EP1966617A1 - Testvorrichtung und -verfahren für ein pv-konzentratormodul - Google Patents

Testvorrichtung und -verfahren für ein pv-konzentratormodul

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Publication number
EP1966617A1
EP1966617A1 EP06828728A EP06828728A EP1966617A1 EP 1966617 A1 EP1966617 A1 EP 1966617A1 EP 06828728 A EP06828728 A EP 06828728A EP 06828728 A EP06828728 A EP 06828728A EP 1966617 A1 EP1966617 A1 EP 1966617A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
test device
concentrator module
light source
tested
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06828728A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erich W. Merkle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SOLARTEC AG
Original Assignee
SOLARTEC AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SOLARTEC AG filed Critical SOLARTEC AG
Publication of EP1966617A1 publication Critical patent/EP1966617A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0543—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the refractive type, e.g. lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the invention relates to a test device for a PV concentrator module.
  • a PV concentrator module is e.g. from the article A.W. Bed et. AI: FLATCON AND FLASHCON CONCEPTS FOR HIGH CONCENTRATION PV. Proc. 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Paris, France, 2004, page 2488 known and in further developed form the subject of the unpublished German patent application DE 10 2005 033 272.2 the applicant.
  • the invention also relates to a method for testing a PV concentrator module and to a production method for such a PV concentrator module.
  • Quality assurance for a PV concentrator module and in particular a way to test the efficiency and / or other technical parameters of a PV concentrator module before final assembly and / or after final assembly to test the finished module. It is also necessary to provide a test method for testing or in manufacturing method for producing a PV concentrator module, so that a PV concentrator is easy to test or to produce with a reliable quality.
  • a manufacturing method for a test device according to the invention and a test method for a PV concentrator module are each the subject of a secondary claim.
  • a lens such as a Feselellinse
  • it is in positioning the aperture or the flash lamp approximately in the focal length of the Fresnel lens not far from its optical axis, it is possible to transform the bundle of light rays selected by the diaphragm into a bundle of quasiparallel light rays.
  • a gray filter e.g. In a raster foil, it is possible to transform the bundle of quasi-parallel light rays into a bundle of quasiparallel rays having a quasi-uniform area distribution of its irradiance.
  • a PV concentration module to be tested can be measured by means of the direct current (DC) light source and / or with conventional positioning methods, such.
  • a quartz rod located between and coaxial with the direct current (DC) light source and flashlamp serves as a light conductor for the direct current (DC) light source such as LED so as to coaxially illuminate the illumination field of that light source with that of Position the flash lamp.
  • this can be a measuring device and a connection device such.
  • B. have an electronic circuit for connecting a test PV concentrator module.
  • the test device according to the invention may comprise a deflection mirror, which is positioned between the diaphragm and the Fresnel lens.
  • a deflection mirror which is positioned between the diaphragm and the Fresnel lens.
  • the light coming from the flash lamp can be redirected.
  • deflecting the light one can reach a larger exposed surface of the Fresnel lens than when illuminated without deflecting mirror from the same distance. This makes it possible to realize smaller and thereby also cost-saving test devices.
  • the test device according to the invention may have a filter arranged between the diaphragm and the Fresnel lens or between the diaphragm and deflection mirror parallel to the diaphragm.
  • Light intensity or the light spectrum of the light coming from the flash lamp through the aperture slightly change or adapt to cancel any unwanted variations in illuminance or frequency of the light produced by the flash lamp.
  • a shock-resistant translucent pane in particular glass pane are attached.
  • the Fresnel lens or the test device according to the invention can be protected from environmental influences and destruction of the lens by shock, which leads to an increase in the reliability and the life of the test device according to the invention.
  • the Fresnel lens in the test device according to the invention can be arranged so that the divergence of the light emerging through the Fresnel lens is 0.5 °, which corresponds to the divergence of the direct radiation of solar radiation. Since solar cells use direct radiation with a divergence of 0.5 ° during operation, it is advantageous in a test method to irradiate them with light with precisely a divergence of 0.5 °.
  • test device according to the invention can be used as a measuring device
  • Recording device such as oscilloscope or an oscilloscope with, z. B. digital, storage medium.
  • oscilloscope or an oscilloscope with (digital) storage medium By using an oscilloscope or an oscilloscope with (digital) storage medium, it is possible to use a measured characteristic such. B. to record the current-voltage characteristic of a PV concentrator module to be tested using paper or a digital storage medium. So you can assign the measured characteristics to the tested PV concentrator module.
  • Working with PV concentrator modules with known characteristics such. B. with known current-voltage characteristics increases the reliability of the solar system in which such modules are used.
  • a test device according to the invention In a test method according to the invention or a manufacturing method of a PV concentrator module, a test device according to the invention is used. As a result, the PV concentration modules are quality controlled or manufactured using quality control. So it is possible to supply PV concentrator modules with a high quality and known characteristics.
  • FIG. 1 is a sectional view through a test device for a PV
  • Concentrator module according to a first embodiment (with Fresnel lens, without deflection mirror, without filter and glass pane);
  • Fig. 2 is a sectional view through a test device for a PV concentrator module according to a second embodiment (with
  • Fig. 3 is a sectional view through a test device for a PV concentrator module according to a third embodiment (with
  • Fig. 4 is a sectional view through a test device for a PV concentrator module according to a fourth embodiment (with
  • FIG. 5 is a sectional view through a test device for a PV
  • Concentrator module according to a fifth embodiment (with Fresnel lens, with deflecting mirror, without filter and without
  • Concentrator module according to a sixth embodiment (with Fresnel lens, with deflecting mirror, with filter and without glass pane);
  • FIG. 7 is a sectional view through a test device for a PV
  • Concentrator module according to a seventh embodiment (with Fresnel lens, with deflecting mirror, without filter and with glass pane);
  • Concentrator module according to an eighth embodiment (with Fresnel lens, with deflecting mirror, with filter and with glass pane);
  • FIG. 9 is a schematic representation of a recorded current-voltage characteristic curve for a PV concentrator module to be tested.
  • FIG. 1 shows a test device 1 for a PV concentrator module 26 to be tested, wherein a direct current (DC) light source 2, a quartz rod 6 and a flashlamp 8 are arranged successively and coaxially.
  • DC direct current
  • the direct current (DC) light source 2 can be a high-luminance LED 3, which serves for the pre-positioning of a PV concentrator module 26 to be tested.
  • the flash lamp 8 in the example has a maximum irradiance of 1 kW / m 2 .
  • the flash lamp 8 may preferably generate pulses of light whose duration at 50% irradiance is not more than 1 ms.
  • the irradiance preferably differs from light pulse to light pulse no more than by 3% of 1 kW / m 2 .
  • the repetition rate of the light pulses may be 1 pulse in 10 seconds or longer.
  • the light generated by the flashlamp 8 also has a spectrum similar to the daylight spectrum. The above-mentioned characteristics of the flashlamp 8 cause the flashlamp 8 to produce light which is very similar in characteristics to the direct radiation of solar radiation.
  • the solar cells of a PV concentrator module to be tested operate on the basis of the direct radiation, it is advantageous to irradiate them in a test method with light having sun-like properties. In addition, it makes sense that the maximum irradiance of the light irradiating the solar cells in a test procedure always remains the same, in order to be able to compare cell cell to cell or PV concentrator module to PV concentrator module.
  • a diaphragm 12 is positioned by means of positioning marks or the like exactly coaxial with the flash lamp 8 and the direct current (DC) - light source 2 (not shown), whereby a bundle of light beams 14 is selected, preferably an irradiance which differs by no more than 20% from the irradiance of the flash lamp 8. It is advantageous to use a bundle of light rays 14 which has as uniform an irradiance as possible in order to achieve standardized test conditions for solar modules (for example, 1 000 W / m 2 at 25 ° C, quasi-parallel with an angle of 0.5 angular degrees corresponding to the angle of incidence of the sunlight). Standardized tests compare the performance of a concentrator module with those of other solar modules.
  • the light exit surface 18 of the Fresnel lens 16 is preferably exactly equal to or greater than a light entrance surface 28 of a PV concentrator module 26 to be tested so that complete irradiation of the light entry surface 28 of a PV concentrator module 26 to be tested with light generated by the flash lamp 8 is possible.
  • a PV concentrator module to be tested before irradiation with light generated by the flash lamp 8 is additionally assisted the positioning device, which here has the direct current (DC) light source 2 and one or more positioning marks (not shown) are prepositioned in a conventional manner.
  • DC direct current
  • the test device 1 has an electrical connection 30 for connecting and evaluating the PV concentrator module 26 to be tested.
  • a recorded current-voltage characteristic describes the relationship between an output current I out , which is supplied by PV concentrator module 26 irradiated with sun-like qualities, and by an external load resistor R out flows, and out occurring at the load resistance R output voltage U out for variable load resistance values R out -
  • the load resistance values R out are varied by means of a variable resistor from 0 ⁇ up to very large consumer resistances.
  • a consumption resistance value of 0 ⁇ means that the measuring points of the current-voltage characteristic recorded in this way are valid for a short circuit.
  • no voltage is applied to the output of the PV concentrator module 26 to be tested, and the output current U t then corresponds to that maximum available short-circuit current l sc from the PV concentrator module 26 to be tested
  • the value of the load resistance R ou t is then increased until you measure a value corresponding to about 0 A for the output current Ut.
  • the corresponding value U ou t of the voltage applied to the load resistor R ou t for a current corresponding to 0 A is the no-load voltage U oc of the PV concentrator module 26 to be tested.
  • test apparatus 1 determines the exact current-voltage characteristics of a PV system to be tested.
  • Concentrator module 26 to take before final assembly of the same, whereby a reliable quality can be secured.
  • Fig. 9 shows a schematic representation of current-voltage characteristics of various PV concentrator modules before final assembly, wherein line 110 for a first PV concentrator module with the values l 1 sc, I 1 MP, U 1 MP and line 120 for a another PV concentrator module with the values P S c, I 2 MP and U 2 M P stands.
  • a glass filter 13 is disposed between the aperture 12 and the Fresnel lens 16, which allows a fine adjustment of the illuminance of the light coming from the flash lamp 8.
  • the irradiance of the light 20, with which the PV concentration modules 26 to be tested are illuminated can be adjusted exactly, which leads to a higher accuracy of the test apparatus 1.
  • a shockproof glass pane 25 mounted on the light entry surface 28 of the PV concentrator module to be tested is mounted so as to protect the Fresnel lens 16 from shocks and environmental influences , which leads to increased operational safety and accuracy of the test device 1.
  • a fourth embodiment of the test apparatus 1 shown in FIG. 4 has both a filter 13 and the second embodiment shown in FIG. 2 as well as a shock-resistant glass pane 25 like the third embodiment shown in FIG.
  • a fifth embodiment of the test device 1 shown in FIG. 5 has a similar construction to the first embodiment shown in FIG. 1, with the difference that a deflection mirror 15 for deflecting the bundle of light beams 14 is arranged between the diaphragm 12 and the Fresnel lens 16 , In the example, the deflection mirror forms an angle of 45 ° with the optical axis of the Fresnel lens 16.
  • the direct current (DC) light source 2 the quartz rod 6, the flashlamp 8 and the diaphragm 12 are arranged coaxially.
  • Fresnel lens 16 can be perpendicular to the diaphragm 12 and coaxial with the gray filter 22 and the PV concentrator module 26 to be tested z. B. by means of positioning marks (not shown here) can be positioned exactly positioned.
  • the use of the deflection mirror 15 allows a smaller dimensioning of the test device for a PV concentrator module 1, which leads to a more cost-effective production of such a test device 1.
  • a sixth embodiment of the test apparatus 1 shown in FIG. 6 has a similar construction to the fifth embodiment shown in FIG. 5, with the difference that between the panel 12 and the deflecting mirror 15, the glass filter 13 is arranged
  • Fine adjustment of the illuminance of the light coming from the flash lamp 8 allows.
  • the irradiance or frequency of the light 20 with which the PV concentration modules 26 to be tested are illuminated can be set precisely, which leads to a higher accuracy of the test device 1 according to the invention.
  • a seventh embodiment of the test device 1 shown in FIG. 7 has a similar construction to the embodiment shown in FIG. 5, with the difference that between the gray filter 22 and the PV concentrator module 26 to be tested, a PV on the light entry surface 28 of the PV to be tested Impact-resistant glass pane mounted 25 mounted so as to protect the Fresnel lens 16 from shock and environmental influences, resulting in increased operational safety and accuracy of the test device 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Testvorrichtung für ein PV-Konzentratormodul mit einer ersten Lichtquelle zum Erzeugen eines die Sonneneinstrahlung simulierenden Lichtes, einer Optik, die die von der ersten Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen zu einem Lichtbündel mit einer Divergenz der einzelnen Lichtstrahlen von unter 2° bündelt und zum Richten dieses Lichtbündels auf eine Lichteintrittsfläche des PV-Konzentratormoduls geeignet ist, und einem Messgerät zum Messen eines Ausgangssignals des durch das Lichtbündel bestrahlten PV-Konzentratormoduls.

Description

TESTVORRICHTUNG UND -VERFAHREN FÜR EIN PV-KONZENTRATORMODÜL
Die Erfindung betrifft eine Testvorrichtung für ein PV-Konzentratormodul. Ein solches PV-Konzentratormodul ist z.B. aus dem Artikel A.W. Bett et. AI: FLATCON AND FLASHCON CONCEPTS FOR HIGH CONCENTRATION PV. Proc. 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Paris, France, 2004, Seite 2488 bekannt und in weiter entwickelter Form Gegenstand der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 033 272.2 der Anmelderin. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Testen eines PV-Konzentratormoduls sowie ein Herstellverfahren für ein solches PV-Konzentratormodul.
Im Bereich der Nutzung der Solarenergie ist seit ca. 50 Jahren bekannt, dass Sonnenenergie durch Silizium in elektrischen Strom umgewandelt werden kann. Bei den heute üblichen Solarzellen wird meist mono- oder multikristallines Silizium verwendet. Die Leistung dieser Solarzellen ist allerdings relativ gering, da sie nur ein begrenztes Spektrum der auftreffenden Strahlung in elektrischen Strom umwandeln. Große Erfolge in Richtung auf eine deutlich höhere Effizienz mit über 39 % Umwandlung der Solarstrahlung sind in den letzten Jahren mit Hochleistungs-PV-Zellen aus höherwertigen Halbleiterverbindungen (III-V- Halbleitermaterial) wie z.B. GalliumArsenid (GaAs) erzielt worden.
Solche Zellen auf Halbleitermaterialbasis können stufenartig als Tandem-, Tripelzellen oder Mehrfach-Stapelzellen aufgebaut werden und nutzen dadurch ein breiteres Licht-Frequenzspektrum. Die großflächige Produktion solcher Zellen ist jedoch sehr kostenintensiv. Es wurde daher der Ansatz gewählt, das einfallende Sonnenlicht auf eine sehr kleine Fläche von z.B. unter 1 mm2 zu konzentrieren. Nur für diese kleine Fläche ist dann eine Solarzelle notwendig. Der Materialeinsatz kann dann bei unter 1 % gegenüber dem flächigen Einsatz solcher Zellen liegen. Durch die Konzentration lässt sich die hohe Lichtausbeute von Hochleistungs-PV-Zellen von z.Zt. über 39 % nutzen. Da nur die Verbindung mehrerer Solar-Einheiten einen wirtschaftlichen Einsatz eines solchen PV-Systems ermöglicht, werden diese vorzugsweise zu einem PV-Konzentratormodul zusammengefasst.
Die bisher eingesetzten Systeme arbeiten überwiegend mit relativ großen Fresnellinsen mit einer relativ großen Brennweite, was zu einer erheblichen Stärke der Module führt. Deren Kombination zu leistungsfähigen Einheiten (Solarkraftwerken) führt zu einem sehr großen Gewicht (z.T. mehr als 1 t Gewicht pro Kilowatt), so dass die Anforderungen an die Statik eines Nachführsystems, mit dem die PV-Module dem Sonnenlicht nachgeführt werden, aufgrund z.B. der Windkräfte beträchtlich sind. Wegen des hohen Aufwands konnten daher die bekannten Konzentratorsysteme trotz des hohen Wachstums der photovoltaischen Stromerzeugung keine Verbreitung finden.
Zwar wurden in den letzten Jahren auch Konzentratorsysteme mit kleinflächigen Optiken vorgestellt, die ebenfalls z.T. eine mehr als 500-fache Konzentration des Sonnenlichts ermöglichten. In diesem Fall sind jedoch sehr viele Zellen notwendig (z. B. ca. 1.5 Millionen Zellen für 500 kW Leistung bei 30% „Leistung" der Solarzellen), um ein wirtschaftlich arbeitendes
Solarkraftwerk zu erstellen. Problematisch ist bisher die Abführung hoher Wärmekonzentrationen nach außen sowie der Schutz der empfindlichen Solarzellen vor Umwelteinflüssen, insbesondere eindringender Feuchtigkeit und Gase.
Nicht gelöst ist die Testmöglichkeit eines PV-Konzentratormoduls vor seiner Montage sowie der Test des fertigen Moduls hinsichtlich Wirkungsgrad und technischer Parameter. Übliche Testvorrichtungen können nicht eingesetzt werden, da zum Testen eines PV-Konzentratormoduls das Licht unter standardisierten Bedingungen (entsprechend dem Einfallswinkel des Sonnenlichts) auf das zu testende Modul auftreffen muss. Nur durch solche Tests können die Leistungsparameter eines Konzentratormoduls mit denen anderer Solarmodule verglichen werden. Solche Testvorrichtungen für Konzentratormodule mit einer Vielzahl von Solarzellen sind zur Zeit nicht bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur
Qualitätssicherung für ein PV-Konzentratormodul und insbesondere eine Möglichkeit zum Testen des Wirkungsgrades und/oder anderer technischer Parameter eines PV-Konzentratormoduls vor der Endmontage und/oder nach der Endmontage zum Testen des fertigen Moduls zu schaffen. Es gilt auch, ein Testverfahren zum Testen bzw. in Herstellverfahren zum Herstellen eines PV-Konzentratormoduls bereitzustellen, so dass ein PV-Konzentrator einfach zu testen bzw. mit einer zuverlässigen Qualität herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Testvorrichtung für ein PV- Konzentratormodul mit den Merkmalen des hier beigefügten Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Herstellungsverfahren für eine erfindungsgemäße Testvorrichtung und ein Testverfahren für ein PV-Konzentratormodul sind jeweils Gegenstand eines Nebenanspruchs.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Testvorrichtung für ein PV-Konzentratormodul mit einem oder mehreren der folgenden Elemente versehen: einer Positionierungseinrichtung, die eine
Gleichstrom (DC)-Lichtquelle und/oder mindestens eine Positionierungsmarke aufweisen kann, einem Lichtleiter, insbesondere Quarzstab, einer mit der Gleichstrom (DC)-Lichtquelle und dem Quarzstab koaxial leuchtende Blitzlampe, vorteilhafterweise mit einer Bestrahlungsstärke um 1 kW/m2, und/oder einer Linse, wie z. B. Fresnellinse, mit einer Lichtaustrittsfläche, die größer oder gleich einer Lichteintrittsfläche eines zu testenden PV- Konzentratormoduls ist, zum Umwandeln des Lichtbündels in ein Bündel aus quasiparallelen Lichtstrahlen. Weiter können ein Graufillter zum Umwandeln des Bündels aus quasiparallelen Lichtstrahlen in ein Bündel aus quasiparallelen Lichtstrahlen mit einer quasigleichmäßigen Flächenverteilung seiner Bestrahlungsstärke, je ein Netzanschluss sowohl für die Gleichstrom (DC)-Lichtquelle wie auch für die Blitzlampe, eine elektronische Schaltung zum Schalten des zu testenden PV-Konzentratormoduls und/oder ein Messgerät zur Aufnahme von Kennlinien wie z. B. einer Strom-Spannungs- Kennlinie des zu testenden PV-Konzentratormoduls vorgesehen sein. Die Gleichstrom (DC)-Lichtquelle kann z. B. durch Verwendung von üblichen Positionierungsmarken zur genauen Positionierung des zu testenden PV- Konzentratormoduls mit seiner Lichteintrittsfläche innerhalb der Lichteintrittsfläche der Fresnellinse der Testvorrichtung dienen.
Durch die Verwendung einer Blitzlampe mit einer Bestrahlungsstärke von 1 kW/m2 als eine erste Lichtquelle der erfindungsgemäßen Testvorrichtung ist es möglich, Licht mit dem Spektrum des Sonnenlichts und einer maximalen Bestrahlungsstärke zu erzeugen, die vergleichbar der Bestrahlungsstärke des Sonnenlichts im Sommer während der Mittagszeit bei nicht bewölktem Himmel ist.
Durch die Verwendung einer Blende ist es möglich, ein Bündel aus den von der Blitzlampe kommenden Strahlen zu selektieren, das nirgendwo eine Bestrahlungsstärke aufweist, die sehr stark von der Bestrahlungsstärke der Blitzlampe abhängt.
Durch die Verwendung einer Linse, wie Fesnellinse, ist es bei Positionierung der Blende bzw. der Blitzlampe in etwa in der Brennweite der Fresnellinse auf ihrer ebenen Seite nicht weit von ihrer optischen Achse möglich, das von der Blende selektierte Bündel aus Lichtstrahlen in ein Bündel aus quasiparallelen Lichtstrahlen zu verwandeln.
Durch die Verwendung eines Graufilters, wie z.B. einer Rasterfolie, ist es möglich, das Bündel aus quasiparallelen Lichtstrahlen in ein Bündel aus quasiparallelen Strahlen zu verwandeln, das eine quasigleichmäßige Flächenverteilung seiner Bestrahlungsstärke aufweist.
Da die Solarzellen die Direktstrahlung des Sonnenlichts verwenden, ist es vorteilhaft sie in einem Testverfahren auch mit Licht mit ähnlichen Eigenschaften wie die der Direktstrahlung, wie z.B. mit Bündeln aus Lichtstrahlen mit dem gleichen Spektrum, ähnlicher Divergenz und ähnlicher Flächenverteilung der Beleuchtungsstärke zu beleuchten.
Durch die Verwendung einer Fresnellinse mit einer Fläche, die gleich groß oder größer als die Lichteintrittsfläche eines zu testenden PV- Konzentratormoduls ist, ist es möglich, die ganze Lichteintrittsfläche des zu testenden PV-Konzentratormoduls mit von der Testvorrichtung kommenden Licht zu beleuchten. So können in einem Testverfahren alle in einem zu testenden PV-Konzentrationsmodul eingesetzten Solarzellen beleuchtet werden, wie dies bei einem Einsatz in einer Solaranlage der Fall wäre. Die Gleichstrom (DC)-Lichtquelle, wie z.B. eine LED, kann mit der Blitzlampe und der Fresnellinse quasikoaxial und auf der anderen Seite der Blitzlampe als die Fresnellinse mit üblichen Positionierungsmethoden wie z. B. mit Hilfe von Positionierungsmarken positioniert werden. Ein zu testendes PV- Konzentrationsmodul kann mittels der Gleichstrom (DC)-Lichtquelle und/oder mit üblichen Positioniermethoden, wie z. B. mit Hilfe von Positionierungsmarken so angeordnet werden, dass seine Lichteintrittsfläche für eine vollständige Beleuchtung mit von der Blitzlampe der Testvorrichtung kommendem Licht innerhalb der oder genau übereinstimmend mit der Lichtaustrittsfläche der Fresnellinse bzw. der Testvorrichtung angebracht wird. Vorzugsweise dient ein Quarzstab, der sich zwischen der Gleichstrom (DC)- Lichtquelle und Blitzlampe befindet und koaxial mit diesen angeordnet sein kann, als Lichtleiter für die Gleichstrom (DC)-Lichtquelle wie z.B. LED, um so das Beleuchtungsfeld dieser Lichtquelle koaxial mit demjenigen der Blitzlampe positionieren zu können. Außerdem ist die Verwendung des Quarzstabs oder eines vergleichbaren Lichtleiters aus hochisolierendem Material wegen der für den Betrieb der Blitzlampe zu verwendenden Hochspannung vorteilhaft. Für die Energieversorgung der Blitzlampe und der Gleichstrom (DC)-Lichtquelle, weist die Testvorrichtung bevorzugt Netzanschlüsse für die Blitzlampe und/oder für die Gleichstrom (DC)-Lichtquelle auf.
Um Strom-Spannungs-Kennlinien eines zu testenden PV-Konzentratormoduls mittels der erfindungsgemäßen Testvorrichtung messen zu können, kann diese ein Messgerät und eine Anschlusseinrichtung wie z. B. eine elektronische Schaltung zum Anschließen eines zu testenden PV- Konzentratormoduls aufweisen.
Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Testvorrichtung einen Umlenkspiegel aufweisen, der zwischen der Blende und der Fresnellinse positioniert ist. Durch die Verwendung eines solchen Spiegels kann das von der Blitzlampe kommende Licht umgelenkt werden. Durch die Umlenkung des Lichtes kann man eine größere belichtete Fläche der Fresnellinse erreichen als bei Beleuchtung dieser ohne Umlenkspiegel aus dem gleichen Abstand. Dadurch kann man kleinere und dadurch auch kostensparende Testvorrichtungen realisieren.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Testvorrichtung ein zwischen der Blende und der Fresnellinse oder zwischen der Blende und Umlenkspiegelparallel zur Blende angeordnetes Filter aufweisen. Durch die Verwendung eines solchen Filters kann man die
Beleuchtungsstärke oder das Lichtspektrum des von der Blitzlampe durch die Blende kommenden Lichtes leicht verändern bzw. anpassen, um unerwünschte Abweichungen der Beleuchtungsstärke oder der Lichtfrequenz des von der Blitzlampe erzeugten Lichtes aufzuheben.
Vorteilhafterweise kann bei der erfindungsgemäßen Testvorrichtung auf der Lichtaustrittsfläche der Fresnellinse eine stoßfeste lichtdurchlässige Scheibe, insbesondere Glasscheibe angebracht werden. Durch die Verwendung eines solchen Filters kann die Fresnellinse bzw. die erfindungsgemäße Testvorrichtung vor Umwelteinflüssen und Zerstörung der Linse durch Stoss geschützt werden, was zu einer Erhöhung der Betriebssicherheit und der Lebensdauer der erfindungsgemäßen Testvorrichtung führt.
Vorzugsweise kann die Fresnellinse in der erfindungsgemäßen Testvorrichtung so angeordnet werden, dass die Divergenz des durch die Fresnellinse austretenden Lichtes 0,5° beträgt, was die Divergenz der Direktstrahlung der Sonnenstrahlung entspricht. Da Solarzellen während des Betriebs Direktstrahlung mit einer Divergenz von 0,5° verwenden, ist es in einem Testverfahren vorteilhaft, sie mit Licht mit genau einer Divergenz von 0,5° zu bestrahlen.
Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Testvorrichtung als Messgerät ein
Aufzeichnungsgerät, wie Oszilloskop bzw. ein Oszilloskop mit, z. B. digitalem, Speichermedium aufweisen. Durch die Verwendung eines Oszilloskopes bzw. eines Oszilloskopes mit (digitalem) Speichermedium ist es möglich, eine gemessene Kennlinie wie z. B. die Strom-Spannungs-Kennlinie eines zu testenden PV-Konzentratormoduls mit Hilfe von Papier oder eines digitalen Speichermediums aufzunehmen. So kann man die gemessenen Kennlinien dem getesteten PV-Konzentratormodul zuordnen. Das Arbeiten mit PV- Konzentratormodulen mit bekannten Kennlinien wie z. B. mit bekannten Strom-Spannungs-Kennlinien erhöht die Betriebssicherheit der Solaranlage, in der solche Module eingesetzt werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Testverfahren bzw. Herstellverfahren eines PV-Konzentratormoduls wird eine erfindungsgemäße Testvorrichtung eingesetzt. Dadurch werden de PV-Konzentrationsmodule einer Qualitätskontrolle unterzogen bzw. unter Verwendung einer Qualitätskontrolle hergestellt. So ist es möglich, PV-Konzentratormodule mir einer hohen Qualität und jeweils bekannten Kennlinien zu liefern.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine Testvorrichtung für ein PV-
Konzentratormodul gemäß einer ersten Ausführungsform (mit Fresnellinse, ohne Umlenkspiegel, ohne Filter und Glasscheibe);
Fig. 2 eine Schnittansicht durch eine Testvorrichtung für ein PV- Konzentratormodul gemäß einer zweiten Ausführungsform (mit
Fresnellinse, ohne Umlenkspiegel, mit Filter und ohne Glasscheibe);
Fig. 3 eine Schnittansicht durch eine Testvorrichtung für ein PV- Konzentratormodul gemäß einer dritten Ausführungsform (mit
Fresnellinse, ohne Umlenkspiegel, ohne Filter und mit Glasscheibe);
Fig. 4 eine Schnittansicht durch eine Testvorrichtung für ein PV- Konzentratormodul gemäß einer vierten Ausführungsform (mit
Fresnellinse, ohne Umlenkspiegel, mit Filter und mit Glasscheibe);
Fig. 5 eine Schnittansicht durch eine Testvorrichtung für ein PV-
Konzentratormodul gemäß einer fünften Ausführungsform (mit Fresnellinse, mit Umlenkspiegel, ohne Filter und ohne
Glasscheibe); Fig. 6 eine Schnittansicht durch eine Testvorrichtung für ein PV-
Konzentratormodul gemäß einer sechsten Ausführungsform (mit Fresnellinse, mit Umlenkspiegel, mit Filter und ohne Glasscheibe);
Fig. 7 eine Schnittansicht durch eine Testvorrichtung für ein PV-
Konzentratormoduls gemäß einer siebten Ausführungsform (mit Fresnellinse, mit Umlenkspiegel, ohne Filter und mit Glasscheibe); und
Fig. 8 eine Schnittansicht durch eine Testvorrichtung für ein PV-
Konzentratormoduls gemäß einer achten Ausführungsform (mit Fresnellinse, mit Umlenkspiegel, mit Filter und mit Glasscheibe); und
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer aufgenommenen Strom- Spannungs-Kennlinie für ein zu testendes PV-Konzentratormodul.
Bei der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen werden für entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet.
In Fig. 1 ist eine Testvorrichtung 1 für ein zu testendes PV-Konzentratormodul 26 dargestellt, wobei eine Gleichstrom (DC) -Lichtquelle 2, ein Quarzstab 6 und eine Blitzlampe 8 aufeinanderfolgend und koaxial angeordnet werden.
Die Gleichstrom (DC)-Lichtquelle 2 kann eine hoch leuchtende LED 3 sein, die zur Vorpositionierung eines zu testenden PV-Konzentratormoduls 26 dient.
Der Quarzstab 6 dient als Lichtleiter für die LED 3 und wird in dem Ausführungsbeispiel wegen einer für den Betrieb der Blitzlampe 8 vorteilhaften Hochspannung, die 1 kV möglichst nicht überschreiten sollte, verwendet. Die Gleichstrom (DC) -Lichtquelle 2 und die Blitzlampe 8 weisen jeweils einen Netzanschluss 4 bzw. 10 zur Energieversorgung während des Betriebs auf.
Die Blitzlampe 8 hat in dem Beispiel eine maximale Bestrahlungsstärke von 1 kW/m2. Die Blitzlampe 8 kann vorzugsweise Lichtpulse erzeugen, deren Dauer bei 50% Bestrahlungsstärke nicht mehr als 1 ms beträgt. Die Bestrahlungsstärke weicht vorzugsweise von Lichtpuls zu Lichtpuls nicht mehr als um 3% von 1 kW/m2 ab. Die Wiederholungsrate der Lichtpulse kann bei 1 Puls in 10 Sekunden oder länger liegen. Das von der Blitzlampe 8 erzeugte Licht weist außerdem ein Spektrum auf, das ähnlich dem Tageslichtspektrum ist. Die oben erwähnten Eigenschaften der Blitzlampe 8 führen dazu, dass die Blitzlampe 8 Licht produziert, das in seinen Eigenschaften sehr ähnlich der Direktstrahlung der Sonnenstrahlung ist.
Da die Solarzellen eines zu testenden PV-Konzentratormoduls im Betrieb aufgrund der Direktstrahlung arbeiten, ist es vorteilhaft sie in einem Testverfahren mit Licht mit sonnenähnlichen Eigenschaften zu bestrahlen. Außerdem ist es sinnvoll, dass die maximale Bestrahlungsstärke des Lichtes, mit dem die Solarzellen in einem Testverfahren bestrahlt werden, immer gleich bleibt, um eine Vergleichsmöglichkeit für die Funktionsweise von Zelle zur Zelle bzw. von PV-Konzentratormodul zu PV-Konzentratormodul zu erhalten.
Wie aus Fig. 1 entnehmbar, ist eine Blende 12 mittels Positionierungsmarken oder dergleichen exakt koaxial mit der Blitzlampe 8 und der Gleichstrom (DC)- Lichtquelle 2 positioniert angeordnet (nicht dargestellt), wodurch ein Bündel aus Lichtstrahlen 14 selektiert wird, das vorzugsweise eine Bestrahlungsstärke aufweisen kann, die sich um nicht mehr als um 20% von der Bestrahlungsstärke der Blitzlampe 8 unterscheidet. Es ist vorteilhaft, ein Bündel aus Lichtstrahlen 14 zu verwenden, das eine möglichst gleichmäßige Bestrahlungsstärke aufweist, um standardisierte Testbedingungen für Solarmodule (z. B.1.000 W/m2 bei 25 ° C, quasiparallel mit einem Winkel von 0,5 Winkelgraden entsprechend dem Einfallswinkel des Sonnenlichts) zu erreichen. Durch standardisierte Tests können die Leistungen eines Konzentratormoduls mit denen anderer Solarmodule verglichen werden.
Mittels Positionierungsmarken oder dergleichen Positionierungstechniken ist eine Optik, hier in Form einer Fresnellinse 16, koaxial mit der Gleichstrom (DC)-Lichtquelle 2, der Blitzlampe 8 und der Blende 12 so positioniert, dass die Öffnung der Blende 12 sich auf der optischen Achse der Fresnellinse 16 befindet. In dem Beispiel ist die Blende 12 so um den Brennpunkt der Fresnellinse 16 positioniert, dass die Divergenz eines aus der Fresnellinse 16 austretendes Bündels aus Lichtstrahlen 20 ca. 0,5° beträgt, vergleichbar der Divergenz des auf der Erde eintreffenden Sonnenlichts, mit dem die Solarzellen während des Betriebs arbeiten.
Auf einer Lichtaustrittsfläche 18 der Fresnellinse 16, zwischen der
Fresnellinse 16 und dem zu testenden PV-Konzentratormodul 26, weist die Testvorrichtung 1 ein Graufilter 22 zur Homogenisierung der Bestrahlungsstärke des Bündels aus Lichtstahlen 20 über die Lichtaustrittfläche 18 der Fresnellinse 16 auf. Das Graufilter 22 kann eine Homogenisierung der Bestrahlungsstärke des Bündels aus Lichtstahlen 20 über die Lichtaustrittfläche 18 der Fresnellinse 16 erreichen, deren Schwankungen vorzugsweise innerhalb von 5% liegen (ähnlich wie bei Direktstrahlung). Dieses Graufilter 22 kann in unterschiedlicher Form, z.B. in Form einer Rasterfolie ausgestaltet sein.
Die Lichtaustrittfläche 18 der Fresnellinse 16 ist vorzugsweise genau gleich wie oder größer als eine Lichteintrittsfläche 28 eines zu testenden PV- Konzentratormoduls 26, damit eine vollständige Bestrahlung der Lichteintrittsfläche 28 eines zu testenden PV-Konzentratormoduls 26 mit von der Blitzlampe 8 erzeugtem Licht möglich ist. Um eine vollständige
Bestrahlung zu erreichen, wird ein zu testendes PV-Konzentratormodul vor der Bestrahlung mit von der Blitzlampe 8 erzeugtem Licht zusätzlich mit Hilfe der Positionierungseinrichtung, die hier die Gleichstrom (DC)-Lichtquelle 2 und eine oder mehrere Positionierungsmarken (nicht dargestellt) aufweist, in üblicher Weise vorpositioniert werden.
Wie in Fig. 1 dargestellt, weist die Testvorrichtung 1 einen elektrischen Anschluss 30 zum Anschließen und Auswerten des zu testenden PV- Konzentratormoduls 26 auf.
Weiterhin weist die Testvorrichtung 1 in den dargestellten Ausführungen ein Messgerät 32 auf, das zum Messen von Kennlinien wie z.B. einer Strom- Spannungs-Kennlinie eines zu testenden PV-Konzentratormoduls 26 dient. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Testvorrichtung 1 auch ein Aufzeichnungsgerät, hier in Form eines Oszilloskops 34 bzw. eines Oszilloskops mit digitalem Speichermedium 36 (in Fig. 1 nicht dargestellt) zum Messen und Aufnehmen wenigstens einer Kennlinie wie z. B. der Strom- Spannungs-Kennlinie eines zu testenden PV-Konzentratormoduls 26 auf.
Eine aufgenommene Strom-Spannungs-Kennlinie, wie sie beispielsweise in Fig. 9 gezeigt ist, beschreibt die Abhängigkeit zwischen einem Ausgangsstrom lout, der von mit Licht mit sonnenähnlichen Qualitäten bestrahlten zu testenden PV-Konzentratormodul 26 geliefert wird und durch einen externen Verbraucherwiderstand Rout fließt, und einer an dem Verbraucherwiderstand Rout anfallenden Ausgangsspannung Uout für veränderliche Verbraucherwiderstandswerte Rout-
Für die Aufnahme einer solchen Strom-Spannungs-Kennlinie werden die Verbraucherwiderstandswerte Rout mittels eines regelbaren Widerstands von 0 Ω aufwärts bis zu sehr großen Verbraucherwiderständen variiert. Ein Verbrauchwiderstandswert von 0 Ω bedeutet, dass die so aufgenommenen Messpunkte der Strom-Spannungs-Kennlinie für einen Kurzschluss gelten. In diesem Fall fällt keine Spannung am Ausgang des zu testenden PV- Konzentratormoduls 26 an und der Ausgangsstrom Ut entspricht dann dem von dem zu testenden PV-Konzentratormodul 26 maximal lieferbaren Kurzschlussstrom lsc-
Der Wert des Verbraucherwiderstands Rout wird dann solange erhöht, bis man für den Ausgangsstrom Ut einen etwa 0 A entsprechenden Wert misst. Der entsprechende Wert Uout der am Verbraucherwiderstand Rout anfallenden Spannung für einen 0 A entsprechenden Strom ist die Leerlaufspannung Uoc des zu testenden PV-Konzentratormodul 26.
Bei der Erhöhung des Verbraucherwiderstandswerts Rout anfangend mit 0 Ω wird in der Regel zuerst über einen relativ großen Bereich von Verbraucherwiderstandswerten ein konstanter und innerhalb der üblichen Messungenauigkeit dem Wert des Kurzschlussstroms lsc entsprechender Wert gemessen. Nach dem Durchlaufen eines Punktes mit dem Ausgangsstromwert IMP und Ausgangsspannungswert UMp bei maximaler Leistung werden dann bei weiterer Erhöhung des Verbrauchwiderstands Rout rasch zu 0 A abfallende Werte des Ausgangsstroms Ut gemessen.
Auf die beschriebene Weise ist es mittels der Testvorrichtung 1 möglich, die genauen Strom-Spannungs-Kennlinien eines zu testenden PV-
Konzentratormoduls 26 vor der Endmontage desselben aufzunehmen, wodurch eine zuverlässige Qualität gesichert werden kann.
Die aufgenommene Strom-Spannungs-Kennlinie zum Anfangszustand lässt sich auch später als Vergleichsreferenz gegenüber der entsprechenden Kennlinie des selben PV-Konzentratormoduls zu einem späteren Zeitpunkt verwenden. Die Abweichungen von den Anfangskennlinien können als Kriterium in der Beurteilung des Betriebszustands eines solchen PV- Konzentratormoduls dienen. So kann genau entschieden werden, ob das Modul weiter sicher und effektiv arbeitet oder ob es ausgetauscht werden muss, was zu einer erhöhten Betriebssicherheit einer mit solchen Modulen arbeitenden Solaranlage führt. Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung von Strom-Spannungs-Kennlinien von verschiedenen PV-Konzentratormodulen vor der Endmontage,wobei Linie 110 für ein erstes PV-Konzentratormodul mit den Werten l1sc, I1MP, U1 MP und Linie 120 für ein anderes PV-Konzentratormodul mit den Werte PSc, I2 MP und U2 MP steht.
Fig. 9 könnte auch die Strom-Spannungs-Kennlinien für ein und das selbe PV- Konzentratormodul 26 zum Anfangszustand (Linie 110) und zu einem späteren Zeitpunkt (Linie 120) zeigen, nachdem das PV-Konzentratormodul 26 eine Zeit im Betrieb war. Diese Linien hätten auch den in Fig. 9 dargestellten Verlauf.
Bei einer in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsform ist zwischen der Blende 12 und der Fresnellinse 16 ein Glasfilter 13 angeordnet, das eine Feinjustierung der Beleuchtungsstärke des von der Blitzlampe 8 kommenden Lichtes ermöglicht. Dadurch kann man die Bestrahlungsstärke des Lichtes 20, mit dem die zu testenden PV-Konzentrationsmodule 26 beleuchtet werden, genau einstellen, was zu einer höheren Genauigkeit der Testvorrichtung 1 führt.
Bei einer in Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsform ist zwischen dem Graufilter 22 und dem zu testenden PV-Konzentratormodul 26 eine auf der Lichteintrittsfläche 28 des zu testenden PV-Konzentratormoduls angebrachte stoßfeste Glasscheibe 25 angebracht, um so die Fresnellinse 16 vor Stößen und Umwelteinflüssen zu schützen, was zu einer erhöhten Betriebsicherheit und Genauigkeit der Testvorrichtung 1 führt.
Eine in Fig. 4 dargestellte vierte Ausführungsform der Testvorrichtung 1 weist sowohl ein Filter 13 wie die in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsform als auch eine stoßfeste Glasscheibe 25 wie die in der Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsform auf. Eine in Fig. 5 dargestellte fünfte Ausführungsform der Testvorrichtung 1 weist einen ähnlichen Aufbau wie die in Fig. 1 gezeigte erste Ausführungsform mit dem Unterschied auf, dass zwischen der Blende 12 und der Fresnellinse 16 ein Umlenkspiegel 15 zum Umlenken des Bündels aus Lichtstrahlen 14 angeordnet ist. In dem Beispiel bildet der Umlenkspiegel einen Winkel von 45° mit der optischen Achse der Fresnellinse 16. Bei der Verwendung des Umlenkspiegels 15 sind die Gleichstrom (DC)-Lichtquelle 2, der Quarzstab 6, die Blitzlampe 8 und die Blende 12 koaxial angeordnet. Die hier auch als Fresnellinse 16 ausgebildete Optik kann senkrecht zu der Blende 12 und koaxial mit dem Graufilter 22 und dem zu testenden PV-Konzentratormodul 26 z. B. mit Hilfe von Positionierungsmarken (hier nicht dargestellt) exakt positioniert angeordnet sein. Die Verwendung des Umlenkspiegels 15 ermöglicht eine kleinere Dimensionierung der Testvorrichtung für ein PV- Konzentratorodul 1 , die zu einer kostengünstigeren Herstellung einer solchen Testvorrichtung 1 führt.
Eine in Fig. 6 dargestellte sechste Ausführungsform der Testvorrichtung 1 weist einen ähnlichen Aufbau wie die in Fig. 5 gezeigten fünfte Ausführungsform mit dem Unterschied auf, dass zwischen der Blende 12 und dem Umlenkspiegel 15 das Glasfilter 13 angeordnet ist, das eine
Feinjustierung der Beleuchtungsstärke des von der Blitzlampe 8 kommenden Lichtes ermöglicht. Dadurch kann man die Bestrahlungsstärke oder Frequenz des Lichtes 20, mit dem die zu testenden PV-Konzentrationsmodule 26 beleuchtet werden, genau einstellen, was zu einer höheren Genauigkeit der erfindungsgemäßen Testvorrichtung 1 führt.
Eine in Fig. 7 dargestellte siebte Ausführungsform der Testvorrichtung 1 weist einen ähnlichen Aufbau wie die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform mit dem Unterschied auf, dass zwischen dem Graufilter 22 und dem zu testenden PV- Konzentratormodul 26 eine auf der Lichteintrittsfläche 28 des zu testenden PV-Konzentratormoduls angebrachte stoßfeste Glasscheibe 25 angeordnet ist, um so die Fresnellinse 16 vor Stoß und Umwelteinflüssen zu schützen, was zu einer erhöhten Betriebsicherheit und Genauigkeit der Testvorrichtung 1 führt.
Eine in Fig. 8 dargestellte achte Ausführungsform der Testvorrichtung 1 weist sowohl einen Filter wie die in Fig. 6 dargestellten sechste Ausführungsform als auch eine stoßfeste Glasscheibe 25 wie die in Fig. 7 dargestellte siebte Ausführungsform auf.
Die Testvorrichtung 1 kann in einem metallischen Gehäuse (nicht dargestellt in den Zeichnungen) angeordnet und untergebracht sein.
Die hier beschriebene Testvorrichtung 1 lässt sich vorteilhafterweise bei einem Herstellverfahren, das genauer in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 033 272.2 beschrieben ist, zum Herstellen von PV- Konzentratormodulen zwecks Qualitätssicherung verwenden. Es wird für nähere Einzelheiten dieser PV-Konzentratormodule 26 ausdrücklich auf diese Patentanmeldung verwiesen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Testvorrichtung (1) für ein PV-Konzentratormodul (26) mit einer ersten Lichtquelle (8) zum Erzeugen eines Sonneneinstrahlung simulierenden Lichtes, einer Optik, die die von der ersten Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen zu einem Lichtbündel mit einer Divergenz der einzelnen Lichtstrahlen von unter 2° bündelt und zum Richten dieses Lichtbündels auf eine Lichteintrittsfläche des PV-Konzentratormoduls geeignet ist, und einem Messgerät (32) zum Messen eines Ausgangssignals des durch das Lichtbündel bestrahlten PV-Konzentratormoduls (26).
2. Testvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Testvorrichtung im Bereich des zum Bestrahlen des PV- Konzentratormoduls dienenden Lichtbündels eine Bestrahlungsstärke von etwa 1 kW/m2 ±3 % oder eine Bestrahlungsstärke mit Werten aufweist, die in einem Intervall von etwa 0,75 kW/m2 bis 1 ,25 kW/m2 liegen.
3. Testvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtbündel im zur Bestrahlung einer Lichteintrittsfläche des PV- Konzentratormoduls bestimmten Bereich eine im wesentlichen gleichmäßige Flächenverteilung der Bestrahlungsstärke hat.
4. Testvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtquelle eine Blitzlampe (8) aufweist.
5. Testvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Optik eine Blende zum Selektieren eines divergierenden Bündels einer etwa punktförmigen ersten Lichtquelle (8) und eine Linse (16) zum Umwandeln des divergierenden Bündels in das Lichtbündel mit quasiparallelen Lichtstrahlen zum Bestrahlen einer Lichteintrittsfläche des PV- Konzentratormoduls hat.
6. Testvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Optik eine Fresnellinse (16) aufweist zum Parallelisieren einer von der ersten Lichtquelle ausgehenden divergenten Lichtstrahlung zwecks Erzeugen eines das einfallende Sonnenlicht simulierenden quasiparallelen Lichtbündels mit einer Divergenz von unter 2°, vorzugsweise von etwa 0,5°.
7. Testvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positioniereinrichtung vorgesehen ist, mit deren Hilfe das zu testende PV-Konzentratormodul (26) exakt zur ersten Lichtquelle (8) ausrichtbar ist.
8. Testvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung eine Lichtquelle (2) aufweist, die Lichtstrahlen über den gleichen Weg wie die zum Simulieren von Sonnenlicht durch die erste Lichtquelle (8) ausgesandten Lichtstrahlen aussendet, wobei anhand der Lichtstrahlen der Positioniereinrichtung die Position des zu testenden PV- Konzentratormoduls (26) ausrichtbar ist.
9. Testvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle der Positioniereinrichtung eine zweite Lichtquelle (2) ist, deren Lichtstrahlen über einen Lichtleiter (6) in den Strahlengang der ersten Lichtquelle (8) bringbar sind.
10. Testvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lichtquelle eine Gleichstrom (DC)-Lichtquelle (2) aufweist und der Lichtleiter einen Quarzstab (6) aufweist.
11. Testvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtquelle eine mit der Gleichstrom (DC)-Lichtquelle (2) und dem Quarzstab (6) koaxial angeordnete Blitzlampe (8), insbesondere mit einer Bestrahlungsstärke um 1 kW/m2 ± 3% aufweist.
12. Testvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle der Positioniereinrichtung eine Leuchtdiode (LED) ist.
13. Testvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Optik ein Filter (22) für das quasiparallele Lichtbündel aufweist zum Erzeugen einer im wesentlichen gleichen Flächenverteilung der Bestrahlungsstärke.
14. Testvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter ein Graufilter (22) zum Umwandeln des Bündels aus quasiparallelen Lichtstrahlen (20) in ein Bündel aus quasiparallelen Lichtstrahlen mit einer quasigleichmäßigen Flächenverteilung seiner Bestrahlungsstärke ist.
15. Testvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anschlusseinrichtung (30), die eine elektronische Schaltung zum Verschalten des zu testenden PV-Konzentratormoduls (26) aufweist.
16. Testvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung einen wählbar veränderlichen Widerstand aufweist.
17. Testvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (32) zur Aufnahme wenigstens einer Kennlinie, insbesondere einer Strom-Spannungs-Kennlinie, des zu testenden PV- Konzentratormoduls (26) ausgebildet ist.
18. Testvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Testvorrichtung (1) eine zweite Optik (12) zum Umlenken der Lichtstrahlen aus der ersten Lichtquelle aufweist.
19. Testvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Optik einen Umlenkspiegel (15) zum Umlenken des von dem Blitzlampe (8) erzeugten Lichts aufweist, der zwischen der Blende (12) und der Linse (16) angeordnet ist.
20. Testvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Testvorrichtung (1) zwischen der Blende (12) und der Linse (16) oder zwischen der Blende (12) und Umlenkspiegel (15) ein parallel zur Blende (12) angeordnetes Filter (13) aufweist.
21. Testvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Lichtaustrittsfläche (18) der ersten Optik, insbesondere auf der Lichtaustrittsfläche (18) der Fresnellinse (16), eine stoßfeste lichtdurchlässige Scheibe, insbesondere Glasscheibe (25), angebracht ist.
22. Testvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (32) ein Aufzeichnungsgerät zum Aufzeichnen des gemessenen Signals, insbesondere ein Oszilloskop (34) aufweist.
23. Testvorrichtung für ein PV-Konzentratormodul (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Oszilloskop (34) ein, insbesondere digitales, Speichermedium (36) aufweist.
24. Testverfahren zum Testen eines PV-Konzentratormoduls, gekennzeichnet durch
Bündeln der Lichtstrahlen aus einer ersten Lichtquelle zu einem etwa parallelen
Lichtbündel,
Bestrahlen, insbesondere vollflächiges Bestrahlen, der Lichteintrittsfläche des zu testenden PV-Konzentratormoduls mit dem etwa parallelen Lichtbündel und
Messen des von dem PV-Konzentratormodul gelieferten Signals.
25. Herstellverfahren zum Herstellen eines PV-Konzentratormoduls, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder nach der Endmontage eines PV-Konzentratormoduls das PV- Konzentratormodul mittels einer Testvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24 zwecks Qualitätssicherung getestet wird.
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