DE69723823T2

DE69723823T2 - Vorrichtung zur Projektion eines definierten Lichtbündels auf eine photoempfindliche Oberfläche

Info

Publication number: DE69723823T2
Application number: DE69723823T
Authority: DE
Inventors: Dr. Heinz Ossenbrink; Willem Zaaiman; Claas Helmke
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2017-07-01
Also published as: WO1999001724A1; CA2288711A1; ATE246345T1; EP0889306B1; US6191352B1; ES2205092T3; NO996537D0; NO996537L; EP0889306A1; PT889306E; JP2002510393A; DE69723823D1; DK0889306T3

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Projektion eines definierten Lichtbündels auf eine photoempfindliche Oberfläche, insbesondere zur Prüfung der Leistung eines Solarmoduls.
Leistungsprüfungen dieser Art erfordern ein gut definiertes Lichtbündel, so weit es um die gesamte Lichtintensität, die örtliche Verteilung der Lichtintensität und die spektrale Zusammensetzung geht. Für Gleichstrom-Solarmodule werden gepulste simulierte Lichtquellen gegenüber natürlichem Sonnenlicht wegen ihres bekannten und konstanten Lichtspektrums, ihrer stabilen Lichtintensität während des Messzyklus (ungefähr 2 ms), ihrer Verfügbarkeit das ganze Jahr hindurch und der niedrigen und konstanten Temperatur, der das Modul während der kurzzeitigen Prüfung ausgesetzt ist, bevorzugt.
Manche Module mit neuer Technologie wie beispielsweise Platten mit Mehrschicht-Solarzellen oder Wechselstrom-Solarmodule erfordern jedoch länger dauernde Messzyklen, für die lichtstarke künstliche Lichtquellen nur unter hohem Kostenaufwand verfügbar sind.
US-A-3905352 offenbart ein ausziehbares System für die Übertragung nutzbarer Solarwärme, wobei das System aus mehreren beweglichen Spiegeln besteht.
Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine starke Lichtquelle zu konzipieren, die vergleichsweise preiswert ist, über länger dauernde Prüfzeiträume eine gleichmäßige und definierte Lichtintensität auf eine große Fläche bis 4 m² richtet und die Möglichkeit bietet, für das zu prüfende Modul eine gesteuerte niedrige Temperatur beizubehalten.
Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung durch die in Anspruch 1 definierte Vorrichtung erreicht. Bevorzugte Ausführungen dieser Vorrichtung werden in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nun detaillierter unter Bezugnahme auf die angehängte Zeichnung beschrieben, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch darstellt.
Diese Vorrichtung verwendet die Sonne als Hauptlichtquelle, vermeidet aber die Nachteile dieser Wahl (Spektrum und Lichtintensität variieren je nach Tages- und Jahreszeit), indem sie adäquate Steuerungsmechanismen bereitstellt.
In der Zeichnung ist eine Struktur 1 abgebildet, die gemäß der relativen Bewegung der Sonne in Bezug auf den Standort der Vorrichtung von einem Motor (nicht dargestellt) um eine vertikale Achse 4 gedreht werden kann. Diese Struktur 1 trägt zwei Spiegel:

– Ein erster Spiegel 2, ist so angebracht, das er das einfallende Sonnenlicht einfängt. Er kann von einem Motor (nicht dargestellt) mit Steuerungsmitteln um eine horizontale Achse 3 gekippt werden, um ihn kontinuierlich dem Höhenwinkel der Sonne nachzuführen. Der erste Spiegel ist in zwei unterschiedlichen Positionen dargestellt.
– Ein zweiter Spiegel 5 ist fest über einer horizontalen Ebene angebracht, die die photoempfindliche Fläche 6 bildet, wo das Modul zu prüfen ist. Der zweite Spiegel fängt das vom ersten Spiegel reflektierte Licht ein und ist so befestigt und ausgerichtet, dass er das einfallende Licht vertikal hinunter zur Fläche 6 richtet.

Die photoempfindliche Fläche ist in einer Kabine 7 angeordnet, in der ein Schubfach für die Unterbringung des zu prüfenden Moduls eingebaut ist. Diese Kabine ist mit Mitteln für die Temperaturstabilisierung ausgerüstet, die während der gesamten Prüfzyklen eine definierte niedrige Temperatur der Fläche 6 sicherstellen. Diese Mittel sind nicht dargestellt, da sie herkömmlicher Art sind.
Ein Rollo 8 schützt die Struktur vor diffusem Tageslicht, das die Prüfung durch Beeinflussung der auf die Fläche 6 einfallenden Lichtstrahlen verfälschen könnte. Dieses Rollo definiert die Öffnungsgeometrie des ersten Spiegels 2.
Ein unbedingt erforderliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Regelung der Lichtintensität, der die Fläche 6 ausgesetzt ist. Die Intensität von Sonnenlicht variiert je nach Wetterbedingungen und der tages- und jahreszeitlich bedingten Veränderung des Höhenwinkels. Zu diesem Zweck ist einer der Spiegel, vorzugsweise der erste Spiegel 2, auf einem Mechanismus angebracht, der die Konvexität oder Konkavität der Spiegeloberfläche variieren kann. Der andere Spiegel ist vorzugsweise ein ebener Spiegel, doch eine Veränderung der Konvexität beider Spiegel kann durchaus von Nutzen sein.
Ein solcher Mechanismus ist bekannt und besteht in einer ersten Ausführung aus einer gasdichten Kammer 9 in Form eines kreisförmigen Zylinders. Eine der kreisförmigen äußeren Oberflächen der Kammer ist elastisch und bildet oder trägt den Spiegel. Diese Oberfläche kann gemäß dem Druck des Gases, das der Kammer zugeführt wird, mehr oder weniger konkav oder konvex gemacht werden. Dieser Druck ist vorzugsweise ein Unterdruck, kann jedoch auch ein Überdruck sein. Die Gaszufuhrmittel sind nicht dargestellt, da sie herkömmlicher Bauart sind.
In einer anderen Ausführung besteht dieser Mechanismus aus mehreren Schubstangen, von denen jede einer Unterfläche des Spiegels und einzelnen elektromechanischen Betätigungsvorrichtungen zugeordnet ist.
Die spektrale Zusammensetzung des einfallenden Sonnenlichts kann durch Einschieben adäquater Filter in den vertikalen Weg des Lichtbündels leicht an die Erfordernisse angepasst werden. Demzufolge kann beispielsweise monochromatisches Licht einer gewünschten Wellenlänge für die Prüfungen verwendet werden, um die Leistung des Moduls als eine Funktion der Wellenlänge zu untersuchen.
Alle Bewegungen, die für die Einstellung der Vorrichtung auf die Elevation und den Azimut und für die Regelung der Lichtintensität mittels der Konvexität des variablen Spiegels erforderlich sind, werden gemäß den Befehlen der Anwender von einem Mikroprozessor gesteuert, der Messsignale von adäquaten Sensoren empfängt.
Ein Prototyp der Vorrichtung weist eine Gesamthöhe von ca. 10 m und Spiegeloberflächen oder Lichtbündelquerschnitte von ca. 4 m² auf.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt mehrere Stunden pro Sonnentag und das ganze Jahr hindurch Licht für die Prüfungen bereit. Wenn im Sommer die Intensität des Sonnenlichts hoch ist, verbreitert der Mechanismus der Konvexitätssteuerung das Lichtbündel und lässt demzufolge nur einen Teil des einfallenden Lichtbündels auf die Fläche 6 treffen. Im Gegensatz dazu reduziert der Mechanismus im Winter oder bei bewölktem Himmel den Querschnitt des Lichtbündels, um die ganze einfallende Lichtenergie auf die Fläche oder sogar nur auf einen zentralen Teil davon – der dann die einzige Prüfzone ist – zu konzentrieren. Bei allen Bedingungen wird die Energie gleichmäßig über die betreffende Prüffläche verteilt, da die Lichtreflexion praktisch afokal ist, wobei die Brennweite des variablen Spiegels in jedem Fall lang im Vergleich zu den Abmessungen der Vorrichtung ist.

Claims

Vorrichtung zum Ausrichten eines definierten Lichtbündels auf eine photoempfindliche Fläche, insbesondere zur Prüfung der Leistung eines Solarmoduls; so beschaffen, dass sie in einer tragenden Struktur (1), die um eine vertikale Mittelachse (4) gemäß dem aktuellen auf den Azimut bezogenen Sonnenstand gedreht werden kann, umfasst: – eine Kabine (7), um ein zu prüfendes Modul aufzunehmen, wobei die photoempfindliche Fläche (6) des Moduls in einer horizontalen Position ist und die Kabine im unteren Teil der Struktur angeordnet ist; – einen ersten Spiegel (2), der um eine horizontale Achse (3) gekippt werden kann, um seine Position kontinuierlich an den auf die Elevation bezogenen Sonnenstand anzupassen und das auf ihn einfallende Sonnenlicht zu optimieren; – und einen zweiten Spiegel (5), der an der Struktur (1) vertikal über der photoempfindlichen Fläche (6) des Moduls befestigt ist und das Lichtbündel vom ersten Spiegel (2) empfängt, um dieses zur Fläche (6) zu reflektieren; – Sensoren für Sonnenlichtintensität; wobei mindestens einer der Spiegel (2, 5) einem Mechanismus (8) zugeordnet ist, mit dem die Konvexität des Spiegels gemäß den Sensoren für Sonnenlichtintensität variiert werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kabine (7) mit Mitteln zur Temperaturstabilisierung ausgerüstet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Mikroprozessor Signale von den Sensoren für Sonnenlichtintensität empfängt und Steuerungen für den Mechanismus, der die Konvexität variiert, bereitstellen kann.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Spiegel (2) dem Mechanismus, der die Konvexität variiert, zugeordnet ist, während der zweite Spiegel (5) eben ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Spiegel (5) dem Mechanismus, der die Konvexität variiert, zugeordnet ist, während der erste Spiegel (2) eben ist.