EP3769416A1 - Sensor module and method for sensing external influencing parameters, particular in the monitoring of photovoltaic systems - Google Patents

Sensor module and method for sensing external influencing parameters, particular in the monitoring of photovoltaic systems

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Publication number
EP3769416A1
EP3769416A1 EP19705138.6A EP19705138A EP3769416A1 EP 3769416 A1 EP3769416 A1 EP 3769416A1 EP 19705138 A EP19705138 A EP 19705138A EP 3769416 A1 EP3769416 A1 EP 3769416A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor module
photovoltaic
solar cell
sensor
solar
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19705138.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Hagendorf
Marko Turek
Jens Schneider
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.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP3769416A1 publication Critical patent/EP3769416A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02SGENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
    • H02S50/15Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells using optical means, e.g. using electroluminescence
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a sensor module for detecting external influencing parameters, in particular when monitoring photovoltaic systems, the
  • At least one solar cell serving for the measurement which is oriented towards a front side of the sensor module and has a layer structure which is connected to the
  • the invention also relates to a method in which the proposed sensor module is used to detect the external influencing parameters.
  • the temporal change of the power or the energy yield of solar or photovoltaic modules is subject to a number of extrinsic and
  • Extrinsic influencing parameters also referred to as external influencing parameters in the present patent application, include varying environmental data such as daytime-dependent solar irradiation, ambient temperatures, cooling, wind and snow loads and certain properties of the respective PV system (PV: photovoltaic), such as solar cells. high electrical potentials in the string and
  • Intrinsic parameters include changes in performance over a longer timescale, for example due to the degradation of modulus
  • Encapsulation materials or the abrasion of the applied on the cover glass of the solar modules anti-reflection coating determine the respective operating state and degradation status of the solar or photovoltaic modules or of these comprehensive PV systems on different time scales and together influence the yield.
  • Inverter of the PV system in order to obtain independent data on the operating status of the PV system from the external influencing parameters.
  • US 2006/0085167 A1 uses a sensor module for recording the reference data, in which the light irradiation is detected with the aid of a solar cell and also the temperature is determined from the measurements on the solar cell.
  • US 2010/0271199 A1 discloses the use of autonomous sensor modules with different sensors for monitoring structures.
  • Reference solar cell array which has a solar cell with a front side facing the irradiation side surface and a back surface, which is not electrically contacted over the entire surface.
  • a permanent preservation of the solar cell properties is to be ensured.
  • the arrangement described can be used for calibrating solar cells or solar modules or for detecting external influencing parameters.
  • the object of the present invention is to provide a sensor module and a method for
  • the task is with the sensor module and the
  • the proposed sensor module has at least one first solar cell serving for measurement, which is oriented toward a front side of the sensor module, and at least one second serving for the measurement
  • the Solar cell which is oriented towards a rear side of the sensor module.
  • the first solar cell thus detects light radiation from the front to the
  • Sensor module meets, the second solar cell detected - depending on the design of the sensor module - either on the back of the sensor module or structures below the sensor module reflected or scattered portions of the incident of the front light radiation.
  • the proposed sensor module is constructed from largely degradation-free components and has a layer structure with a front-side optically transparent cover, a first layer of a polymeric encapsulation material, a layer with the solar cells, a second layer of the polymeric
  • Components are components of the sensor module to understand that have a higher degradation stability than the corresponding components of the
  • Solar modules is usually the cheaper EVA (ethylene-vinyl acetate) used.
  • EVA ethylene-vinyl acetate
  • the solar cells are chosen such that they have as little as possible or only a very small PID and LID. This can, for example.
  • the front cover of the sensor module has no antireflection coating to avoid degradation by abrasion or abrasion of this antireflection coating.
  • the proposed sensor module is preferably in the outer dimensions to the dimensions of
  • Photovoltaic modules adapted in PV systems, so that the sensor module can be integrated instead of a photovoltaic module in a photovoltaic system.
  • IV characteristics of the first and second solar cell can be detected, from which the short-circuit current, the open circuit voltage and the electrical power of the first solar cell and the short-circuit current and the open circuit voltage of the second solar cell determined as a function of time can be. This makes possible the detection of the incidence of light and also the temperature (operating temperature of the solar cell).
  • the temperature in the sensor module can also be integrated by one or more in the sensor module
  • Temperature sensors are measured directly. From the measurement on the second solar cell, the albedo can be determined, not only in bifacial
  • the present sensor module thus represents an optical-thermal multifunction sensor, which can be integrated directly into the PV system at the location of the PV modules due to its structure.
  • the sensor module provides reference data for the evaluation of the optical-thermal losses or yields in situ and in real time.
  • the reference data of the sensor module capture the short-term performance V ariations by environmental conditions at the place of
  • Modules with high time resolution solar or Lichtein radiation, ambient temperature, wind cooling and albedo.
  • the sensor module also has at least one sensor for detecting the degree of soiling of the front-side optically transparent cover.
  • sensors are commercially available and can be readily integrated into the proposed sensor module.
  • the sensor module can be integrated at any position in the string of photovoltaic modules of the PV system.
  • the reference data are thus obtained at the location of the PV system and thus form the local optical and thermal ambient and operating conditions
  • At least the current-voltage characteristics of the first and the second solar cell are measured by means of a measuring device connected to the sensor module, and from this reference values for the monitoring of the
  • Photovoltaic system or a photovoltaic module as a function of time. This is it preferably the short-circuit current, the
  • No-load voltage, power, albedo and temperature can be determined as a reference value.
  • the proposed sensor module and the associated method are preferably used in the continuous monitoring of PV systems in operations management and maintenance. Also a use in the monitoring of individual photovoltaic modules and the
  • Fig. 1 is a schematic representation of a
  • the sensor module supplies long-term stable and degradation-free measured values, in particular short-circuit current reference measured values (IscREF).
  • IscREF short-circuit current reference measured values
  • No-load voltage reference values VocREF
  • PREF power reference readings
  • albedo reference readings A
  • T temperature readings
  • S fouling reference readings
  • Some of these reference readings can be taken directly from a corresponding sensor in the sensor module, such as the temperature through a separate temperature sensor or the level of contamination by a separate clogging sensor.
  • Other reference measurement data such as the albedo or the short-circuit current (Isc) are from a
  • Measurement of the I-V bright characteristic of the inverted-induced degradation-free solar cell determined or derived.
  • the short-circuit current characteristic IscREF of the second, i. to the back-oriented solar cell determine from the measured I-V characteristic of this solar cell. From this value can then be the
  • the correlation between direct and indirect solar radiation can be determined by temporal correlations of the IscREF values of the two solar cells.
  • the temperature can be determined by means of the values for Isc and Voc (no-load voltage) of one of the solar cells of the sensor module.
  • Isc and Voc no-load voltage
  • the irradiance and the temperature of Isc and Voc can then be determined by measuring both values on the sensor module. The irradiation can alternatively be detected via a separate irradiation sensor.
  • the proposed sensor module has a
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of the construction of the proposed sensor module from the different layers.
  • the sensor module has a first solar cell 1 with front-side orientation, a second solar cell 2 with rear-side orientation, a temperature sensor 3, for example
  • thermocouple as well as a pollution sensor 4, which are arranged in the structure of Figure 1 in a layer 7 with the solar cells 1, 2.
  • the two solar cells 1, 2 are here
  • the fouling sensor 4 provides a fouling value S for normalizing the
  • the pollution sensor 4 and the temperature sensor 3 are between two layers 6, 8 of a high-quality, long-term stable polymer encapsulating material
  • the encapsulation material is chosen so as to avoid optical degradation of the encapsulation material (yellowing, delamination).
  • the contamination sensor 4 can be completely integrated in the sensor module (reflection measurement) or optionally also by an additional external
  • Light source 10 are excited, as in the
  • the present sensor module has a front glass 5 without antireflection coating in order to avoid a dependence of the value of IscREF on the state of the antireflection coating.
  • Temperature sensor 3 is used to measure the temperature in order to normalize the temperature dependence of IscREF (T).
  • a cover layer 9 is provided, which is formed either of glass or foil - according to the structure of the photovoltaic module of the PV system.
  • the glass-glass or glass-film module structure is chosen in each case so that it has comparable optical-thermal properties, such as the photovoltaic modules of the PV system in which it is used (Isc (T) ⁇ IscREF (T) and
  • Such sensor module can be integrated in a simple manner flat in an existing PV system.
  • the senor module can be integrated in a simple manner flat in an existing PV system.
  • Sensor module in different formats are designed so that it can be integrated without gaps in PV module surfaces.
  • the sensor module can also be here have additional solar cells, which can be integrated into the string of PV modules of the PV system for additional power generation. It is then full with a corresponding number of solar cells
  • the sensor module better maps the thermal operating state of the entire system and it is also possible in a simple manner to additionally measure measured values for currents and voltages in the module string.
  • the sensor module is in the proposed
  • the temperature T in the sensor module is either measured directly via the temperature sensor 3 or - as already described above - based on the Isc / Voc values of the first solar cell
  • IscRückREF reference parameter from which the albedo value is derived is derived.
  • the sensor module provides long-term stable
  • Degradation and soiling can be used.
  • the inverted laminated degradation-stable second solar cell (backside orientation) delivers by evaluation of their I-V curve a measured value for back light incidence IscRückREF. From this, the method determines values for the albedo A as well as short-term variations due to indirect radiation components. In addition, measured values for the temperature T of the solar cells and for the contamination S of the module surface are detected or determined. The recordings are made as a function of the time t.
  • these reference values of the sensor module provide time-resolved ones
  • Characteristic values for the operating state of the photovoltaic modules of the PV system (solar radiation, temperature).
  • Sensor module may be equipped with a self-sufficient power supply, which may be formed for example by one or more integrated solar cells and a storage battery. Furthermore, the sensor module can also be provided with a device for wireless data transmission, for example via a mobile radio connection,
  • the sensor module is designed to be resistant to degradation, are essentially the short-term
  • IscREF and PREF recorded taking into account the ambient conditions and the operating conditions T and S at the location of the PV system.
  • the measured data are recorded as time series and transmitted for further processing and compared with the data of the PV system Isc and P.
  • the reference data generated by the sensor module can also be used as a measure of the optimal overall system performance under the respective operating and location conditions.
  • first solar cell front side orientation
  • second solar cell rear side orientation

Landscapes

  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

The invention relates to a sensor module for sensing external influencing parameters, in particular in the monitoring of photovoltaic systems, comprising at least one first solar cell (1) used for measurement, which is oriented toward a front side of the solar module, and at least one second solar cell (2) used for measurement, which is oriented toward a rear side of the solar module. The sensor module is constructed of largely degradation-free components in the region of the first and second solar cells (1, 2) and has a layered structure that approximates the layered structure of the photovoltaic modules of a photovoltaic system. By means of the proposed sensor module, reference data for external influencing parameters can be captured in the monitoring of photovoltaic systems, which reference data can be used to differentiate between operating states, general performance degradation, optical degradation and soiling in the monitoring of the PV system.

Description

Sensormodul und Verfahren zur Erfassung externer Einflussparameter, insbesondere beim Monitoring von  Sensor module and method for detecting external influencing parameters, in particular during the monitoring of
Photovoltaik-Anlagen  Photovoltaic systems
Technisches Anwendungsgebiet Technical application
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensormodul zur Erfassung externer Einflussparameter, insbesondere beim Monitoring von Photovoltaik-Anlagen, das  The present invention relates to a sensor module for detecting external influencing parameters, in particular when monitoring photovoltaic systems, the
wenigstens eine zur Messung dienende Solarzelle, die zu einer Vorderseite des Sensormoduls hin orientiert ist, und einen Schichtaufbau aufweist, der an den at least one solar cell serving for the measurement, which is oriented towards a front side of the sensor module and has a layer structure which is connected to the
Schichtaufbau der Photovoltaikmodule der Photovoltaik- Anlagen angenähert ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, bei dem das vorgeschlagene Sensormodul zur Erfassung der externen Einflussparameter eingesetzt wird.  Layer structure of the photovoltaic modules of photovoltaic systems is approximated. The invention also relates to a method in which the proposed sensor module is used to detect the external influencing parameters.
Die zeitliche Veränderung der Leistung bzw. des Energieertrags von Solar- oder Photovoltaikmodulen unterliegt einer Reihe von extrinsischen und The temporal change of the power or the energy yield of solar or photovoltaic modules is subject to a number of extrinsic and
intrinsischen Einflussparametern. Zu den extrinsischen Einflussparametern, in der vorliegenden Patentanmeldung auch externe Einflussparameter bezeichnet, gehören variierende Umweltdaten wie die tageszeitabhängige Sonneneinstrahlung, Umgebungstemperaturen, Kühlung, Wind- und Schneelasten sowie bestimmte Eigenschaften der jeweiligen PV-Anlage (PV: Photovoltaik) wie z.B. hohe elektrische Potentiale im String und intrinsic influence parameters. Extrinsic influencing parameters, also referred to as external influencing parameters in the present patent application, include varying environmental data such as daytime-dependent solar irradiation, ambient temperatures, cooling, wind and snow loads and certain properties of the respective PV system (PV: photovoltaic), such as solar cells. high electrical potentials in the string and
Verschattungen. Im Falle von bifazialen Solarmodulen spielt auch der Albedo, d.h. die diffuse Reflexion der Sonneneinstrahlung vom jeweiligen Untergrund der PV- Anlage, eine Rolle, stellt also einen weiteren externen Einflussparameter dar. Auch Verschmutzungen der Shading. In the case of bifacial solar modules, the albedo, ie the diffuse reflection of solar radiation from the respective substrate of the PV Plant, a role, so represents another external influence parameter. Also pollution of the
Oberfläche der Solarmodule zählen in der vorliegenden Patentanmeldung zu den externen Einflussparametern. Zu den intrinsischen Parametern gehören Veränderungen der Leistungsfähigkeit auf einer längeren Zeitskala, beispielsweise durch die Degradation von Modul Surface of the solar modules count in the present patent application to the external influence parameters. Intrinsic parameters include changes in performance over a longer timescale, for example due to the degradation of modulus
komponenten. Beispiele sind die lichtinduzierte components. Examples are the light-induced
Degradation (LID) und die photoinduzierte Degradation (PID) der Solarzellen, die Veränderung der polymerenDegradation (LID) and the photoinduced degradation (PID) of the solar cells, the change of the polymeric
Verkapselungsmaterialien oder die Abrasion der auf dem Deckglas der Solarmodule aufgebrachten Antireflexions beschichtung. Diese intrinsischen und extrinsischen Parameter bestimmen den jeweiligen Betriebszustand und Degradationsstatus der Solar- oder Photovoltaikmodule bzw. der diese umfassenden PV-Anlagen auf unterschied lichen Zeitskalen und beeinflussen zusammen den Ertrag. Encapsulation materials or the abrasion of the applied on the cover glass of the solar modules anti-reflection coating. These intrinsic and extrinsic parameters determine the respective operating state and degradation status of the solar or photovoltaic modules or of these comprehensive PV systems on different time scales and together influence the yield.
Eine langfristige Bewertung und Prognose der A long term evaluation and prognosis of
Ertragsdaten einer PV-Anlage erfordert ein präzisesYield data of a PV system requires a precise
Monitoring der relevanten Parameter für Betriebszustand und Degradationsstatus der Anlage. Zu diesem Zweck wird üblicherweise die Leistung der PV-Anlagen im Verlauf der Zeit erfasst. Teilweise werden mit zusätzlichen Sensoren wichtige extrinsische oder intrinsische Monitoring of the relevant parameters for the operating status and degradation status of the system. For this purpose, the power of the PV systems is usually recorded over time. Partially, additional extrinsic or intrinsic sensors are added
Parameter gemessen. Die Überlagerung der verschiedenen Faktoren sowie deren zeitliche Änderungen erschweren jedoch eine klare Trennung von speziellen Betriebs zuständen und Degradationsstatus. Insbesondere müssen kurzfristige zeitliche Fluktuationen durch extrinsische Parameter, z.B. durch Sonneneinstrahlung oder Tempera tur, von langfristigen intrinsischen Degradations prozessen getrennt werden. Stand der Technik Parameter measured. However, the overlapping of the various factors and their temporal changes make it difficult to clearly distinguish between special operating states and degradation status. In particular, short-term temporal fluctuations due to extrinsic parameters, eg due to solar radiation or temperature, must be separated from long-term intrinsic degradation processes. State of the art
Für das zeitaufgelöste Monitoring von Leistungs- bzw. Ertragsdaten als Funktion der Sonneneinstrahlung und der Windkühlung einer PV-Anlage sind bereits unterschiedliche Verfahren bekannt. So werden zum Teil zusätzliche Wetterstationen eingesetzt, die beispiels weise über ein Pyranometer, einen Temperatursensor und/oder einen Verschmutzungssensor verfügen. Diese Wetterstationen liefern dann Referenzdaten für die zeitaufgelöste Leistungs- bzw. Ertragsmessung am  For the time-resolved monitoring of power or yield data as a function of solar radiation and the wind cooling of a PV system, different methods are already known. So some additional weather stations are used, the example, have a pyranometer, a temperature sensor and / or a pollution sensor. These weather stations then provide reference data for the time resolved power or yield measurement on
Wechselrichter der PV-Anlage, um dadurch von den externen Einflussparameter unabhängige Daten über den Betriebszustand der PV-Anlage zu erhalten. Inverter of the PV system in order to obtain independent data on the operating status of the PV system from the external influencing parameters.
Die US 2006/0085167 Al nutzt für die Erfassung der Referenzdaten ein Sensormodul, in dem die Lichtein strahlung mit Hilfe einer Solarzelle erfasst und auch die Temperatur aus den Messungen an der Solarzelle bestimmt wird. Die US 2010/0271199 Al offenbart die Nutzung autonomer Sensormodule mit unterschiedlichen Sensoren zur Überwachung von Strukturen. Diese US 2006/0085167 A1 uses a sensor module for recording the reference data, in which the light irradiation is detected with the aid of a solar cell and also the temperature is determined from the measurements on the solar cell. US 2010/0271199 A1 discloses the use of autonomous sensor modules with different sensors for monitoring structures. These
Druckschrift befasst sich nicht speziell mit PV-Anlagen und soll Daten über den Zustand der überwachten This document is not specific to PV systems and is intended to provide data on the condition of the monitored devices
Strukturen liefern. Deliver structures.
Aus der EP 2 647 055 Bl ist ein Sensormodul zur Erfassung von externen Einflussparametern beim From EP 2 647 055 Bl a sensor module for the detection of external influence parameters in
Monitoring von Photovoltaik-Anlagen bekannt, das mehrere zur Messung dienende Solarzellen aufweist, über die die Sonneneinstrahlung und die Temperatur als externe Einflussparameter gemessen bzw. bestimmt werden können. Zur Bestimmung des Degradationszustandes wird vorgeschlagen, eine Einrichtung zur Erzeugung eines Referenzstroms zu integrieren. Da die im Sensormodul der EP 2 647 055 Bl eingesetzten Solarzellen aus dem gleichen Material wie die Solarmodule der PV-Anlage aufgebaut sind und damit auf der gleichen Zeitskala degradieren, kann auf diese Weise durch Messung am Sensormodul auf den Degradationszustand der Solarmodule der gesamten PV-Anlage geschlossen werden. Die DE 10 2013 200 681 Al beschreibt eine Monitoring of photovoltaic systems known which has a plurality of serving for measuring solar cells, via which the solar radiation and the temperature can be measured or determined as external influencing parameters. To determine the state of degradation proposed to integrate a device for generating a reference current. Since the solar cells used in the sensor module of EP 2 647 055 B1 are constructed from the same material as the solar modules of the PV system and thus degrade on the same time scale, the state of degradation of the solar modules of the entire PV system can be measured in this way by measurement on the sensor module. Plant closed. DE 10 2013 200 681 A1 describes a
Referenzsolarzellenanordnung, die eine Solarzelle mit einer vorderseitigen, zur Bestrahlungsseite gerichteten Oberfläche und einer rückseitigen Oberfläche aufweist, die nicht vollflächig elektrisch kontaktiert ist. Durch die Verkapselung der Solarzelle in einem Gehäuse soll eine dauerhafte Erhaltung der Solarzelleneigenschaften gewährleistet werden. Die beschriebene Anordnung lässt sich zur Kalibrierung von Solarzellen oder Solarmodulen oder auch zur Erfassung externer Einflussparameter einsetzen.  Reference solar cell array, which has a solar cell with a front side facing the irradiation side surface and a back surface, which is not electrically contacted over the entire surface. By encapsulating the solar cell in a housing, a permanent preservation of the solar cell properties is to be ensured. The arrangement described can be used for calibrating solar cells or solar modules or for detecting external influencing parameters.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Sensormodul sowie ein Verfahren zur The object of the present invention is to provide a sensor module and a method for
Erfassung von externen Einflussparametern beim Capture of external influencing parameters during
Monitoring von Photovoltaik-Anlagen anzugeben, das präzisere Referenzdaten über externe Einflussparameter in Echtzeit am Ort der Photovoltaik-Anlage erfassen kann, um sie als Bewertungsreferenz für die Specify the monitoring of photovoltaic systems, which can capture more accurate reference data on external parameters of influence in real time at the location of the photovoltaic system to be used as an evaluation reference for the photovoltaic system
Ertragsdatenanalyse zur Verfügung zu stellen. Darstellung der Erfindung To provide yield data analysis. Presentation of the invention
Die Aufgabe wird mit dem Sensormodul und dem  The task is with the sensor module and the
Verfahren der Patentansprüche 1 bzw. 10 gelöst. Method of claims 1 and 10 solved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Sensormoduls sowie des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patent ansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Advantageous embodiments of the sensor module and the method are the subject of the dependent patent claims or can be the following
Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen. Description and the exemplary embodiment.
Das vorgeschlagene Sensormodul weist wenigstens eine erste zur Messung dienende Solarzelle, die zu einer Vorderseite des Sensormoduls hin orientiert ist, und wenigstens eine zweite zur Messung dienende The proposed sensor module has at least one first solar cell serving for measurement, which is oriented toward a front side of the sensor module, and at least one second serving for the measurement
Solarzelle auf, die zu einer Rückseite des Sensormoduls hin orientiert ist. Die erste Solarzelle erfasst damit Lichteinstrahlung, die von der Vorderseite auf dasSolar cell, which is oriented towards a rear side of the sensor module. The first solar cell thus detects light radiation from the front to the
Sensormodul trifft, die zweite Solarzelle erfasst - je nach Ausgestaltung des Sensormoduls - entweder an der Rückseite des Sensormoduls oder an Strukturen unterhalb des Sensormoduls reflektierte oder gestreute Anteile der von der Vorderseite einfallenden Lichtstrahlung.Sensor module meets, the second solar cell detected - depending on the design of the sensor module - either on the back of the sensor module or structures below the sensor module reflected or scattered portions of the incident of the front light radiation.
Das vorgeschlagene Sensormodul ist aus weitgehend degradationsfreien Komponenten aufgebaut und weist einen Schichtaufbau mit einer vorderseitigen optisch transparenten Abdeckung, einer ersten Schicht eines polymeren Verkapselungsmaterials, einer Schicht mit den Solarzellen, einer zweiten Schicht des polymeren The proposed sensor module is constructed from largely degradation-free components and has a layer structure with a front-side optically transparent cover, a first layer of a polymeric encapsulation material, a layer with the solar cells, a second layer of the polymeric
Verkapselungsmaterials und einer rückseitigen Abdeckung auf. Unter den weitgehend degradationsfreien Encapsulation material and a back cover. Among the largely degradation-free
Komponenten sind hierbei Komponenten des Sensormoduls zu verstehen, die eine höhere Degradationsstabilität aufweisen, als die entsprechenden Komponenten der Components are components of the sensor module to understand that have a higher degradation stability than the corresponding components of the
Solar- bzw. PV-Module einer PV-Anlage. Es werden somit für den Aufbau des Sensormoduls beispielsweise Polymermaterialien eingesetzt, die hinsichtlich der für den Ertrag von Solarmodulen wichtigen Parameter, insbesondere der optischen Durchlässigkeit eine höhere Langzeitstabilität aufweisen als die in Solarmodulen von PV-Anlagen eingesetzten Polymermaterialien. Es handelt sich hierbei in der Regel um teurere Solar or PV modules of a PV system. It will thus be for the construction of the sensor module, for example Polymer materials are used, which have in terms of the important parameters for the yield of solar modules parameters, in particular the optical transmission of a higher long-term stability than the polymer materials used in solar modules of PV systems. These are usually more expensive
Materialien wie beispielsweise Polyolefin. In Materials such as polyolefin. In
Solarmodulen wird hingegen in der Regel das billigere EVA (Ethylen-Vinylacetat) eingesetzt. Weiterhin werden die Solarzellen derart gewählt, dass sie möglichst keine oder nur eine sehr geringe PID und LID aufweisen. Dies kann bspw. durch geeignete Auswahl bei der Solar modules, however, is usually the cheaper EVA (ethylene-vinyl acetate) used. Furthermore, the solar cells are chosen such that they have as little as possible or only a very small PID and LID. This can, for example. By appropriate selection in the
Herstellung von Solarzellen in Verbindung mit Production of solar cells in conjunction with
entsprechenden Messungen oder durch Wahl der corresponding measurements or by choice of
Herstellungstechnologie gewährleistet werden. Die vorderseitige Abdeckung des Sensormoduls weist keine Antireflex-Beschichtung auf, um eine Degradation durch Abrieb bzw. Abrasion dieser Antireflex-Beschichtung zu vermeiden . Manufacturing technology can be ensured. The front cover of the sensor module has no antireflection coating to avoid degradation by abrasion or abrasion of this antireflection coating.
Das vorgeschlagene Sensormodul ist vorzugsweise in den äußeren Dimensionen an die Dimensionen von The proposed sensor module is preferably in the outer dimensions to the dimensions of
Photovoltaikmodulen in PV-Anlagen angepasst, so dass sich das Sensormodul anstelle eines Photovoltaikmoduls in eine Photovoltaik-Anlage integrieren lässt. Durch Verbindung des Sensormoduls mit einer geeigneten Photovoltaic modules adapted in PV systems, so that the sensor module can be integrated instead of a photovoltaic module in a photovoltaic system. By connecting the sensor module with a suitable
Messeinrichtung können Strom-Spannungs-Kennlinien (I-V- Kennlinien) der ersten und der zweiten Solarzelle erfasst werden, aus denen der Kurzschlussstrom, die LeerlaufSpannung sowie die elektrische Leistung der ersten Solarzelle und der Kurzschlussstrom und die LeerlaufSpannung der zweiten Solarzelle in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt werden können. Dies ermöglicht die Erfassung des Lichteinfalls und auch der Temperatur (Betriebstemperatur der Solarzelle) . Anstelle der Measuring device, current-voltage characteristics (IV characteristics) of the first and second solar cell can be detected, from which the short-circuit current, the open circuit voltage and the electrical power of the first solar cell and the short-circuit current and the open circuit voltage of the second solar cell determined as a function of time can be. this makes possible the detection of the incidence of light and also the temperature (operating temperature of the solar cell). Instead of
Auswertung des Kurzschlussstroms und der Leerlauf spannung kann die Temperatur im Sensormodul auch durch einen oder mehrere in das Sensormodul integrierte Evaluation of the short-circuit current and the open-circuit voltage, the temperature in the sensor module can also be integrated by one or more in the sensor module
Temperatursensoren direkt gemessen werden. Aus der Messung an der zweiten Solarzelle kann das Albedo bestimmt werden, das nicht nur bei bifazialen Temperature sensors are measured directly. From the measurement on the second solar cell, the albedo can be determined, not only in bifacial
Solarzellen eine wesentliche Einflussgröße ist, sondern auch die Bestimmung der Art des Lichteinfalls (direkte Sonneneinstrahlung oder diffuse Lichteinstrahlung aufgrund von Bewölkung) ermöglicht. Das vorliegende Sensormodul stellt somit einen optisch-thermischen Multifunktionssensor dar, der sich aufgrund seines Aufbaus direkt in die PV-Anlage am Ort der PV-Module integrieren lässt. Das Sensormodul liefert Referenz daten zur Bewertung der optisch-thermischen Verluste bzw. Erträge in situ und in Echtzeit. Die Referenzdaten des Sensormoduls erfassen die kurzfristigen Leistungs- Variationen durch Umgebungsbedingungen am Ort der Solar cells is an important factor, but also the determination of the type of light (direct sunlight or diffuse light radiation due to cloud cover) allows. The present sensor module thus represents an optical-thermal multifunction sensor, which can be integrated directly into the PV system at the location of the PV modules due to its structure. The sensor module provides reference data for the evaluation of the optical-thermal losses or yields in situ and in real time. The reference data of the sensor module capture the short-term performance V ariations by environmental conditions at the place of
Module mit hoher Zeitauflösung: Sonnen- bzw. Lichtein strahlung, Umgebungstemperatur, Windkühlung und Albedo. Durch den Aufbau mit langzeitstabilen, weitgehend degradationsfreien Komponenten werden degradationsfreie präzise Referenzdaten zum Lichteinfall (optische  Modules with high time resolution: solar or Lichtein radiation, ambient temperature, wind cooling and albedo. The structure with long-term stable, largely degradation-free components degradation-free precise reference data for incident light (optical
Verluste) sowie zu modulspezifischen Betriebs Losses) as well as module-specific operation
temperaturen (thermische Verluste) geliefert. Zu den relevanten optischen Verlusten zählen die Abrasion der Antireflex-Beschichtung, die Polymer-Vergilbung und die Delamination . In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Sensormodul auch noch wenigstens einen Sensor zur Erfassung des Verschmutzungsgrades der vorderseitigen optisch transparenten Abdeckung auf. Derartige Sensoren sind kommerziell erhältlich und können ohne weiteres in das vorgeschlagene Sensormodul integriert werden. temperatures (thermal losses). The relevant optical losses include the abrasion of the antireflection coating, the polymer yellowing and the delamination. In a preferred embodiment, the sensor module also has at least one sensor for detecting the degree of soiling of the front-side optically transparent cover. Such sensors are commercially available and can be readily integrated into the proposed sensor module.
Durch den Aufbau des vorgeschlagenen Sensormoduls, insbesondere durch den vergleichbaren Schichtaufbau, kann das Sensormodul an beliebigen Position in den String der Photovoltaikmodule der PV-Anlage integriert werden. Die Referenzdaten werden damit am Ort der PV- Anlage gewonnen und bilden so die lokalen optischen und thermischen Umgebungs- und Betriebsbedingungen Due to the structure of the proposed sensor module, in particular by the comparable layer structure, the sensor module can be integrated at any position in the string of photovoltaic modules of the PV system. The reference data are thus obtained at the location of the PV system and thus form the local optical and thermal ambient and operating conditions
(Inklination, Verschattung, Windkühlung, Temperatur, Albedo, Verschmutzung/Reinigung usw.) mit hoher (Inclination, shading, wind cooling, temperature, albedo, pollution / cleaning, etc.) with high
Präzision ab. Eine geeignete Erfassung und Verrechnung dieser Referenz-Sensormesswerte bzw. Referenzdaten mit den Leistungsdaten der jeweiligen PV-Anlage ermöglicht eine quantitative, schnelle und separate Bewertung von kurzfristigen optisch-thermischen Leistungsfluk Precision down. A suitable recording and billing of these reference sensor measured values or reference data with the performance data of the respective PV system enables a quantitative, rapid and separate evaluation of short-term optical-thermal Leistungsfluk
tuationen und der langfristigen optischen Degradation der PV-Module sowie deren Ursache. Der Abgleich bzw. die Korrelation der PV-Anlagen mit den Referenzdaten ermöglicht eine Identifikation von Degradations tuations and the long-term optical degradation of PV modules and their cause. The adjustment or the correlation of the PV systems with the reference data allows identification of degradation
verlusten und Degradationstypen mit geringem Aufwand und ist fernwartungstauglich . Damit können Maßnahmen zur Ertragsoptimierung in der Betriebsführung gezielt und zeitnah geplant und umgesetzt werden. losses and degradation types with little effort and is suitable for remote maintenance. In this way, measures for optimizing revenue in operational management can be planned and implemented in a targeted and timely manner.
Beim vorgeschlagenen Verfahren werden entsprechend mit Hilfe einer mit dem Sensormodul verbundenen Mess einrichtung wenigstens die Strom-Spannungs-Kennlinien der ersten und der zweiten Solarzelle gemessen und daraus Referenzwerte für das Monitoring der In the proposed method, at least the current-voltage characteristics of the first and the second solar cell are measured by means of a measuring device connected to the sensor module, and from this reference values for the monitoring of the
Photovoltaik-Anlage oder eine Photovoltaik-Moduls in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um den Kurzschlussstrom, die Photovoltaic system or a photovoltaic module as a function of time. This is it preferably the short-circuit current, the
LeerlaufSpannung, die Leistung, das Albedo und die Temperatur. Optional kann bei Einsatz eines Sensors zur Erfassung des Verschmutzungsgrades im Sensormodul auch der Verschmutzungsgrad als Referenzwert bestimmt werden . No-load voltage, power, albedo and temperature. Optionally, when using a sensor for detecting the degree of contamination in the sensor module and the degree of contamination can be determined as a reference value.
Das vorgeschlagene Sensormodul und das zughörige Verfahren werden bevorzugt bei der kontinuierlichen Überwachung von PV-Anlagen bei Betriebsführung und Instandhaltung eingesetzt. Auch ein Einsatz bei der Überwachung einzelner Photovoltaik-Module und zur The proposed sensor module and the associated method are preferably used in the continuous monitoring of PV systems in operations management and maintenance. Also a use in the monitoring of individual photovoltaic modules and the
Bewertung von Standorten für PV-Anlagen, Minder Evaluation of sites for PV systems, Minder
leistungen bzw. der Ertragsoptimierung ist zeitlich befristet möglich. achievements or the yield optimization is possible for a limited time.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Das vorgeschlagene Sensormodul sowie das  The proposed sensor module and the
zugehörige Verfahren werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung nochmals näher erläutert. Hierbei zeigt: associated methods will be explained in more detail using an exemplary embodiment in conjunction with the drawings. Hereby shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung für einen Fig. 1 is a schematic representation of a
beispielhaften Aufbau des vorgeschlagenen exemplary structure of the proposed
Sensormoduls . Sensor module.
Wege zur Ausführung der Erfindung Ways to carry out the invention
Mit dem vorgeschlagenen Sensormodul lassen sich With the proposed sensor module can be
Referenzdaten zu externen Einflussparametern einer PV- Anlage in Abhängigkeit von der Zeit erfassen oder bestimmen, die dann eine Trennung von kurzfristigen optisch-thermischen Leistungsfluktuationen und Capture or determine reference data for external influencing parameters of a PV plant as a function of time, which then separates them from short-term optical-thermal power fluctuations and
langfristiger optischer Degradation der PV-Module beim Leistungs- bzw. Ertragsmonitoring dieser Module Long-term optical degradation of the PV modules during power or yield monitoring of these modules
ermöglichen. Das Sensormodul liefert dabei langzeit- stabile und degradationsfreie Messwerte, insbesondere Kurzschlussstrom-Referenzmesswerte (IscREF) , enable. The sensor module supplies long-term stable and degradation-free measured values, in particular short-circuit current reference measured values (IscREF).
Leerlaufspannungsreferenzwerte (VocREF) , Leistungs- Referenzmesswerte (PREF) , Albedo-Referenzmesswerte (A) , Temperaturmesswerte (T) sowie optional Verschmutzungs- Referenzmesswerte (S) an der bzw. den Solarzellen im Sensormodul. Einige dieser Referenzmesswerte können direkt von einem entsprechenden Sensor im Sensormodul erfasst werden, beispielsweise die Temperatur durch einen separaten Temperatursensor oder der Verschmut- zungsgrad durch einen separaten Verschmutzungssensor. Andere Referenzmessdaten wie beispielsweise das Albedo oder der Kurzschlussstrom (Isc) werden aus einer  No-load voltage reference values (VocREF), power reference readings (PREF), albedo reference readings (A), temperature readings (T), and optional fouling reference readings (S) on the solar cell (s) in the sensor module. Some of these reference readings can be taken directly from a corresponding sensor in the sensor module, such as the temperature through a separate temperature sensor or the level of contamination by a separate clogging sensor. Other reference measurement data such as the albedo or the short-circuit current (Isc) are from a
Messung der I-V-Hellkennlinie der invertiert einlami nierten degradationsfreien Solarzelle (Rückseiten- Orientierung) bestimmt bzw. abgeleitet. So lässt sich beispielsweise der Kurzschlussstromkennwert IscREF der zweiten, d.h. zur Rückseite orientierten Solarzelle, aus der gemessenen I-V-Kennlinie dieser Solarzelle bestimmen. Aus diesem Wert lässt sich dann der Measurement of the I-V bright characteristic of the inverted-induced degradation-free solar cell (backside orientation) determined or derived. For example, the short-circuit current characteristic IscREF of the second, i. to the back-oriented solar cell, determine from the measured I-V characteristic of this solar cell. From this value can then be the
Albedowert für die PV-Anlage ableiten. Gleichzeitig lässt sich durch zeitliche Korrelationen der IscREF- Werte der beiden Solarzellen das Verhältnis zwischen direkter und indirekter Sonneneinstrahlung ermitteln. Wird kein Temperatursensor eingesetzt, so kann die Temperatur anhand der Werte für Isc und Voc (Leerlauf spannung) einer der Solarzellen des Sensormoduls bestimmt werden. Hierzu wird vorab die unterschiedliche Isc- und Voc-Abhängigkeit der Solarzelle von Einstrah- lung und Temperatur im Labor bestimmt. Damit können umgekehrt dann durch Messung beider Werte am Sensor modul die Einstrahlung und die Temperatur aus Isc und Voc bestimmt werden. Die Einstrahlung kann alternativ auch über einen separaten Einstrahlungssensor erfasst werden . Derive albedo value for the PV system. At the same time, the correlation between direct and indirect solar radiation can be determined by temporal correlations of the IscREF values of the two solar cells. If no temperature sensor is used, the temperature can be determined by means of the values for Isc and Voc (no-load voltage) of one of the solar cells of the sensor module. For this purpose, the different Isc and Voc dependency of the solar cell on single-beam temperature and temperature in the laboratory. Conversely, the irradiance and the temperature of Isc and Voc can then be determined by measuring both values on the sensor module. The irradiation can alternatively be detected via a separate irradiation sensor.
Das vorgeschlagene Sensormodul weist einen The proposed sensor module has a
ähnlichen Aufbau auf, wie die Photovoltaikmodule der Photovoltaik-Anlage . Dadurch wird sichergestellt, dass die mit dem Sensormodul ermittelten optisch-thermischen Eigenschaften Isc und P vergleichbar denen der similar structure as the photovoltaic modules of the photovoltaic system. This ensures that the determined with the sensor module optical-thermal properties Isc and P comparable to those of
Photovoltaikmodule sind. Figur 1 zeigt hierzu eine schematische Schnittdarstellung des Aufbaus des vorgeschlagenen Sensormoduls aus den unterschiedlichen Schichten. In diesem Beispiel weist das Sensormodul eine erste Solarzelle 1 mit Vorderseitenorientierung, eine zweite Solarzelle 2 mit Rückseitenorientierung, einen Temperatursensor 3, beispielsweise ein Photovoltaic modules are. FIG. 1 shows a schematic sectional view of the construction of the proposed sensor module from the different layers. In this example, the sensor module has a first solar cell 1 with front-side orientation, a second solar cell 2 with rear-side orientation, a temperature sensor 3, for example
einlaminiertes Thermoelement, sowie einen Verschmut zungssensor 4 auf, die im Aufbau der Figur 1 in einer Schicht 7 mit den Solarzellen 1, 2 angeordnet sind. laminated thermocouple, as well as a pollution sensor 4, which are arranged in the structure of Figure 1 in a layer 7 with the solar cells 1, 2.
Die beiden Solarzellen 1, 2 sind hierbei The two solar cells 1, 2 are here
degradationsfrei ausgeführt und dienen im Falle der ersten Solarzelle 1 zur Messung von IscREF, VocREF und PREF und im Falle der zweiten Solarzelle 2 zur Messung des Albedo (A) . Der Verschmutzungssensor 4 liefert einen Verschmutzungswert S zur Normierung der In the case of the first solar cell 1, they are used for measuring IscREF, VocREF and PREF and, in the case of the second solar cell 2, for measuring the albedo (A). The fouling sensor 4 provides a fouling value S for normalizing the
Verschmutzungsabhängigkeit von IscREF (S). Die beidenPollution dependence of IscREF (S). The two
Solarzellen 1, 2 und im vorliegenden Beispiel auch der Verschmutzungssensor 4 und der Temperatursensor 3 sind zwischen zwei Schichten 6, 8 aus einem hochwertigen, langzeitstabilen Polymerverkapselungsmaterial Solar cells 1, 2 and in the present example, the pollution sensor 4 and the temperature sensor 3 are between two layers 6, 8 of a high-quality, long-term stable polymer encapsulating material
eingebettet. Das Verkapselungsmaterial wird so gewählt, dass optische Degradation des Verkapselungsmaterials (Yellowing, Delamination) vermieden wird. embedded. The encapsulation material is chosen so as to avoid optical degradation of the encapsulation material (yellowing, delamination).
Der Verschmutzungssensor 4 kann vollständig in das Sensormodul integriert sein (Reflexionsmessung) oder optional auch durch eine zusätzliche externe The contamination sensor 4 can be completely integrated in the sensor module (reflection measurement) or optionally also by an additional external
Lichtquelle 10 angeregt werden, wie dies in dem Light source 10 are excited, as in the
Beispiel der Figur 1 angedeutet ist. Example of Figure 1 is indicated.
Auf der Vorderseite weist das vorliegende Sensor modul ein Frontglas 5 ohne Antireflexbeschichtung auf, um eine Abhängigkeit des Wertes von IscREF vom Zustand der Antireflexbeschichtung zu vermeiden. Der On the front side, the present sensor module has a front glass 5 without antireflection coating in order to avoid a dependence of the value of IscREF on the state of the antireflection coating. Of the
Temperatursensor 3 dient zur Messung der Temperatur, um damit die Temperaturabhängigkeit von IscREF (T) zu normieren. An der Rückseite des Sensormoduls ist eine Abdeckschicht 9 vorgesehen, die entweder aus Glas oder aus Folie - entsprechend dem Aufbau der Photovoltaik- module der PV-Anlage - gebildet ist. Der Glas-Glas- oder Glas-Folie-Modulaufbau wird jeweils so gewählt, dass er vergleichbare optisch-thermische Eigenschaften aufweist, wie die Photovoltaikmodule der PV-Anlage, in der er zum Einsatz kommt ( Isc (T) ~IscREF (T) und  Temperature sensor 3 is used to measure the temperature in order to normalize the temperature dependence of IscREF (T). At the back of the sensor module, a cover layer 9 is provided, which is formed either of glass or foil - according to the structure of the photovoltaic module of the PV system. The glass-glass or glass-film module structure is chosen in each case so that it has comparable optical-thermal properties, such as the photovoltaic modules of the PV system in which it is used (Isc (T) ~ IscREF (T) and
P (T) ~PREF (T) ) . Aufgrund seines Aufbaus kann ein P (T) ~ PREF (T)). Due to its construction can one
derartiges Sensormodul in einfacher Weise flächig in eine bestehende PV-Anlage integriert werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann dasSuch sensor module can be integrated in a simple manner flat in an existing PV system. In an advantageous embodiment, the
Sensormodul in unterschiedlichen Formaten so ausgelegt werden, dass es sich ohne Lücken in PV-Modulflächen integrieren lässt. Das Sensormodul kann hierbei auch weitere Solarzellen aufweisen, die zur zusätzlichen Stromerzeugung in den String der PV-Module der PV- Anlage integriert werden können. Es ist dann mit einer entsprechenden Anzahl von Solarzellen als voll Sensor module in different formats are designed so that it can be integrated without gaps in PV module surfaces. The sensor module can also be here have additional solar cells, which can be integrated into the string of PV modules of the PV system for additional power generation. It is then full with a corresponding number of solar cells
funktionsfähiges stromerzeugendes Modul ausgelegt und im String verschaltet. Lediglich die der Messung dienenden Solarzellen werden nicht zur Stromerzeugung genutzt, sondern sind mit der Messeinrichtung functional power generating module designed and interconnected in the string. Only the solar cells used for the measurement are not used for power generation, but are with the measuring device
verbunden. Auf diese Weise bildet das Sensormodul den thermischen Betriebszustand der gesamten Anlage besser ab und es können auf einfache Weise auch zusätzlich Messwerte zu Strömen und Spannungen im Modulstring gemessen werden. Das Sensormodul wird bei dem vorgeschlagenenconnected. In this way, the sensor module better maps the thermal operating state of the entire system and it is also possible in a simple manner to additionally measure measured values for currents and voltages in the module string. The sensor module is in the proposed
Verfahren durch eine Elektronik bzw. eine Messein richtung ausgelesen, wobei die I-V-Hellkennlinie der ersten Solarzelle (Vorderseiten-Orientierung) erfasst und zur Ermittlung der Referenz-Kennwerte IscREF und der Leistung PREF unter den jeweiligen Bedingungen am Standort genutzt wird. Die Temperatur T im Sensormodul wird entweder über den Temperatursensor 3 direkt gemessen oder - wie bereits weiter oben beschrieben - anhand der Isc/Voc-Werte der ersten Solarzelle Method read by an electronics or a Messein direction, wherein the I-V bright characteristic of the first solar cell (front-side orientation) is detected and used to determine the reference characteristics IscREF and the power PREF under the respective conditions at the site. The temperature T in the sensor module is either measured directly via the temperature sensor 3 or - as already described above - based on the Isc / Voc values of the first solar cell
bestimmt. Aus der I-V-Hellkennlinie der zweiten certainly. From the I-V bright characteristic of the second
Solarzelle (Rückseiten-Orientierung) wird der Solar cell (backside orientation) becomes the
IscRückREF-Referenzkennwert bestimmt, aus dem dann der Albedo-Wert abgeleitet wird. IscRückREF reference parameter from which the albedo value is derived.
Das Sensormodul liefert langzeitstabile, The sensor module provides long-term stable,
degradationsfreie Referenzdaten, die mit den beim Monitoring gemessenen Kennwerten der PV-Anlage degradation-free reference data that match the parameters of the PV system measured during monitoring
verglichen und in einer zeitlichen Korrelationsanalyse zur Differenzierung zwischen Betriebszuständen, allgemeiner Leistungsdegradation, optischen compared and in a temporal correlation analysis for the differentiation between operating conditions, general performance degradation, optical
Degradationen und Verschmutzungen verwendet werden. Durch die Auswertung der I-V-Kennlinie der Degradation and soiling can be used. By evaluating the I-V characteristic of the
degradationsstabilen ersten Solarzelle (Vorderseiten orientierung) werden der Kurzschlussstrom IscREF sowie die Leistung PREF generiert. degradation-stable first solar cell (front orientation), the short-circuit current IscREF and the power PREF generated.
Die invertiert einlaminierte degradationsstabile zweite Solarzelle (Rückseiten-Orientierung) liefert durch Auswertung ihrer I-V-Kennlinie einen Messwert für rückseitigen Lichteinfall IscRückREF. Daraus werden bei dem Verfahren zeitabhängig Werte für das Albedo A sowie kurzfristige Variationen durch indirekte Strahlungs- anteile ermittelt. Zusätzlich werden Messwerte für die Temperatur T der Solarzellen sowie für die Verschmut zung S der Moduloberfläche erfasst bzw. ermittelt. Die Aufzeichnungen erfolgen jeweils in Abhängigkeit von der Zeit t. The inverted laminated degradation-stable second solar cell (backside orientation) delivers by evaluation of their I-V curve a measured value for back light incidence IscRückREF. From this, the method determines values for the albedo A as well as short-term variations due to indirect radiation components. In addition, measured values for the temperature T of the solar cells and for the contamination S of the module surface are detected or determined. The recordings are made as a function of the time t.
Entsprechend der folgenden Tabelle liefern diese Referenzmesswerte des Sensormoduls zeitaufgelöste According to the following table, these reference values of the sensor module provide time-resolved ones
Kennwerte zum Betriebszustand der Photovoltaikmodule der PV-Anlage (Sonneneinstrahlung, Temperatur) . Durch eine Korrelation mit zeitaufgelösten Kennwerten desCharacteristic values for the operating state of the photovoltaic modules of the PV system (solar radiation, temperature). Through a correlation with time - resolved characteristics of the
Gesamtsystems (Isc(t), P(t)) werden Informationen zur allgemeinen Leistungsdegradation und zu den optischen Verlusten durch Degradation der Antireflexbeschichtung (ARC) und Polymerdegradation sowie zu Verschmutzung/ Soiling-Verlusten ermittelt. Overall System (Isc (t), P (t)) provides information on overall performance degradation and optical losses through degradation of the antireflective coating (ARC) and polymer degradation as well as pollution / soiling losses.
In einer speziellen Ausführung des vorgeschlagenen Sensormoduls können auch mehrere degradationsfreie erste Solarzellen (Vorderseiten-Orientierung) jeweils in verschiedenen Verkapselungsmaterialien, beispiels weise auch mit schwarzen und weißen Rückseitenfolien, einlaminiert werden, um den jeweiligen Lichteinfang ( IscREF-Kennwerte) und die Leistung (PREF-Kennwerte) für spezifische Modulaufbauten (cell-to-module ratio) zu ermitteln. In a special embodiment of the proposed sensor module, several degradation-free first solar cells (front orientation) can each be laminated in different encapsulation materials, for example also with black and white backsheets, in order to obtain the respective light capture (IscREF characteristic values) and the power (PREF). Characteristic values) for specific module structures (cell-to-module ratio).
Weiterhin können auch noch zusätzliche Funktionen im Sensormodul vorgesehen sein bzw. in das Sensormodul integriert oder gemessen werden. So besteht die Furthermore, additional functions may also be provided in the sensor module or integrated or measured in the sensor module. So is the
Möglichkeit, durch Erfassung von Rser-, Rshunt- Referenzmesswerten (Rser: Serienwiderstand) der degradationsstabilen Solarzelle elektrische Verluste wie beispielsweise Shunts, LID/PID oder Zellbrüche, zu bewerten. Die Modulmaterialien können beim vorgeschlagenen Sensormodul auch austauschbar Possibility to evaluate electrical losses such as shunts, LID / PID or cell breaks by detecting Rser, Rshunt reference values (Rser: series resistance) of the degradation-stable solar cell. The module materials can during proposed sensor module also interchangeable
appliziert sein (Gläser, Folien, Polymere) , um diese Komponenten jeweils an die Photovoltaikmodule einer PV- Anlage anpassen zu können oder um das Sensormodul auch zur Prüfung dieser Komponenten in einer Klimakammer oder im Außeneinsatz einsetzen zu können. Das be applied (glasses, films, polymers) to adapt these components in each case to the photovoltaic modules of a PV system or to use the sensor module also for testing these components in a climatic chamber or in the field. The
Sensormodul kann mit einer autarken Stromversorgung ausgestattet sein, die beispielsweise durch eine oder mehrere integrierte Solarzellen und einen Speicherakku gebildet sein kann. Weiterhin kann das Sensormodul auch mit einer Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung, beispielsweise über einen Mobilfunkanschluss, Sensor module may be equipped with a self-sufficient power supply, which may be formed for example by one or more integrated solar cells and a storage battery. Furthermore, the sensor module can also be provided with a device for wireless data transmission, for example via a mobile radio connection,
ausgebildet sein. Da das Sensormodul degradationsstabil ausgelegt ist, werden im Wesentlichen die kurzfristigen be educated. Since the sensor module is designed to be resistant to degradation, are essentially the short-term
Variationen von IscREF und PREF unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen und des Betriebszustandes T und S am Ort der PV-Anlage erfasst. Die gemessenen Daten werden als Zeitserien erfasst und zur weiteren Verarbeitung übermittelt und mit den Daten der PV- Anlage Isc und P verglichen. Die von dem Sensormodul erzeugten Referenzdaten können auch als Maß für die optimale Gesamtsystemleistung unter dem jeweiligen Betriebs- und Standortbedingungen herangezogen werden. Variations of IscREF and PREF recorded taking into account the ambient conditions and the operating conditions T and S at the location of the PV system. The measured data are recorded as time series and transmitted for further processing and compared with the data of the PV system Isc and P. The reference data generated by the sensor module can also be used as a measure of the optimal overall system performance under the respective operating and location conditions.
Bezugs zeichenliste Reference sign list
1 Erste Solarzelle (Vorderseitenorientierung) 2 Zweite Solarzelle (Rückseitenorientierung)1 first solar cell (front side orientation) 2 second solar cell (rear side orientation)
3 Temperatursensor 3 temperature sensor
4 Verschmutzungssensor  4 pollution sensor
5 Frontglas  5 front glass
6 Langzeitstabiles Polymer  6 Long-term stable polymer
7 Schicht mit Solarzellen 7 layer with solar cells
8 Langzeitstabiles Polymer  8 long-term stable polymer
9 Rückglas oder Folie  9 back glass or foil
10 Lichtquelle  10 light source

Claims

Patentansprüche claims
1. Sensormodul zur Erfassung externer Einfluss 1. Sensor module for detecting external influence
parameter, insbesondere beim Monitoring von  parameters, especially when monitoring
Photovoltaik-Anlagen, das wenigstens eine erste zur Messung dienende Solarzelle (1), die zu einer Vorderseite des Sensormoduls hin orientiert ist, und wenigstens eine zweite zur Messung dienende Solarzelle (2) aufweist, die zu einer Rückseite des Sensormoduls hin orientiert ist,  Photovoltaic systems comprising at least one first solar cell (1) serving for measurement, which is oriented towards a front side of the sensor module, and at least one second measuring cell (2) oriented towards a rear side of the sensor module,
wobei das Sensormodul im Bereich der ersten und zweiten Solarzelle (1, 2) aus weitgehend  wherein the sensor module in the region of the first and second solar cell (1, 2) from largely
degradationsfreien Komponenten aufgebaut ist und einen Schichtaufbau mit einer vorderseitigen optisch transparenten Abdeckung (5) , einer ersten Schicht (6) eines polymeren Verkapselungs materials, einer Schicht (7) mit den Solarzellen (1, 2), einer zweiten Schicht (8) des polymeren Verkapselungsmaterials und einer rückseitigen Abdeckung (9) aufweist.  degradation-free components is constructed and a layer structure with a front-side optically transparent cover (5), a first layer (6) of a polymeric encapsulation material, a layer (7) with the solar cells (1, 2), a second layer (8) of the polymeric Encapsulating material and a back cover (9).
2. Sensormodul nach Anspruch 1, 2. Sensor module according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass es wenigstens einen Sensor (4) zur Erfassung eines Verschmutzungsgrades der vorderseitigen optisch transparenten Abdeckung (5) aufweist.  in that it has at least one sensor (4) for detecting a degree of soiling of the front-side optically transparent cover (5).
3. Sensormodul nach Anspruch 1 oder 2, 3. Sensor module according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass es wenigstens einen Temperatursensor (3) aufweist . that there is at least one temperature sensor (3) having .
Sensormodul nach Anspruch 3, Sensor module according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der wenigstens eine Temperatursensor (3) durch eine der Solarzellen (1, 2) gebildet ist  in that the at least one temperature sensor (3) is formed by one of the solar cells (1, 2)
Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, Sensor module according to one of claims 1 to 4, characterized
dass die vorderseitige optisch transparente  that the front side is optically transparent
Abdeckung (5) keine Antireflexbeschichtung  Cover (5) no anti-reflection coating
aufweist .  having .
6. Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. Sensor module according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass äußere Dimensionen des Sensormoduls an äußere Dimensionen von Photovoltaikmodulen von  that outer dimensions of the sensor module to outer dimensions of photovoltaic modules of
Photovoltaik-Anlagen angenähert sind oder diesen entsprechen, so dass sich das Sensormodul anstelle eines Photovoltaikmoduls in eine Photovoltaik- Anlage integrieren lässt.  Photovoltaic systems are approximated or correspond to it, so that the sensor module can be integrated instead of a photovoltaic module in a photovoltaic system.
7. Sensormodul nach Anspruch 6, 7. Sensor module according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das Sensormodul weitere Solarzellen aufweist, die so in dem Sensormodul verschaltet sind, dass sie bei einer Integration in eine Photovoltaik- Anlage zur Stromerzeugung der Photovoltaik-Anlage beitragen können, und Anschlüsse aufweist, über die durch die weiteren Solarzellen fließende  in that the sensor module has further solar cells which are connected in the sensor module in such a way that they can contribute to the power generation of the photovoltaic system when integrated in a photovoltaic system, and has connections through which the solar cells flow
Ströme und/oder an den weiteren Solarzellen anliegende Spannungen gemessen werden können. der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, Currents and / or voltage applied to the other solar cells voltages can be measured. of claims 1 to 7, characterized
dass es mehrere erste und zweite zur Messung dienende Solarzellen (1, 2) aufweist, deren  in that it has a plurality of first and second measuring cells (1, 2), the
Bereiche im Sensormodul sich durch unterschied liche Verkapselungsmaterialien und/oder vorder seitige und/oder rückseitige Abdeckungen (5, 9) im Schichtaufbau des Sensormoduls unterscheiden. 9 Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8,  Regions in the sensor module differ by different Liche encapsulation materials and / or front and / or back covers (5, 9) in the layer structure of the sensor module. 9 sensor module according to one of claims 1 to 8,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass es mit einer Messeinrichtung verbindbar ist, mit der wenigstens Strom-Spannungs-Kennlinien der ersten und der zweiten Solarzelle (1, 2) erfassbar sind, aus denen ein Kurzschlussstrom sowie eine elektrische Leistung der ersten Solarzelle (1) und ein Kurzschlussstrom der zweiten Solarzelle (2) in Abhängigkeit von der Zeit bestimmbar sind. 1 0. Verfahren zur Erfassung externer  that it can be connected to a measuring device, with which at least current-voltage characteristics of the first and the second solar cell (1, 2) can be detected, from which a short-circuit current and an electrical power of the first solar cell (1) and a short-circuit current of the second solar cell (2) can be determined as a function of time. 1 0. Procedure for recording external
Einflussparameter, insbesondere beim Monitoring von Photovoltaik-Anlagen oder Photovoltaik- Modulen, mit einem Sensormodul nach einem der vorangehenden Patentansprüche,  Influence parameter, in particular in the monitoring of photovoltaic systems or photovoltaic modules, with a sensor module according to one of the preceding claims,
bei dem mit einer Messeinrichtung wenigstens  in which with a measuring device at least
Strom-Spannungs-Kennlinien der ersten und der zweiten Solarzelle (1, 2) gemessen und daraus Referenzwerte für das Monitoring der Photovoltaik- Anlage in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt werden .  Current-voltage characteristics of the first and second solar cell (1, 2) measured and used to determine reference values for the monitoring of the photovoltaic system as a function of time.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, 1 1. A method according to claim 10,
dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzwerte Kurzschlussstrom, Leistung, Albedo und Temperatur bestimmt werden. characterized, that the reference values are short-circuit current, power, albedo and temperature.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, 12. The method according to claim 10 or 11,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass bei Einsatz wenigstens eines Sensors zur Erfassung des Verschmutzungsgrades (4) im  that when using at least one sensor for detecting the degree of contamination (4) in
Sensormodul auch der Verschmutzungsgrad als  Sensor module also the degree of pollution than
Referenzwert bestimmt wird.  Reference value is determined.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, 13. The method according to any one of claims 10 to 12,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das Sensormodul anstelle eines  that the sensor module instead of a
Photovoltaikmoduls in die Photovoltaikanlage integriert wird.  Photovoltaic module is integrated into the photovoltaic system.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, 14. The method according to any one of claims 10 to 13,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Schichtaufbau des Sensormoduls im Bereich der ersten und zweiten Solarzelle (1, 2) so gewählt wird, dass er an den Schichtaufbau der Photovoltaikmodule der Photovoltaik-Anlage  the layer structure of the sensor module in the region of the first and second solar cell (1, 2) is selected such that it matches the layer structure of the photovoltaic modules of the photovoltaic system
hinsichtlich der optisch-thermischen Eigenschaften angenähert ist.  is approximated in terms of optical-thermal properties.
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