt wird, ergibt sich bei gleichmäßiger Stromverteilung zwischen
diesen in Serie hintereinandergeschalteten Solarzellen an jeder dieser Solarzellen
annähernd der gleiche Spannungsabfall. Wenn innerhalb dieser in Serie hintereinandergeschalteten
Solarzellen eine elektrische Störung vorhanden ist, die den elektrischen Stromfluß
nur ungleichmäßig sich ausbilden läßt, bilden sich auch Spannungsunterschiede innerhalb
der elektrischen Leitung, an der eine von außen angelegte Spannung angeschlossen
ist, räumlich unterschiedlich aus. das für hintereinander in Reihe geschaltete Solarzellen
Gesagte gilt auch für parallelgeschaltete Solarzellenanordnungen in entsprechender
Weise.
-
Wenn bei einem Solarmodul an die Außenklemme eine Hochfrequenzspannung
angelegt wird, kann mit einem Verfahren und mit einer Vorrichtung nach der Erfindung
der Spannungsabfall an verschiedenen Leiterstükken und/oder an verschiedenen Solarzellen
schrittweise hintereinander überprüft und verglichen werden. Auf diese Weise lassen
sich elektrische Störungen lokalisieren, ohne daß ein bereits verschlossenes Solarmodul
auch an solchen Orten geöffnet werden müßte, an denen eine elektrische Störung nicht
vorliegt. Insbesondere Fehler in der elektrischen Verdrahtung, beispielsweise Lötfehler
oder Kontaktierfehler, können mit einem Verfahren und mit einer Vorrichtung nach
der Erfindung gut erkannt werden. Damit wird eine gezielte Öffnung eines Solarmoduls
nur an derjenigen Stelle, an der eine elektrische Störung vorhanden ist, möglich.
Dies wiederum ermöglicht eine kostengünstige Nacharbeit von bereits verschlossenen
Solarmodulen und damit eine Verringerung der Ausschußrate.
-
Bei einem Verfahren und bei einer Vorrichtung nach der Erfindung
wird eine Einrichtung, beispielsweise eine Meßspitze eines Oszillographen auf eine
Meßstelle auf der Oberfläche eines die Solarzellen und deren Ver-
drahtung
bedeckenden Dielektrikums gerichtet. Die Meßstelle auf der Oberfläche des Dielektrikums
ist über dieses Dielektrikum hinweg kapazitiv mit einem elektrischen Leiter gekoppelt,
der sich unterhalb dieser Meßstelle, die auf der Oberfläche des Dielektrikums angeordnet
ist, befindet. Wenn an den elektrischen Leiter unterhalb des Dielektrikums eine
hochfrequente Spannung angelegt wird, wird aufgrund der kapazitiven Kopplung an
der Meßstelle auf der Oberfläche des Dielektrikums ebenfalls eine Wechselspannung
erzeugt.
-
Die Amplitude dieser Wechselspannung kann am Oszillographen abgelesen
werden.
-
Der Spitzenwert der an den elektrischen Leiter unterhalb des Dielektrikums
angelegten Hochfrequenzspannung soll im Leerlauf größer sein als die Leerlaufgleichspannung
des Solarmoduls bei der während der jeweiligen Fehlerdiagnose auftretenden Beleuchtung.
Eine Leerlaufgleichspannung tritt im allgemeinen auch schon bei normaler Raumbeleuchtung
auf, die unter normalen Meßbedingungen zu erwarten ist.
-
Bei gleichmäßiger Stromverteilung innerhalb des elektrischen Leiters
unterhalb des Dielektrikums baut sich innerhalb dieses elektrischen Leiters eine
hochfrequente Spannung auf, die von Solarzelle zu Solarzelle einen räumlich gleichmäßigen
Spannungsabfall aufweist.
-
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert: Fig. 1 zeigt
eine Meßanordnung nach der Erfindung.
-
Fig. 2 zeigt das Schaltungsprinzip einer Meßanordnung nach der Erfindung.
-
Fig. 3 zeigt eine typische Strom-Spannungs-Kennlinie eines Solarmoduls.
-
Fig. 4 zeigt eine Messung an einem Solarmodul ohne elektrische Störung.
-
Fig. 5 zeigt eine Messung an einem Solarmodul mit einer elektrischen
Störung.
-
Fig. 1 zeigt eine Meßanordnung nach der Erfindung.
-
Das Solarmodul 50 besitzt 20 Solarzellen 1 bis 20, die hintereinander
in Reihe geschaltet sind. Die negative Anschlußklemme 53 des Solarmoduls ist mit
einem Anschluß der Solarzelle 1 verbunden. Die positive Anschlußklemme 54 des Solarmoduls
ist mit einem Anschluß der Solarzelle 20 verbunden. Die Solarzellen 1 bis 20 sind
in einem Verbundaufbau in einen Kunststoff 52 eingebettet und mit einer Glasscheibe
51 bedeckt.
-
Anstelle von Kunststoff 52 und von Glasscheibe 51 können auch beliebige
Kombinationen von Kunststoffen und/oder Glas und/oder anderen dielektrischen Stoffen
verwendet werden, in denen Solarzellen eingebettet werden können.
-
An die Anschlußklemmen 53, 54 des Solarmoduls ist ein Hochfrequenzspannungsgenerator
60 angeschlossen. Eine hochohmige Meßspitze 61 oder ein sonstiger hochohmiger Spannungsmesser
wird auf die Meßstelle 56 auf der Oberfläche des Glases 51 oberhalb der Solarzelle
18 gedrückt. Die Meßstelle 56 auf der Oberfläche des Glases 51 ist durch das Glas
51 und durch den Kunststoff 52 kapazitiv über eine resultierende Kapazität 55 mit
der Solarzelle 18 verbunden. Die an der Meßstelle 56 auf der Oberfläche des Glases
51 vorhandene resultierende Wechselspannung wird über die Meßspitze 61 mit dem Meßempfänger
62 detektiert. Als Meßempfänger 62 kann im einfachsten Fall ein Oszillograph dienen.
Am Bildschirm des Oszillographen kann dann die jeweils an der Meßstelle 56 resultierende
Wechselspannung abgelesen werden.
-
Als Meßempfänger 62 kann auch ein Lock-ln-Verstärker verwendet werden.
Diesem Lock-ln-Verstärker muß dann die vom Hochfrequenzspannungsgenerator 60 erzeugte
Wechselspannung als Referenzsignal zugeführt werden. Am Ausgang 63 eines Lock-In-Verstärkers
62 erhält man dann die jeweilige Amplitude U' der jeweils an der Meßstelle 56 gemessenen
resultierenden Wechselspannung.
-
Diese Amplitude U' hängt vom Ort der Meßstelle 56 auf der Oberfläche
des Glases 51 ab. Die oberhalb einer jeden der Solarzellen 1 bis 20 an jeweils verschiedenen
Meßstellen auf der Oberfläche des Glases 51 gemessenen Amplituden U'lassen erkennen,
ob die Stromverteilung innerhalb des Solarmoduls 50 gleichmäßig ist.
-
Wenn die Stromverteilung innerhalb des Solarmoduls gleichmäßig ist,
zeigen auch die Unterschiede in den Amplituden U'bei vergleichbaren Abschnitten
der elektrischen Leiter innerhalb des Solarmoduls 50 auch ungefähr gleiches Ausmaß.
Bei ungleichmäßiger Stromverteilung innerhalb des Solarmoduls 50 zeigen die Amplituden
U' auch bei vergleichbaren Abschnitten des elektrischen Leiters innerhalb des Solarmoduls
50 eine räumlich unterschiedliche Verteilung der Änderungen der Amplituden U'. Daraus
kann auf räumliche Inhomogenitäten des elektrischen Leiters innerhalb des Solarmoduls
50 geschlossen werden. Aufgrund dessen kann schließlich das Solarmodul 50 gezielt
nur an solchen Orten geöffnet werden, wo tatsächlich auch eine elektrische Störung
vorliegt.
-
Fig.2 zeigt das der Meßanordnung nach Fig. 1 zugrunde liegende Schaltungsprinzip.
Aufgrund der bei Fig. 1 gemachten Angaben ist das Schaltungsprinzip nach Fig. 2
sofort verständlich.
-
Fig. 3 zeigt eine typische Stromspannungskennlinie für ein Solarmodul
50. Wenn die von außen an die Anschlußklemmen 53, 54 angelegte Spannung U gleich
Null ist, fließt bereits ein Strom I aufgrund einer Beleuchtung des Solarmoduls
50. Als Beleuchtung genügt dabei bereits eine normale Raumbeleuchtung, die bei der
Fehlerdiagnose des Solarmoduls 50 im allgemeinen vorhanden ist.
-
Fig.4 zeigt die gemessenen Amplituden U' der an verschiedenen Meßstellen
auf der Oberfläche des Glases 51 aus dem Anlegen der Wechselspannung Uan die Anschlußklemmen
53, 54 resultierenden Wechselspannungen. Als Meßstellen sind dabei jeweils Orte
oberhalb der jeweiligen Solarzellen 1 bis 20 gewählt. Die Amplitude U' istdaher
als Funktion dieser Meßstellen n oberhalb der jeweiligen Solarzellen 1 bis 20 aufgetragen.
-
Für ein Verfahren nach der Erfindung kann eine Teststrategie entwickelt
werden, bei der nicht oberhalb einer jeden Solarzelle die Amplitude U' ermittelt
werden muß. Eine elektrische Störung kann auch räumlich eingegrenzt werden, wenn
nur ganz wenige Meßstellen auf der Oberfläche des Glases 51 gewählt werden.
-
Fig. 5 zeigt ein Meßergebnis von einem Solarmodul 50 mit einer elektrischen
Störung zwischen den Solarzellen 11 und 12. Die Amplituden U'verlaufen sowohl zwischen
den Meßpunkten oberhalb der Solarzellen 1 mit 11 als auch zwischen den Meßpunkten
oberhalb der Solarzellen 12 bis 20 gleichmäßig. Zwischen den Solarzellen 11 und
12 zeigt die gemessene Amplitude U' jedoch einen vom übrigen Verlauf abweichenden
abrupten Sprung. Aufgrund der Messung nach Fig.7 braucht das Solarmodul 50 nur im
Bereich zwischen den Solarzellen 11 und 12 geöffnet zu werden. Damit ist eine gezielte
Nacharbeit des Solarmoduls 50 möglich.
-
- Leerseite -