EP4674045A1 - Vorrichtung und verfahren zum multispektralen bestimmen von spektraler bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und spannungsabhängigem stromverhalten von photovoltaikeinheiten - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum multispektralen bestimmen von spektraler bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und spannungsabhängigem stromverhalten von photovoltaikeinheiten

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EP4674045A1
EP4674045A1 EP24705126.1A EP24705126A EP4674045A1 EP 4674045 A1 EP4674045 A1 EP 4674045A1 EP 24705126 A EP24705126 A EP 24705126A EP 4674045 A1 EP4674045 A1 EP 4674045A1
Authority
EP
European Patent Office
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spectral
photovoltaic unit
spectral irradiance
measuring device
sensitivity
Prior art date
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Pending
Application number
EP24705126.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
David Hinken
Karsten Bothe
Carsten Schinke
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.)
Institut fuer Solarenergieforschung GmbH
Original Assignee
Institut fuer Solarenergieforschung GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Institut fuer Solarenergieforschung GmbH filed Critical Institut fuer Solarenergieforschung GmbH
Publication of EP4674045A1 publication Critical patent/EP4674045A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H02S50/15—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells using optical means, e.g. using electroluminescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • 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

Definitions

  • Photovoltaic units are semiconductor components which utilize the internal photoelectric effect to deliver an electrical signal upon absorption of light.
  • Photovoltaic units can generally be referred to as radiation sensors.
  • photovoltaic units can be designed as solar cells. Solar cells are used to convert light, such as that emitted by the sun, into electrical energy. Such solar cells are also referred to as photovoltaic cells.
  • Several solar cells can be connected to one another to form a solar module.
  • Photovoltaic units Both individual solar cells and entire solar modules as well as other types of Institute for Solar Energy Research (ISFH) Multispectral method for determining spectral irradiance sensitivity and current behavior of solar cells/modules Page 2 of 46 Radiation sensors are generally referred to as photovoltaic units, with photovoltaics sometimes abbreviated to PV.
  • Various physical properties of photovoltaic units are conventionally determined using different measuring devices and methods that are usually specially developed for a specific application. For example, in order to assess the behavior of a photovoltaic unit and in particular the efficiency of the photovoltaic unit, it may be necessary to know the voltage-dependent current behavior I(U) of the photovoltaic unit.
  • This current behavior indicates how the electrical current I flowing through the photovoltaic unit behaves depending on an electrical voltage U applied to the photovoltaic unit.
  • information about this current behavior when the photovoltaic unit is illuminated may be desired.
  • the aim is usually to illuminate the photovoltaic unit in a way that corresponds as closely as possible to real use when illuminated with light radiated by the sun.
  • the conditions that prevail when illuminated with real sunlight were standardized in terms of light intensity and spectral distribution.
  • a standardized solar spectrum for example according to the AM1.5G standard, corresponds to an intensity of 1000 W/m2 and a spectral distribution that prevails on average on the earth's surface, i.e. after passing through 1.5 times the earth's atmosphere.
  • Such a standardized AM1.5G solar spectrum is therefore preferably used to characterize terrestrial photovoltaic units.
  • a standardized AM0 solar spectrum corresponds in terms of intensity and spectral distribution to solar radiation as it prevails in space and is therefore used in particular to characterize photovoltaic units for satellites and the like.
  • the IV measuring station is usually designed so that the photovoltaic unit can be measured under standard test conditions (sample temperature, irradiance and spectrum of the solar simulator according to the applicable standard).
  • the IV measuring station has a lighting source which is designed to reproduce the applicable standard spectrum (solar spectrum) as accurately as possible.
  • the solar simulator can be designed, for example, with a thermal light source, the radiation of which is then modified using various filters in order to reproduce the standardized solar spectrum.
  • modern solar simulators can have several light-emitting diodes (LEDs) whose emitted light can reproduce the standardized solar spectrum, if necessary using filters.
  • the LEDs can be used to achieve greatly reduced energy consumption, lower maintenance requirements, a longer service life, a light emission that can be switched more quickly and/or a light emission behavior that is more stable over time.
  • LEDs can be used to more easily restrict a spectrum to a spectral range that is relevant for the measurement.
  • the spectral irradiance sensitivity thus indicates which current the photovoltaic unit generates when illuminated with light of one wavelength or a narrow-band wavelength range and is usually specified in the unit mA/(W/m2) or, regardless of area, in the unit A/W.
  • the curves of the spectral irradiance sensitivity are used, among other things, during the development and characterization of photovoltaic units such as solar cells or solar modules and for material analysis, since the SR curve spectrally resolves the current behavior, in particular a short-circuit current ⁇ sc, of the photovoltaic unit. For example, wavelength ranges that increase or decrease the short-circuit current can be identified for material analysis.
  • SR curves are generally essential for determining a factor of spectral mismatch and thus for precisely setting the irradiance of the solar simulator. Only with the help of this factor of spectral mismatch can a characteristic curve of the photovoltaic unit be determined precisely and in accordance with standards in IV measurement systems. This applies to both offline analyses and inline measurements.
  • the spectral irradiance sensitivity ⁇ ( ⁇ ) of solar cells and solar modules is usually determined at special SR measuring stations (so-called DSR/SR measuring stations). This approach is referred to herein as the "SR standard method".
  • DSR/SR measuring stations This approach is referred to herein as the "SR standard method".
  • One functional principle of these previous DSR/SR measuring stations consists in irradiating the test object with two radiation sources: (1) a temporally constant white (bias) light and (2) a quasi-monochromatic light as a small signal with significantly lower intensity.
  • the white light is generated, for example, with an array of halogen lamps.
  • the white light can be the same or largely similar to the standard spectrum under which the current-voltage characteristic curve is to be measured later, usually the AM1.5G or the AM0 spectrum.
  • the quasi-monochromatic light can be generated, for example, with a combination of a lamp with a broadband spectrum and a monochromator and/or various filters.
  • the quasi-monochromatic light can be modulated in time, for example using a chopper wheel.
  • the radiation contribution of the quasi-monochromatic light is calibrated with a reference solar cell.
  • the test object is kept under short-circuit conditions.
  • the current response of the test object is then a direct current with a small pulsating component.
  • a transimpedance converter separates the pulsating current component from the direct current component and makes it available as a proportional voltage signal, which is measured and evaluated using a lock-in amplifier.
  • the result is the differential SR of the test object, which is integrated over various bias irradiances and thus provides the desired SR of the test object.
  • This method has been established for many decades for PV applications, but requires complex measurement technology and is time-consuming. For a few years now, there have been attempts to determine the SR curve using LEDs of different wavelengths (hereafter referred to as the “SR-LED reference solar cell method”).
  • a measuring device for determining a spectral irradiance sensitivity SR( ⁇ ) and a voltage-dependent current behavior I(U) of a photovoltaic unit under standard sun conditions.
  • the measuring device comprises at least one illumination source, a contacting device, a controller and an evaluation device.
  • the illumination source is configured to optionally emit light with variable spectral distributions or with an intensity and spectral distribution that correspond to a standardized solar spectrum.
  • the contacting device is configured to electrically contact the photovoltaic unit.
  • the controller and the evaluation device can optionally be operated in a first or a second operating mode.
  • the controller is configured to (i) control the illumination source to emit light with an intensity and spectral distribution corresponding to the standardized solar spectrum in the first operating mode, and (ii) control the illumination source to successively emit light with a plurality N of different spectral distributions in the second operating mode.
  • a method for determining a spectral irradiance sensitivity SR( ⁇ ) of a Institute for Solar Energy Research (ISFH) Multispectral method for determining spectral irradiance sensitivity and current behavior of solar cells/modules Page 8 of 46 Photovoltaic unit using a measuring device for determining a voltage-dependent current behavior I(U) of a photovoltaic unit under standard solar conditions.
  • the measuring device comprises an illumination source, a contacting device, a controller and an evaluation device.
  • the illumination source is configured to optionally emit light with variable spectral distributions or with an intensity and spectral distribution that correspond to a standardized solar spectrum.
  • the contacting device is configured to electrically contact the photovoltaic unit.
  • the controller is configured to control the illumination source in the first operating mode to emit light with an intensity and spectral distribution that corresponds to the standardized solar spectrum.
  • the evaluation device is configured to apply an electrical voltage to the photovoltaic unit via the contacting device and to measure a current flowing through the photovoltaic unit depending on the applied voltage and, in the first operating mode, to determine the voltage-dependent current behavior I(U) of the photovoltaic unit under the influence of the standardized solar spectrum from the measured current.
  • a computer program product which has machine-readable instructions which, when executed by a processor of a measuring device for determining a current behavior under standard sun conditions of a photovoltaic unit, instruct the measuring device to carry out or control the method of an embodiment of the second aspect of the invention.
  • a computer-readable medium is described which has machine-readable instructions of a computer program product according to an embodiment of the third aspect of the invention stored thereon.
  • the present invention relates in particular to a measuring device with which both the voltage-dependent current behavior of a photovoltaic unit when illuminated with a standardized solar spectrum and the spectral irradiance sensitivity of the photovoltaic unit can be determined.
  • the measuring device has components such as in particular an illumination source, a contacting device, a controller and an evaluation device, as are often used in modern solar simulators.
  • the controller and the evaluation device are configured to implement a second operating mode.
  • the measuring device can then determine the spectral irradiance sensitivity of the photovoltaic unit.
  • the spectral irradiance sensitivity can be determined largely with components that are often used in a solar simulator anyway, ie in which a conventional solar simulator does not need to be modified in terms of hardware or only needs to be modified slightly (for example, as explained below, by adding a spectrometer or a spectroradiometer).
  • a conventional solar simulator does not need to be modified in terms of hardware or only needs to be modified slightly (for example, as explained below, by adding a spectrometer or a spectroradiometer).
  • modern solar simulators often have an illumination source with, for example, several differently colored LEDs and are thus able to emit light with a variable spectral distribution.
  • this can be used to illuminate the photovoltaic unit several times in the second operating mode with different spectral distributions and to measure the current generated in each case. If the associated spectral irradiance is then known for each spectral distribution, for example due to an additional measurement carried out with a spectrometer or spectroradiometer, the spectral irradiance sensitivity can be determined, for example, using a relatively easy-to-implement calculation method.
  • the "multi-spectral determination method" described here can offer various advantages over the conventional methods for determining the spectral irradiance sensitivity described above, especially when it is implemented in combination with the resources or components of a solar simulator or IV measuring station.
  • the SR of the photovoltaic unit can be determined directly within an IV measuring station with a spectrally adjustable light source. A separate SR measuring station is not necessary. This saves costs, effort and time.
  • Mechanical stress on the photovoltaic unit can be reduced, especially since it only has to be contacted once in order to be able to determine both an IV curve and an SR curve.
  • No complex lock-in technology is required, nor is a transimpedance converter.
  • a spectrometer or a spectroradiometer can be used as a reference.
  • a spectrometer or spectroradiometer can be available in sufficiently good quality, in particular commercially available.
  • the light intensity of the LEDs can be stabilized using commonly used broadband monitor diodes. Stabilization of each individual LED channel is not necessary.
  • ISFH Institute for Solar Energy Research
  • a second variant of a radiation sensor has an internal shunt resistor.
  • a voltage drop of an internally flowing current is measured across a resistor.
  • Such sensors can also be measured using the method or measuring device presented here.
  • the approach presented here can also be used to characterize digital sensors that output a value that is proportional to the irradiance.
  • an advantageous integration of the method presented here into a multi-channel LED solar simulator is conceivable. This makes it possible, for example, to determine the spectral irradiance sensitivity SR( ⁇ ) of a solar cell to be measured in addition to a voltage-dependent current behavior of the solar cell determined with the solar simulator, and thus to directly determine the factor of a spectral mismatch.
  • the measuring device presented here is designed, among other things, to implement a functionality of a solar simulator. Accordingly, the measuring device can determine the voltage-dependent current behavior of an individual solar cell or an entire solar module under standard solar conditions.
  • the illumination source of the measuring device is able to emit light which in terms of its intensity corresponds to that of natural sunlight, i.e. with around 1000 W/m2, and which also has a spectral distribution which is largely similar to natural sunlight.
  • the illumination source is configured to emit an AM1.5G solar spectrum.
  • the illumination source can illuminate a measuring area as homogeneously as possible, which at least covers the surface of the photovoltaic unit to be characterized, i.e.
  • the measuring device has a contacting device with the help of which the photovoltaic unit to be characterized can be electrically contacted and, if necessary, suitably positioned and/or mechanically held.
  • the evaluation device of the measuring device can use the contacting device to apply an electrical voltage to the photovoltaic unit and measure the resulting current (hereinafter sometimes referred to as "PV current").
  • the voltage can be varied, for example, over a range that extends at least from a short-circuit voltage U SC (short-circuit) to an open-terminal voltage U OC (open-circuit, sometimes also referred to as open-circuit voltage) of the photovoltaic unit, ie for a single silicon solar cell, for example, over a voltage range from 0 V to approx. 0.7 V.
  • the measuring device presented is configured to implement a determination of the spectral irradiance sensitivity SR( ⁇ ).
  • the illumination source is configured in such a way that it can be used to emit light with different spectral distributions.
  • the light can be emitted successively with a large number N of different spectral distributions, where N > 1, N > 2, N > 5, preferably N > 10 or N > 20, N > 50, N > 100, N > 200, N > 500 or N > 1000 and/or N ⁇ 100000, N ⁇ 50000, N ⁇ 10000, preferably N ⁇ 5000 or N ⁇ 1000, N ⁇ 500 or N ⁇ 1000.
  • An emitted spectral distribution can be controlled and varied via the control of the measuring device.
  • the spectral distributions differ in particular with regard to the radiation power emitted at different wavelengths. Differences between the spectral distributions can be at least 1% relative, at least 2% relative, at least 5% relative, at least 10% relative or at least 20% relative over at least one wavelength sub-range, wherein the wavelength sub-range can extend, for example, over at least one wavelength interval of at least 5 nm, at least 10 nm, at least 20 nm or at least 30 nm.
  • the illumination source can emit light with a spectral distribution over at least one illumination period that is long enough to be able to measure the current that then arises in the photovoltaic unit.
  • the illumination duration can be longer than 10 ms, longer than 100 ms, longer than 1 s or longer than 10 s and/or shorter than 100 s, shorter than 10 s, shorter than 1 s or shorter than 100 ms.
  • the spectral irradiance E ⁇ ,n ( ⁇ ) for each of the spectral distributions can be known in advance by measurement using the spectrometer or spectroradiometer.
  • a spectrometer or spectroradiometer can be used to measure the spectral irradiance of the spectral distributions to be emitted in the measuring device described here with a precision that is sufficient for the subsequent determination of the spectral irradiance sensitivity SR( ⁇ ).
  • a spectrometer is designed to measure a light spectrum as an intensity as a function of wavelength. Simple spectrometers usually record the light intensity at the various wavelengths as a relative measurement variable and typically output measurement values as [counts].
  • a spectroradiometer is a light measuring device in the form of a calibrated spectrometer that can measure both the wavelength and the spectral irradiance of the light emitted by a light source.
  • a spectroradiometer as a calibrated spectrometer can determine an absolute irradiance for each wavelength range.
  • Spectrometers in the form of so-called array spectrometers distinguish the wavelength based on a position at which the light hits a detector arrangement, so that the entire spectrum can be recorded with a single detection.
  • the Institute for Solar Energy Research (ISFH) Multispectral method for determining spectral irradiance sensitivity and current behavior of solar cells/modules Page 16 of 46 Spectrum can alternatively be measured with a scanning system, whereby the wavelength is usually selected using a dispersion optic such as an optical grating, a prism or similar.
  • the dispersion optic can be rotated step by step and the (spectral) irradiance can be measured for each rotation step using a small broadband sensor, e.g. based on silicon.
  • Most spectrometers have a base measurement of counts, which is an uncalibrated measured value and is thus influenced by the sensitivity of the detector for each wavelength.
  • the spectrometer is then able to act as a spectral radiometer and provide measurements of the spectral irradiance [W/(m2*nm)], the spectral radiance and/or the spectral flux.
  • This data can then be used to obtain measurements of, for example, irradiance (W/cm2), illuminance (lux or fc), radiance (W/sr), luminance (cd), luminous flux (lumen or watt), chromaticity, color temperature, peak value and/or dominant wavelength.
  • Spectrometers can cover many wavelength ranges.
  • An effective wavelength range (spectral range) of a spectrometer is not only determined by a dispersiveness of a grating used in it, but also depends on the sensitivity range of the detectors. Limited by a band gap of the semiconductor, for example, a silicon-based detector responds to 200-1100 nm, while an InGaAs-based detector is mostly sensitive to 900-1700 nm.
  • the spectral irradiance sensitivity SR( ⁇ ) with sufficient quality based on the spectral irradiance E ⁇ ,n ( ⁇ ) the spectral irradiance should be known in advance with sufficient accuracy.
  • the spectral irradiance should be known in advance with a wavelength resolution of at least 100 nm, preferably at least 50 nm, at least 20 nm or at least 10 nm.
  • the spectral irradiance should be known in advance with a spectral bandwidth of at most 100 nm, preferably at most 50 nm, at most 20 nm or at most 10 nm.
  • the spectral irradiance should be known in advance over a wavelength range of at least 400 nm to 800 nm, with a lower limit of the wavelength range preferably being 380 nm, 350 nm, 330 nm or 300 nm or even lower and an upper limit of the wavelength range preferably being 850 nm, 900 nm, 950 nm, 1000 nm, 1050 nm or 1100 nm or even higher.
  • the spectral irradiance should be known in advance with a non-linearity with respect to the intensity of better than 20%, preferably better than 10% or better than 5%.
  • a relative intensity calibration should be better than 20%, preferably better than 10% or better than 5%.
  • a relative wavelength calibration should be better than 40 nm, preferably better than 10 nm or even better than 3 nm.
  • the spectral irradiance can be measured using a high-quality spectroradiometer that is designed to measure the spectral irradiance with the aforementioned properties.
  • a spectroradiometer should, if possible, have a computer interface in order to be able to communicate the measured spectral irradiance and, if necessary, other data to other components of the measuring device described herein.
  • the spectral irradiance E ⁇ ,n ( ⁇ ) for each of the spectral distributions radiated by the illumination source onto the photovoltaic unit can be measured with high accuracy and individually for the spectral distribution actually radiated onto the photovoltaic unit. Based on such measured values E ⁇ ,n ( ⁇ ) together with the information about the measured currents I meas,n, the spectral irradiance sensitivity SR( ⁇ ) can be calculated with high accuracy and sufficient resolution.
  • the spectral irradiance was measured with an uncalibrated spectrometer, information about the relative Institute for Solar Energy Research (ISFH) Multispectral method for determining spectral irradiance sensitivity and current behavior of solar cells/modules Page 18 of 46 spectral irradiance sensitivity. If, however, the spectral irradiance was measured with a calibrated spectroradiometer, information about the absolute spectral irradiance sensitivity can be derived based on the measured values. From this information about the absolute spectral irradiance sensitivity, an absolute value for the short-circuit current I SC of the solar cell can then be calculated.
  • ISFH Institute for Solar Energy Research
  • the spectrometer or spectroradiometer can be integrated into the measuring device for this purpose in order to be able to currently measure the spectral irradiance E ⁇ ,n ( ⁇ ) for each of the spectral distributions emitted within the measuring device.
  • E ⁇ ,n ( ⁇ ) the spectral irradiance E ⁇ ,n ( ⁇ ) for each of the spectral distributions emitted within the measuring device.
  • this is not absolutely necessary for determining the spectral irradiance sensitivity as long as the spectral irradiance is at least known in advance from other sources of information.
  • the spectral irradiance can also be calculated or determined from other measurement data and/or simulations.
  • the spectrometer or spectroradiometer can be kept external or only temporarily installed in the measuring device.
  • the spectral irradiance E ⁇ ,n ( ⁇ ) for each of the spectral distributions to be emitted within the measuring device can be measured and stored using the spectrometer or spectroradiometer, either once in advance or at certain time intervals.
  • the emission spectra of individual light sources such as individual LEDs, which together form the lighting source of the measuring device, can possibly be measured in advance using the spectrometer or spectroradiometer.
  • the emission spectra of each individual light source should be measured under different control conditions, i.e. at different emission intensities. From the measurement data determined in this way, the total light emitted by the illumination source with its spectral distribution and its spectral irradiance can then possibly be determined, i.e. calculated, for example, later during operation of the measuring device.
  • the illumination source of the measuring device can reproduce the various spectral distributions very precisely and with temporal stability, e.g. by specifically controlling its individual light sources.
  • a spectrometer or spectral radiometer should preferably be provided directly in the measuring device and each controlled spectral distribution should be currently measured with regard to its spectral irradiance using this spectrometer or spectral radiometer.
  • the spectrometer or spectral radiometer is configured and arranged such that it receives light from a position adjacent to and/or in a plane with the photovoltaic unit to be contacted in the contacting device.
  • the spectrometer or spectral radiometer can be arranged in the measuring device or optically coupled to the measuring device in such a way that it, like the photovoltaic unit to be measured, can be connected to the Institute for Solar Energy Research (ISFH) Multispectral method for determining spectral irradiance sensitivity and current behavior of solar cells/modules Page 20 of 46 illumination source and the light reaching the photovoltaic unit differs qualitatively and/or quantitatively only insignificantly from the light reaching the spectrometer or spectroradiometer.
  • ISFH Institute for Solar Energy Research
  • the spectrometer or spectroradiometer should be arranged in such a way that the spectral irradiance of the light reaching the photovoltaic unit differs overall and/or at each wavelength within the effective spectral range of the spectrometer or spectroradiometer by less than 10%, less than 5%, less than 2%, less than one percent, less than 0.5% or even less than 0.1% from the light reaching the spectroradiometer.
  • the spectrometer or spectral radiometer can, for example, be arranged at a distance of less than 20 cm, less than 10 cm, less than 5 cm or even less than 2 cm from an edge of the contacting device or an edge of the photovoltaic unit to be fixed in the contacting device.
  • a detection surface of the spectrometer or spectral radiometer can extend in or parallel to a surface of the photovoltaic unit to be held in the contacting device or at an angle of less than 30°, less than 20°, less than 10°, less than 5° or even less than 2° to it.
  • the spectrometer or spectral radiometer can be arranged away from the photovoltaic unit to be fixed in the contacting device, but can be optically coupled into a beam path reaching the photovoltaic unit at a position close to the photovoltaic unit fixed in this way.
  • a beam splitter such as a glass plate can be arranged in the beam path, which couples out a portion of the light directed at the photovoltaic element and directs it to the spectrometer or spectroradiometer.
  • the illumination source has a plurality M of light sources which are independently controlled by the controller to emit Institute for Solar Energy Research (ISFH) Multispectral method for determining spectral irradiance sensitivity and current behavior of solar cells/modules Page 21 of 46 different emission spectra and/or different emission intensities can be controlled for different light sources.
  • ISFH Institute for Solar Energy Research
  • the illumination source can be provided not as a single light source but as a composition of several light sources, whereby each of the light sources or groups of several light sources can be controlled independently of one another by the control and, due to such control, then emit light with different emission spectra and/or different emission intensities.
  • the total light emitted by the illumination source thus results in terms of its intensity and spectral distribution from a superposition of the light components emitted by the individual light sources.
  • the spectral distribution of this total emitted light can therefore be varied in a simple manner by varying the individual light sources in terms of their emitted light intensity, that is to say in particular in terms of their power.
  • the spectral distribution of the light emitted by the illumination source can be varied in a technically simple manner by supplying the individual light sources with different power levels under the control of the controller.
  • the illumination source can have a plurality M of light sources in the form of LEDs with different emission spectra that can be controlled independently of one another by the controller. LEDs typically have a low energy requirement compared to thermal light sources. Accordingly, significant energy can be saved by using LEDs, particularly for long irradiation times, as are regularly required to operate a solar simulator. In addition, LEDs with very different emission spectra are now available.
  • LEDs that emit in the near UV spectral range, in various sub-ranges of the visible spectral range and/or in the infrared spectral range.
  • Institute for Solar Energy Research (ISFH) Multispectral method for determining spectral irradiance sensitivity and current behavior of solar cells/modules Page 22 of 46 By using different LEDs in the illumination source, a spectral range can be covered that is sufficient in most cases for illumination as part of a measurement of irradiance sensitivity.
  • Such a spectral range extends, for example, from at least 400 nm, from at least 350 nm, preferably from at least 280 nm, from at least 250 nm or from at least 200 nm and/or to at least 1100 nm, to at least 1150 nm, to at least 1180 nm, to at least 1300 nm, to at least 1500 nm or even preferably up to 2500 nm. It is considered advantageous to select the light sources and their emission spectra such that within the entire spectral range at least one of the light sources emits light with significant intensity.
  • the LEDs can differ in terms of the semiconductor materials used in them, since in particular, for example, a band gap of such semiconductor materials significantly influences an emission spectrum emitted by an LED.
  • the LEDs can also be equipped with optical filters to influence the emission spectrum.
  • the emission spectra of different LEDs can differ from one another in terms of a central emission wavelength and/or in terms of a wavelength-dependent distribution of the emission intensity.
  • the plurality N of different spectral distributions is larger than the plurality M of light sources. In other words, it is considered advantageous to select the plurality of illuminations of the photovoltaic unit with different spectral distributions to be larger than the plurality of individually controllable light sources provided in the illumination source.
  • an illumination source with a plurality M of light sources with different emission spectra with M > 2, M > 5, M > 10 or M > 20 and/or M ⁇ 100, M ⁇ 50, M ⁇ 20 or M ⁇ 10 appears to be advantageous.
  • the controller and the illumination source are configured to control the illumination source in the second operating mode to successively emit light such that each of the plurality of different spectral distributions has an emission power other than zero at each wavelength within an emission band of at least 400 nm to 1100 nm.
  • the light emitted by the illumination source should have a significant emission power for each of the successively emitted spectral distributions within an entire emission band at each wavelength.
  • an emission power other than zero can be understood here to mean that a minimum emission power is emitted at each wavelength that enables a sufficiently precise measurement of the PV current generated thereby.
  • the spectral distribution within the emission band should not have any gaps in which no light intensity is emitted within wavelength sub-intervals or a light intensity that is insufficient to evaluate a PV current caused thereby is emitted. It is assumed that the presence of such gaps in one or more spectral distributions is detrimental to the determination of the spectral irradiance sensitivity, e.g.
  • the controller and the evaluation device are configured to control the illumination source in the second operating mode to emit light successively with at least ten different spectral distributions and to measure the current I meas,n flowing through the photovoltaic unit for each of the spectral distributions.
  • the accuracy with which the spectral irradiance sensitivity can ultimately be determined can be increased. It is assumed to be advantageous if at least some of the different spectral distributions differ from one another in such a way that ultimately for each wavelength range within the entire spectral range to be recorded there are two or more spectral distributions that differ from one another in this wavelength range.
  • the proportional spectral irradiance sensitivity SR k for each of the K wavelength intervals is assumed to be constant within the wavelength interval.
  • the assumption that the proportional spectral irradiance sensitivity can be regarded as approximately constant within each of a plurality of wavelength intervals can enable or simplify an analytical and/or numerical calculation of the overall spectral irradiance sensitivity.
  • the spectral irradiance sensitivity SR( ⁇ ) is calculated taking into account a relative spectral irradiance E ⁇ ,n ( ⁇ ) known in advance for each of the N spectral distributions or taking into account a relative spectral irradiance E ⁇ ,n ( ⁇ ) known for each of the N spectral distributions.
  • Institute for Solar Energy Research (ISFH) Multispectral method for determining spectral irradiance sensitivity and current behavior of solar cells/modules Page 26 of 46 the N spectral distributions are determined using the absolute spectral irradiance E ⁇ ,n ( ⁇ ) known in advance. For some applications, it may be sufficient to simply determine a relative spectral irradiance sensitivity.
  • such a relative spectral irradiance sensitivity may be sufficient for determining a factor of spectral mismatch, but not for determining a short-circuit current.
  • it may generally be sufficient to know the relative spectral irradiance for each of the N spectral distributions. Measuring such relative spectral irradiances can be simpler than measuring corresponding absolute values.
  • absolute spectral irradiances for all spectral distributions can be measured, for example using a sufficiently precise spectroradiometer, these values can be used to determine the absolute spectral irradiance sensitivity.
  • the controller is configured to control the illumination source in the second operating mode to emit light with an intensity of between 60% and 140%, preferably between 80% and 120% of the standardized solar spectrum or with an intensity of less than 30% of the standardized solar spectrum.
  • the controller of the measuring device can be designed in a first variant of the second operating mode to let the illumination source emit light, as is essentially also used during operation within the first operating mode to implement the solar simulator functionality.
  • the light can be directed at the photovoltaic unit with an intensity equal to that of the standardized solar spectrum, ie for example with a standardized AM1.5G spectrum of 1000 W/m2, with a tolerance range with regard to the emitted light intensity being a maximum of 20%, a maximum of 10% or a maximum of 5%.
  • the different spectral distributions successively controlled in the second operating mode can resemble the spectral distribution of the standardized solar spectrum, at least within a tolerance range.
  • the spectral distributions of the light successively varying from the lighting device during the second operating mode can differ from the standardized solar spectrum by less than 30%, preferably less than 20% or less than 10% for each wavelength or each wavelength sub-range within the entire spectral range. Accordingly, the spectral irradiance sensitivity can then be determined under lighting conditions that correspond to the conditions prevailing in real use.
  • the lighting source can be controlled by the controller to emit light with an intensity that is greatly reduced compared to the standardized solar spectrum.
  • the emitted light intensity can be less than 30%, less than 20%, less than 10% or even less than 5% of that of the standardized solar spectrum. Due to the reduced incident light intensity, for example, excessive heating of the photovoltaic unit during the measurement of the irradiance sensitivity can be avoided. This can in particular prevent or at least reduce effects such as falsification of the measurements due to changing temperatures of the photovoltaic unit.
  • a relative spectral distribution of the light emitted during the second operating mode can be the same as the standardized solar spectrum within a tolerance range of, for example, less than 20%, less than 10% or less than 5%.
  • Embodiments of the method according to the second aspect of the invention can be designed such that a measuring device in the form of a solar simulator can be operated in a second operating mode in addition to its original function in a first operating mode for determining a voltage-dependent current behavior of a photovoltaic unit when illuminated with a standardized solar spectrum.
  • ISFH Institute for Solar Energy Research
  • the spectral irradiance sensitivity of the photovoltaic unit can be determined using the components of the solar simulator with the aid of a cleverly adapted process control and suitably designed signal and data processing regulations, without a separate measuring station having to be provided for this purpose.
  • the method is designed to realize the properties of embodiments of the measuring device described above and below for implementing the second operating mode. Accordingly, the features of embodiments of the measuring device described above and below can be transferred analogously to the method.
  • the method can be implemented in particular using a programmable measuring device.
  • the control and/or the evaluation device of the measuring device can be programmable.
  • the measuring device can have one or more processors and one or more data memories.
  • a computer program product can be stored in the data memory.
  • the machine-readable instructions of the computer program product can be formulated in any computer language and instruct the processor to carry out or control embodiments of the method described herein.
  • the computer program product can, as software, enable hardware of a measuring device such as a solar simulator to, in addition to its original functionality of measuring IV curves under standard solar Institute for Solar Energy Research (ISFH) Multispectral method for determining spectral irradiance sensitivity and current behavior of solar cells/modules Page 29 of 46 lighting.
  • the computer program product can be stored in any computer-readable medium according to the fourth aspect of the invention.
  • the computer-readable medium can store data that reproduces the computer program product in any physical way, for example magnetically, optically, electrostatically, etc.
  • the computer-readable medium can be a portable data storage device such as a CD, DVD, flash memory, RAM memory, ROM memory, PROM memory, EPROM memory, etc.
  • the computer-readable medium can be a data storage device stored in a separate computer, server or data cloud, from which the computer program product can be downloaded, for example via a network, in particular the Internet. It is pointed out that possible advantages and configurations of embodiments of the invention are described herein partly with reference to a measuring device according to the invention and partly with reference to a method according to the invention.
  • Fig. 1 shows a measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 shows an example spectral distribution.
  • Fig. 3 shows an example irradiance sensitivity.
  • the figures are merely schematic and not to scale.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a measuring device 1 according to the invention.
  • the measuring device 1 is configured to be able to determine both a spectral irradiance sensitivity SR( ⁇ ) and a voltage-dependent current behavior I(U) for a photovoltaic unit 3 when irradiated with a standardized solar spectrum.
  • the measuring device 1 comprises an illumination source 5.
  • the illumination source 5 has a plurality of light sources 21 in the form of LEDs 23. At least some of the LEDs 23 differ in terms of their emission spectrum 25 (see Fig. 2).
  • the illumination source 5 is therefore able to optionally emit light 13 with variable spectral distributions 15.
  • the illumination source 5 is designed to emit light 13 as in a conventional solar simulator with an intensity and a spectral distribution that correspond to a standardized solar spectrum.
  • the measuring device 1 also has a contacting device 7, by means of which the photovoltaic unit 3 can be electrically contacted.
  • the contacting device 7 has, for example, two or more reversibly attachable contacts 31, with which contact structures such as busbars or fingers on the photovoltaic unit 3 can be contacted.
  • the measuring device 1 also comprises a controller 9 and an evaluation device 11.
  • the controller 9 is connected to the illumination source 5 and is designed to control the illumination source 5 and in particular its various light sources 21 individually such that light 13 is either emitted approximately with the standardized solar spectrum in a first operating mode or, in a second operating mode, light 13 is emitted successively with a large number of different spectral distributions 15.
  • Fig. 2 shows an example spectral distribution 15 which results from a superposition of several different emission spectra 25 of the different light sources 21 of the illumination source 5.
  • a spectral range of the entire spectral distribution 15 extends, for example, from approximately 340 nm to approximately 1180 nm, with the achievable spectral range depending in particular on the available light sources 21 and their emission spectra.
  • the evaluation device 11 is connected to the contacting device 7 and can use this to tap and measure the PV current Imeas flowing or generated in the photovoltaic unit 3.
  • the evaluation device 11 has, among other things, a processor 29 for this purpose. In the first operating mode, the evaluation device 11 can use the measured current to determine the voltage-dependent current behavior I(U) of the photovoltaic unit 3 under the influence of the standardized solar spectrum.
  • the evaluation device 11 can alternatively measure the various PV currents I meas,n , as they are generated when the photovoltaic unit 3 is illuminated with each of the N different spectral distributions 15 in the photovoltaic unit 3.
  • a spectral irradiance E ⁇ ,n ( ⁇ ) can be known in advance for each of the spectral distributions 15, for example by determining it using a spectrometer, preferably in Institute for Solar Energy Research (ISFH) Multispectral method for determining spectral irradiance sensitivity and current behavior of solar cells/modules Page 32 of 46 form of a calibrated spectroradiometer 19.
  • ISFH Institute for Solar Energy Research
  • the spectroradiometer 19 can preferably be arranged adjacent to the position at which the photovoltaic unit 3 is held on the contacting device 7 and/or in the same plane as this, so that the spectroradiometer 19 receives essentially the same light 13 as the photovoltaic unit 3.
  • the spectroradiometer 19 can be arranged at a remote position and light directed onto the photovoltaic unit 3 can be proportionally coupled out, for example by means of a beam splitter (not shown), and directed onto the spectroradiometer 19. Details of a possible embodiment of the measuring device described here and of the method of multi-spectral determination of the spectral irradiance sensitivity that can be carried out with it are described below with reference to an exemplary embodiment.
  • spectral irradiance sensitivity ⁇ ( ⁇ ) of a test object solar cell or solar module
  • at least three components are required: - A spectrally adjustable light source of an illumination source. This can be realized, for example, using LEDs with different colors. Lasers, lamps with a broadband spectrum in combination with filters, mirrors and similar optical components or light sources whose spectral distribution can be changed are also conceivable.
  • - A spectrometer or spectral radiometer for measuring the spectral irradiance in the plane of the test object.
  • the spectral irradiance in the plane of the test object can also be calculated/determined from other measurement data or simulations.
  • the spectrally adjustable light source is configured in such a way that ⁇ different spectra are generated.
  • the spectrum and the current response ⁇ meas,n of the test object for example the short-circuit current I SC or the current I MPP at the point of maximum power
  • n 1... ⁇ .
  • the spectrum and the current response ⁇ meas,n can be recorded both simultaneously and sequentially.
  • the short-circuit current ⁇ sc can be determined directly from the SR curve using Institute for Solar Energy Research (ISFH) Multispectral method for determining spectral irradiance sensitivity and current behavior of solar cells/modules Page 35 of 46
  • ISFH Institute for Solar Energy Research
  • ⁇ ,ref ( ⁇ ) is the tabulated target reference solar spectrum, for example the AM1.5G spectrum.
  • This lamp system Institute for Solar Energy Research (ISFH) Multispectral method for determining spectral irradiance sensitivity and current behavior of solar cells/modules Page 36 of 46 consists of 27 LEDs of different wavelengths, each of which can be controlled separately.
  • a WPVS reference solar cell active cell area 4 cm2 served as the test object.
  • a channel control of two channels (channel spacing 10, for example channels 1 and 11) is multiplied by a factor of 0, 1 or 2 (combinations selected here: 0-0, 0-1, 2-0 and 2-1).
  • the 108 spectra were measured with a spectroradiometer and in the second step 108 short-circuit currents were measured.

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Abstract

Es werden eine Messvorrichtung (1) und ein Verfahren zum Bestimmen einer spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SR(λ) (17) und eines spannungsabhängigen Stromverhaltens I(U) unter Standard-Sonne-Bedingungen einer Photovoltaikeinheit (3) beschrieben. Die Messvorrichtung umfasst eine Beleuchtungsquelle (5), eine Kontaktierungseinrichtung (7), eine Steuerung (9) und eine Auswerteeinrichtung (11). Die Beleuchtungsquelle kann wahlweise Licht (13) mit variierbaren Spektralverteilungen (15) oder mit einem standardisierten Sonnenspektrum emittieren. Die Steuerung kann in einem ersten Betriebsmodus die Beleuchtungsquelle zur Emission des Sonnenspektrums und in einem zweiten Betriebsmodus zur sukzessiven Emission von Licht mit einer Vielzahl N verschiedener Spektralverteilungen ansteuern. Die Auswerteeinrichtung ist dazu konfiguriert, in dem ersten Betriebsmodus aus einem gemessenen PV-Strom I meas das spannungsabhängige Stromverhalten I(U) der Photovoltaikeinheit (3) unter Einwirkung des standardisierten Sonnenspektrums zu bestimmen und in dem zweiten Betriebsmodus aus mehreren bei Beleuchtung mit den N verschiedenen Spektralverteilungen (15) jeweils gemessenen Strömen I meas,n (n = 1…N) und unter Berücksichtigung einer für jede der N Spektralverteilungen vorbekannten spektralen Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) (n = 1…N) die spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SR(λ) der Photovoltaikeinheit zu bestimmen.

Description

Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 1 von 46 ------------------------------------------------------------------------------------------------- Institut für Solarenergieforschung GmbH Am Ohrberg 1, 31860 Emmerthal, Deutschland ------------------------------------------------------------------------------------------------- VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM MULTISPEKTRALEN BESTIMMEN VON SPEKTRALER BESTRAHLUNGSSTÄRKEEMPFINDLICHKEIT UND SPANNUNGSABHÄNGIGEM STROMVERHALTEN VON PHOTOVOLTAIKEINHEITEN ------------------------------------------------------------------------------------------------- GEBIET DER ERFINDUNG Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Charakterisieren von Eigenschaften von Photovoltaikeinheiten. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Medium. TECHNISCHER HINTERGRUND Photovoltaikeinheiten sind Halbleiterbauelemente, welche den inneren Photoeffekt ausnutzen, um bei Absorption von Licht ein elektrisches Signal zu liefern. Photovoltaik- einheiten können allgemein ausgedrückt als Strahlungssensoren bezeichnet werden. Insbesondere können Photovoltaikeinheiten als Solarzellen ausgebildet sein. Solarzellen dienen dazu, Licht, wie es insbesondere von der Sonne eingestrahlt wird, in elektrische Energie umzuwandeln. Solche Solarzellen werden auch als Photovoltaikzellen bezeichnet. Mehrere Solarzellen können miteinander zu einem Solarmodul verschaltet sein. Sowohl einzelne Solarzellen als auch ganze Solarmodule sowie andere Arten von Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 2 von 46 Strahlungssensoren werden hierin verallgemeinernd als Photovoltaikeinheit bezeichnet, wobei Photovoltaik teilweise mit PV abgekürzt wird. Verschiedene physikalische Eigenschaften von Photovoltaikeinheiten werden herkömmlich mithilfe unterschiedlicher und meist speziell für einen Anwendungszweck entwickelter Messvorrichtungen und Verfahren bestimmt. Beispielsweise kann es zur Beurteilung eines Verhaltens einer Photovoltaikeinheit und insbesondere eines Wirkungsgrades der Photovoltaikeinheit notwendig sein, das spannungsabhängige Stromverhalten I(U) der Photovoltaikeinheit zu kennen. Dieses Stromverhalten gibt an, wie sich der durch die Photovoltaikeinheit fließende elektrische Strom I abhängig von einer an die Photovoltaikeinheit angelegten elektrischen Spannung U verhält. Insbesondere kann eine Information über dieses Stromverhalten bei Beleuchtung der Photovoltaikeinheit gewünscht sein. Dabei wird regelmäßig angestrebt, die Photovoltaikeinheit möglichst in einer Weise zu beleuchten, wie dies einem realen Einsatz bei Beleuchtung mit von der Sonne eingestrahltem Licht entspricht. Um Photovoltaikeinheiten möglichst genau und standardisiert charakterisieren zu können sowie um auf eine Beleuchtung mit realem Sonnenlicht verzichten zu können, wurden die Bedingungen, wie sie bei Beleuchtung mit realem Sonnenlicht herrschen, hinsichtlich einer Lichtintensität und einer spektralen Verteilung standardisiert. Ein standardisiertes Sonnenspektrum beispielsweise gemäß dem Standard AM1.5G entspricht dabei einer Intensität von 1000 W/m² und einer Spektralverteilung, wie sie im Mittel an der Erdoberfläche, d.h. nach Durchlaufen einer 1,5-fachen Erdatmosphärenschicht, herrschen. Ein solches standardisiertes AM1.5G Sonnenspektrum wird daher bevorzugt zum Charakterisieren von terrestrischen Photovoltaikeinheiten eingesetzt. Ein standardisiertes AM0 Sonnenspektrum entspricht hinsichtlich Intensität und Spektralverteilung einer Sonnenstrahlung, wie sie im Weltall herrscht und wird somit insbesondere zum Charakterisieren von Photovoltaikeinheiten für Satelliten und Ähnliches eingesetzt. Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 3 von 46 Technische Vorrichtungen, mithilfe derer das spannungsabhängige Stromverhalten von Photovoltaikeinheiten unter möglichst realistischen Strahlungsbedingungen charakterisiert werden soll, werden auch als IV-Messplätze mit einem Sonnensimulator als Lichtquelle bezeichnet. Es handelt sich dabei im Allgemeinen um einen Messplatz, an dem eine Photovoltaikeinheit mittels einer Kontaktierungseinrichtung elektrisch kontaktiert werden kann, um dann mithilfe einer Auswerteeinrichtung einen durch die Photovoltaikeinheit fließenden Strom abhängig von einer angelegten elektrischen Spannung messen zu können. Aus einer dabei ermittelten Strom-Spannungs-Kennlinie können dann charakteristische Kenndaten wie der Kurzschlussstrom ISC, die Offene- Klemmen-Spannung VOC, die maximale Leistung Pmax, der Füllfaktor FF und/oder der Wirkungsgrad eta ermittelt werden, wodurch die Photovoltaikeinheit bewertet und/oder charakterisiert werden kann. Der IV-Messplatz ist in der Regel so aufgebaut, dass die Photovoltaikeinheit unter Standard-Testbedingungen (Probentemperatur, Bestrahlungsstärke und Spektrum des Sonnensimulators gemäß jeweils anzuwendender Norm) gemessen werden kann. Dazu verfügt der IV-Messplatz über eine Beleuchtungsquelle, welche dazu ausgelegt ist, das jeweils anzuwendende Normspektrum (Sonnenspektrum) möglichst genau zu reproduzieren. Hierzu kann der Sonnensimulator beispielsweise mit einer thermischen Lichtquelle ausgebildet sein, deren Strahlung dann mithilfe verschiedener Filter modifiziert wird, um das standardisierte Sonnenspektrum nachzubilden. Alternativ können moderne Sonnensimulatoren über mehrere lichtemittierende Dioden (LEDs) verfügen, deren emittiertes Licht insgesamt das standardisierte Sonnenspektrum reproduzieren kann, gegebenenfalls unter Einsatz von Filtern. Dabei kann mittels der LEDs ein stark reduzierter Energieverbrauch, geringere Wartungserfordernisse, eine längere Lebensdauer, eine schneller schaltbare Lichtemission und/oder ein zeitlich stabileres Lichtemissionsverhalten erreicht werden. Außerdem lässt sich mit Hilfe von LEDs ein Spektrum leichter auf einen für die Messung relevanten Spektralbereich einschränken. Um das in dem Sonnensimulator vorherrschende Lichtspektrum hinsichtlich seiner Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 4 von 46 Spektralverteilung beeinflussen zu können, können verschiedene LEDs in dem Sonnensimulator vorgesehen sein, die sich hinsichtlich der Spektralverteilung des von ihnen emittierten Lichts unterscheiden. Gegebenenfalls können diese verschiedenen LEDs einzeln oder in mehreren Gruppen ansteuerbar sein. Eine weitere Art der Charakterisierung von Photovoltaikeinheiten stellt die Bestimmung der sogenannten spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SR(λ) (englisch: spectral responsivity, SR) dar. Die spektrale Bestrahlungsempfindlichkeit gibt damit an, welchen Strom die Photovoltaikeinheit bei Beleuchtung mit Licht einer Wellenlänge bzw. eines schmalbandigen Wellenlängenbereichs generiert und wird üblicherweise mit der Einheit mA/(W/m²) oder flächenunabhängig mit der Einheit A/W angegeben. Die Kurven der spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit (SR-Kurven) werden unter anderem während einer Entwicklung und Charakterisierung von Photovoltaikeinheiten wie Solarzellen oder Solarmodulen und zur Materialanalyse verwendet, da die SR-Kurve das Stromverhalten, insbesondere einen Kurzschlussstrom ^sc, der Photovoltaikeinheit spektral auflöst. Beispielsweise können zur Materialanalyse Wellenlängenbereiche identifiziert werden, welche den Kurzschlussstrom erhöhen oder erniedrigen. Zudem ist es mit physikalischer Modellierung möglich, die Form der SR-Kurve auf Zelleigenschaften wie Rekombination oder Absorption zurückzuführen, um hiermit die Zelleigenschaften zu bestimmen. Für die Kalibrierung von Photovoltaikeinheiten und die Bestimmung ihrer charakteristischen Kenngrößen unter Standardtestbedingungen sind SR-Kurven im Allgemeinen essentiell notwendig für eine Bestimmung eines Faktors einer spektralen Fehlanpassung und somit für eine präzise Einstellung der Bestrahlungsstärke des Sonnensimulators. Nur mit Hilfe dieses Faktors der spektralen Fehlanpassung kann in IV- Messsystemen eine Kennlinie der Photovoltaikeinheit präzise und normkonform bestimmt werden. Dies gilt sowohl für Offline-Analysen als auch für Inline-Messungen. Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 5 von 46 Die spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit ^^(^) von Solarzellen und Solarmodulen wird üblicherweise an speziellen SR-Messplätzen (sog. DSR/SR-Messplätzen) bestimmt. Dieser Ansatz wird hierin als „SR-Standardverfahren“ bezeichnet. Ein Funktionsprinzip dieser bisherigen DSR/SR-Messplätze besteht in einer Bestrahlung des Testobjekts mit zwei Strahlungsquellen: (1) einem zeitlich konstanten weißen (Bias-) Licht und (2) einem quasi-monochromatischen Licht als Kleinsignal mit deutlich geringer Intensität. Das weiße Licht wird beispielsweise mit einem Array aus Halogenstrahlern erzeugt. Dabei kann das weiße Licht im Idealfall gleich oder weitgehend ähnlich sein zu dem Normspektrum, unter dem später die Strom-Spannungs-Kennlinie gemessen werden soll, in der Regel also dem AM1.5G oder dem AM0 Spektrum. Das quasi- monochromatische Licht kann beispielsweise mit einer Kombination aus einer Lampe mit breitbandigem Spektrum und einem Monochromator und/oder verschiedenen Filtern erzeugt werden. Das quasi-monochromatische Licht kann dabei zeitlich moduliert werden, beispielsweise mittels eines Chopperrads. Vor der Messung des Testobjekts wird der Strahlungsbeitrag des quasi-monochromatischen Lichtes mit einer Referenzsolarzelle kalibriert. Während des Messvorgangs wird das Testobjekt unter Kurzschluss- bedingungen gehalten. Die Stromantwort des Testobjektes ist dann ein Gleichstrom mit einem kleinen pulsierenden Anteil. Ein Transimpedanzwandler trennt den pulsierenden Stromanteil vom Gleichstromanteil und stellt diesen als ein proportionales Spannungssignal zur Verfügung, welches mittels eines Lock-in-Verstärkers gemessen und ausgewertet wird. Als Ergebnis folgt die differentielle SR des Testobjektes, welche über verschiedene Bias-Bestrahlungsstärken integriert wird und damit die gesuchte SR des Testobjektes liefert. Dieses Verfahren ist seit vielen Jahrzehnten für PV- Anwendungen etabliert, erfordert allerdings komplexe Messtechnik und ist zeitaufwendig. Seit ein paar Jahren gibt es Ansätze, die SR-Kurve mit LEDs verschiedener Wellenlänge zu bestimmen (hierin „SR-LED-Referenzsolarzelle-Verfahren“ genannt). Dabei handelt es sich um eine Variante bzw. Weiterentwicklung des zuvor beschriebenen SR- Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 6 von 46 Standardverfahrens. Hierbei wird das Testobjekt einzeln mit den LEDs bestrahlt und der resultierende Kurzschlussstrom gemessen. Die Bestrahlungsstärke der LEDs wird vorher mit einer kalibrierten Solarzelle gemessen. Es wurde gezeigt, dass mit diesem Verfahren die SR-Kurve des Testobjekts bestimmt werden kann. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die LEDs häufig breitbandig sind und die SR dadurch in einigen Wellenlängenbereichen nicht hinreichend gut bestimmt werden kann. Es wurden mathematisch aufwendige Verfahren vorgeschlagen, um diesem Problem vorzubeugen. Eine zusätzliche Schwierigkeit ist die Stabilisierung der Lichtintensität jeder einzelnen LED, da die in den Sonnensimulatoren verbauten Monitordioden üblicherweise breitbandig sammeln und für andere Arbeitspunkte optimiert sind. Bislang hat sich das Verfahren für PV-Anwendungen nicht durchgesetzt. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG UND VON AUSFÜHRUNGSFORMEN Es kann ein Bedürfnis an einer alternativen Messvorrichtung sowie einem alternativen Verfahren zum Charakterisieren von Photovoltaikeinheiten bestehen. Insbesondere kann ein Bedürfnis daran bestehen, Photovoltaikeinheiten mit wenig Aufwand, schnell, kostengünstig und/oder zuverlässig charakterisieren zu können. Außerdem kann ein Bedürfnis an einem Computerprogrammprodukt bestehen, mithilfe dessen entsprechende Verfahren implementiert werden können, sowie an einem computerlesbaren Medium mit einem darauf gespeicherten solchen Computerprogrammprodukt. Die genannten Bedürfnisse können zumindest teilweise mit dem Gegenstand eines der unabhängigen Ansprüche der vorliegenden Anmeldung erfüllt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren angegeben. Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 7 von 46 Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Messvorrichtung zum Bestimmen einer spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SR(λ) und eines spannungsabhängigen Stromverhaltens I(U) einer Photovoltaikeinheit unter Standard- Sonne-Bedingungen beschrieben. Die Messvorrichtung umfasst zumindest eine Beleuchtungsquelle, eine Kontaktierungseinrichtung, eine Steuerung und eine Auswerteeinrichtung. Die Beleuchtungsquelle ist dazu konfiguriert, wahlweise Licht mit variierbaren Spektralverteilungen oder mit einer Intensität und Spektralverteilung, welche einem standardisierten Sonnenspektrum entsprechen, zu emittieren. Die Kontaktierungseinrichtung ist dazu konfiguriert, die Photovoltaikeinheit elektrisch zu kontaktieren. Die Steuerung und die Auswerteeinrichtung sind wahlweise in einem ersten oder einem zweiten Betriebsmodus betreibbar. Dabei ist die Steuerung dazu konfiguriert, (i) in dem ersten Betriebsmodus die Beleuchtungsquelle zur Emission von Licht mit einer dem standardisierten Sonnenspektrum entsprechenden Intensität und Spektralverteilung anzusteuern, und (ii) in dem zweiten Betriebsmodus die Beleuchtungsquelle zur sukzessiven Emission von Licht mit einer Vielzahl N verschiedener Spektralverteilungen anzusteuern. Ferner ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, über die Kontaktierungseinrichtung eine elektrische Spannung an die Photovoltaikeinheit anzulegen und abhängig von der angelegten Spannung einen durch die Photovoltaikeinheit fließenden Strom zu messen und dabei (i) in dem ersten Betriebsmodus aus dem gemessenen Strom das spannungsabhängige Stromverhalten I(U) der Photovoltaikeinheit unter Einwirkung des standardisierten Sonnenspektrums zu bestimmen, und (ii) in dem zweiten Betriebsmodus aus mehreren bei Beleuchtung mit den N verschiedenen Spektralverteilungen jeweils gemessenen Strömen Imeas,n (n = 1…N) und unter Berücksichtigung einer für jede der N Spektralverteilungen vorbekannten spektralen Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) (n = 1…N) die spektrale Bestrahlungsstärke- empfindlichkeit SR(λ) der Photovoltaikeinheit zu bestimmen. Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SR(λ) einer Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 8 von 46 Photovoltaikeinheit mittels einer Messvorrichtung zum Bestimmen eines spannungsabhängigen Stromverhaltens I(U) einer Photovoltaikeinheit unter Standard- Sonne-Bedingungen beschrieben. Die Messvorrichtung umfasst eine Beleuchtungsquelle, eine Kontaktierungseinrichtung, eine Steuerung und eine Auswerteeinrichtung. Die Beleuchtungsquelle ist dazu konfiguriert, wahlweise Licht mit variierbaren Spektralverteilungen oder mit einer Intensität und Spektralverteilung, welche einem standardisierten Sonnenspektrum entsprechen, zu emittieren. Die Kontaktierungseinrichtung ist dazu konfiguriert, die Photovoltaikeinheit elektrisch zu kontaktieren. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, die Beleuchtungsquelle in dem ersten Betriebsmodus zur Emission von Licht mit einer dem standardisierten Sonnenspektrum entsprechenden Intensität und Spektralverteilung anzusteuern. Die Auswerteeinrichtung ist dazu konfiguriert, über die Kontaktierungseinrichtung eine elektrische Spannung an die Photovoltaikeinheit anzulegen und abhängig von der angelegten Spannung einen durch die Photovoltaikeinheit fließenden Strom zu messen und dabei in dem ersten Betriebsmodus aus dem gemessenen Strom das spannungsabhängige Stromverhalten I(U) der Photovoltaikeinheit unter Einwirkung des standardisierten Sonnenspektrums zu bestimmen. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte, möglicherweise aber nicht notwendigerweise in der angegebenen Reihenfolge: Ansteuern der Beleuchtungsquelle mittels der Steuerung in einem zweiten Betriebsmodus zur sukzessiven Emission von Licht mit einer Vielzahl N verschiedener Spektralverteilungen, Messen, mittels der Auswerteeinrichtung, in dem zweiten Betriebsmodus von bei Beleuchtung mit den N verschiedenen Spektralverteilungen jeweils durch die Photovoltaikeinheit fließenden Strömen Imeas,n (n = 1…N), und Bestimmen der spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SR(λ) der Photovoltaikeinheit unter Berücksichtigung einer für jede der Spektralverteilungen vorbekannten spektralen Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) (n = 1…N). Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 9 von 46 Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt beschrieben, welches maschinenlesbare Anweisungen aufweist, welche bei Ausführung durch einen Prozessor einer Messvorrichtung zum Bestimmen eines Stromverhaltens unter Standard-Sonne-Bedingungen einer Photovoltaikeinheit die Messvorrichtung dazu anleiten, das Verfahren einer Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung auszuführen oder zu steuern. Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein computerlesbares Medium beschrieben, welches darauf gespeicherte maschinenlesbare Anweisungen eines Computerprogrammprodukts gemäß einer Ausführungsform des dritten Aspekts der Erfindung aufweist. Einleitend soll eine Grundidee und mögliche Vorteile betreffend Ausführungsformen der hierin beschriebenen Erfindung kurz erläutert werden, wobei diese Erläuterung als lediglich grob zusammenfassend und die Erfindung nicht einschränkend auszulegen ist: Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Messvorrichtung, mit der sowohl das spannungsabhängige Stromverhalten einer Photovoltaikeinheit bei Beleuchtung mit einem standardisierten Sonnenspektrum als auch die spektrale Bestrahlungsstärke- empfindlichkeit der Photovoltaikeinheit bestimmt werden können. Dabei weist die Messvorrichtung Komponenten wie insbesondere eine Beleuchtungsquelle, eine Kontaktierungseinrichtung, eine Steuerung und eine Auswerteeinrichtung auf, wie sie häufig in modernen Sonnensimulatoren zum Einsatz kommen. Allerdings sind insbesondere die Steuerung und die Auswerteeinrichtung zusätzlich zu einer bei Sonnensimulatoren implementierten Funktionalität im Rahmen eines ersten Betriebsmodus, bei dem die Beleuchtungsquelle zum Emittieren des standardisierten Sonnenspektrums angesteuert und die Auswerteeinrichtung zum Messen eines dadurch bewirkten, spannungsabhängigen Stroms der Photovoltaikeinheit konfiguriert sind, zur Implementierung eines zweiten Betriebsmodus konfiguriert. In diesem zweiten Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 10 von 46 Betriebsmodus kann die Messvorrichtung dann die spektrale Bestrahlungsstärke- empfindlichkeit der Photovoltaikeinheit bestimmen. Für den zweiten Betriebsmodus wird hierbei ein anderer Ansatz eingesetzt, als dies bei den in der Beschreibungseinleitung erläuterten herkömmlichen Verfahren, insbesondere dem „SR-Standardverfahren“ oder dem „SR-LED-Referenzsolarzelle-Verfahren“, der Fall ist. Insbesondere wird ein Ansatz gewählt, bei dem die spektrale Bestrahlungsstärke- empfindlichkeit weitgehend mit Bauteilkomponenten, wie sie in einem Sonnensimulator häufig ohnehin eingesetzt werden, ermittelt werden kann, d.h. bei dem ein herkömmlicher Sonnensimulator hardwaretechnisch nicht oder lediglich geringfügig (beispielsweise, wie weiter unten erläutert, durch Hinzufügen eines Spektrometers oder eines Spektralradiometers) modifiziert werden braucht. Insbesondere wird genutzt, dass moderne Sonnensimulatoren oft über eine Beleuchtungsquelle mit beispielsweise mehreren verschiedenfarbigen LEDs verfügen und somit in der Lage sind, Licht mit einer variierbaren Spektralverteilung zu emittieren. Wie hierin weiter unten im Detail dargestellt, kann dies genutzt werden, um im zweiten Betriebsmodus die Photovoltaikeinheit mehrmals mit jeweils verschiedenen Spektralverteilungen zu beleuchten und dabei jeweils den bewirkten Strom zu messen. Sofern für jede Spektralverteilung dann die zugehörige spektrale Bestrahlungsstärke beispielsweise aufgrund einer zusätzlich durchgeführten Messung mit einem Spektrometer bzw. Spektralradiometer bekannt ist, kann die spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit beispielsweise mithilfe eines relativ einfach zu implementierenden Rechenverfahrens bestimmt werden. Die hier beschriebene „multi-spektrale Bestimmungsmethode“ kann diverse Vorteile gegenüber den weiter oben beschriebenen herkömmlichen Verfahren zum Bestimmen der spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit bieten, insbesondere wenn sie in Kombination mit den Ressourcen bzw. Komponenten eines Sonnensimulators bzw. IV- Messplatzes implementiert wird. Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 11 von 46 Es können unter anderem folgende Vorteile gegenüber dem SR-Standardverfahren genannt werden: - Die SR der Photovoltaikeinheit kann innerhalb eines IV-Messplatzes mit einer spektral justierbaren Lichtquelle direkt bestimmt werden. Ein separater SR-Messplatz ist nicht notwendig. Dadurch können Kosten, Aufwand und Zeit gespart werden. - Eine mechanische Belastung der Photovoltaikeinheit kann reduziert werden, insbesondere da sie nur einmal kontaktiert werden muss, um dann sowohl eine IV-Kurve als auch eine SR-Kurve ermitteln zu können. - Es wird keine komplexe Lock-In-Technik benötigt und auch kein Transimpedanz- wandler. Dies kann insbesondere für eine Charakterisierung großer Solarzellen (M6 – M12) vorteilhaft sein, da hierfür bisher meist kein Transimpedanzwandler zur Anwendung des Standardverfahrens kommerziell erhältlich ist. - Eine Messdauer kann sich von ca.20-60 min beim SR-Standardverfahren auf wenige Minuten oder sogar weniger als eine Minute reduzieren. Gegenüber dem „SR-LED-Referenzsolarzelle-Verfahren“ können unter anderem folgende Vorteile genannt werden: - Die SR-Kurve kann direkt am 1-Sonnen-Arbeitspunkt der Solarzelle bzw. der Photovoltaikeinheit bestimmt werden. - Die vorgeschlagene Methodik ist mathematisch einfach durchzuführen. - Es werden keine Korrekturen bei breitbandigen LEDs benötigt. - Insbesondere kann anstatt einer kalibrierten Referenzsolarzelle ein Spektrometer oder ein Spektralradiometer (kalibriertes Spektrometer) als Referenz verwendet werden. Solch ein Spektrometer bzw. Spektralradiometer kann in ausreichend guter Qualität verfügbar, insbesondere kommerziell erhältlich, sein. - Die Stabilisierung der Lichtintensität der LEDs kann mit üblicherweise verwendeten breitbandigen Monitordioden durchgeführt werden. Eine Stabilisierung jedes einzelnen LED-Kanals ist nicht notwendig. Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 12 von 46 Außerdem lassen sich mit Ausführungsformen der hierin vorgestellten Messvorrichtung unterschiedliche Varianten von Strahlungssensoren charakterisieren. Eine erste Variante verhält sich dabei wie eine Solarzelle. Eine zweite Variante eines Strahlungssensors hat einen internen Shuntwiderstand. Bei derartigen Strahlungssensoren wird ein Spannungsabfall eines intern fließenden Stroms über einem Widerstand gemessen. Auch derartige Sensoren lassen sich mit dem hier vorgestellten Verfahren bzw. der vorgestellten Messvorrichtung messen. Außerdem lässt sich der hier vorgestellte Ansatz auch zur Charakterisierung digitaler Sensoren einsetzen, die einen Wert ausgeben, der proportional zur Bestrahlungsstärke ist. Insgesamt ist eine vorteilhafte Integration der hierin vorgestellten Methodik in einen Mehrkanal-LED-Sonnensimulator vorstellbar. Dadurch kann beispielsweise die spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SR(λ) einer zu messenden Solarzelle ergänzend zu einem mit dem Sonnensimulator ermittelten spannungsabhängigen Stromverhalten der Solarzelle bestimmt werden und somit direkt der Faktor einer spektralen Fehlanpassung ermittelt werden. Es ist hierbei insbesondere kein weiterer Messplatz notwendig, sodass unter anderem erhebliche Kosten und/oder Platzbedarf beispielsweise für die Ausstattung einer Solarzellenfertigungslinie unter Einbeziehung einer SR- Messmöglichkeit eingespart werden können. Nachfolgend werden mögliche Ausgestaltungen und Vorteile von Ausführungsformen der Messvorrichtung sowie eines Verfahrens in genaueren Einzelheiten beschrieben: Die hierin vorgestellte Messvorrichtung ist unter anderem für eine Implementierung einer Funktionalität eines Sonnensimulators ausgelegt. Dementsprechend kann die Messvorrichtung das spannungsabhängige Stromverhalten einer einzelnen Solarzelle oder eines ganzen Solarmoduls unter Standard-Sonne-Bedingungen bestimmen. Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 13 von 46 Die Beleuchtungsquelle der Messvorrichtung ist hierzu in der Lage, Licht zu emittieren, welches hinsichtlich seiner Intensität demjenigen von natürlichem Sonnenlicht entspricht, das heißt mit etwa 1000 W/m², und welches außerdem eine Spektralverteilung aufweist, welche natürlichem Sonnenlicht weitgehend ähnelt. Beispielsweise ist die Beleuchtungsquelle zum Emittieren eines AM1.5G- Sonnenspektrums konfiguriert. Die Beleuchtungsquelle kann dabei eine Messfläche möglichst homogen ausleuchten, welche zumindest die Oberfläche der zu charakterisierenden Photovoltaikeinheit überdeckt, das heißt zur Messung einzelner Solarzellen eine Messfläche von typischerweise zwischen 0,1 cm² und 1000 cm², meist zwischen 1 cm² und 500 cm², bzw. zur Messung ganzer Solarmodule eine deutlich größere Messfläche mit beispielsweise wenigstens 0,3 m² bis hin zu einigen Quadratmetern. Ein Betrieb und insbesondere eine Energieversorgung der Beleuchtungsquelle werden hierbei von der Steuerung der Messvorrichtung gesteuert. Die Messvorrichtung verfügt über eine Kontaktierungseinrichtung, mithilfe derer die zu charakterisierende Photovoltaikeinheit elektrisch kontaktiert und gegebenenfalls geeignet positioniert und/oder mechanisch gehalten werden kann. Über die Kontaktierungseinrichtung kann die Auswerteeinrichtung der Messvorrichtung eine elektrische Spannung an die Photovoltaikeinheit anlegen und den sich daraufhin einstellenden Strom (nachfolgend teilweise als „PV-Strom“ bezeichnet) messen. Die Spannung kann dabei beispielsweise über einen Bereich hin variiert werden, der zumindest von einer Kurzschlussspannung USC (short-circuit) bis zu einer Offene- Klemmen-Spannung UOC (open-circuit, manchmal auch als Leerlaufspannung bezeichnet) der Photovoltaikeinheit reicht, d.h. beispielsweise bei einer einzelnen Siliziumsolarzelle über einen Spannungsbereich von 0 V bis ca. 0,7 V. Ergänzend zu der Sonnensimulator-Funktionalität ist die vorgestellte Messvorrichtung zur Implementierung einer Bestimmung der spektralen Bestrahlungsstärke- empfindlichkeit SR(λ) konfiguriert. Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 14 von 46 Die Beleuchtungsquelle ist hierzu derart konfiguriert, dass mit ihrer Hilfe Licht mit unterschiedlichen Spektralverteilungen emittiert werden kann. Das Licht kann hierbei sukzessive mit einer Vielzahl N verschiedener Spektralverteilungen emittiert werden, wobei N > 1, N > 2, N > 5, vorzugsweise N > 10 oder N > 20, N > 50, N > 100, N > 200, N > 500 oder N > 1000 und/oder N < 100000, N < 50000, N < 10000, vorzugsweise N < 5000 oder N < 1000, N < 500 oder N < 100 gelten kann. Eine emittierte Spektralverteilung kann dabei über die Steuerung der Messvorrichtung gesteuert und variiert werden. Die Spektralverteilungen unterscheiden sich hierbei insbesondere hinsichtlich einer bei verschiedenen Wellenlängen emittierten Strahlungsleistung. Unterschiede zwischen den Spektralverteilungen können dabei über zumindest einen Wellenlängenteilbereich hinweg zumindest 1 % relativ, zumindest 2 % relativ, zumindest 5 % relativ, zumindest 10 % relativ oder zumindest 20 % relativ betragen, wobei der Wellenlängenteilbereich sich zum Beispiel über zumindest ein Wellenlängenintervall von wenigstens 5 nm, wenigstens 10 nm, wenigstens 20 nm oder wenigstens 30 nm erstrecken kann. Die Beleuchtungsquelle kann Licht mit einer Spektralverteilung über zumindest eine Beleuchtungsdauer hinweg emittieren, die ausreichend lang ist, um den sich daraufhin in der Photovoltaikeinheit einstellenden Strom messen zu können. Beispielsweise kann die Beleuchtungsdauer länger als 10 ms, länger als 100 ms, länger als 1 s oder länger als 10 s und/oder kürzer als 100 s, kürzer als 10 s, kürzer als 1 s oder kürzer als 100 ms sein. Die Auswerteeinrichtung ist hierbei ergänzend dazu konfiguriert, in dem zweiten Betriebsmodus bei jeder der von der Beleuchtungsquelle eingestrahlten N verschiedenen Spektralverteilungen jeweils den sich in der Photovoltaikeinheit ergebenden elektrischen PV-Strom Imeas,n (mit n = 1…N) zu messen. Ausgehend von dieser Vielzahl von Strommessungen kann dann, wie weiter unten im Detail für ein Beispiel erläutert, die Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit der Photovoltaikeinheit beispielsweise durch eine analytische und/oder numerische Rechnung zumindest in einer für praktische Anwendungen ausreichend guten Näherung bestimmt werden. Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 15 von 46 Dabei muss neben der Information über die gemessenen PV-Ströme auch für jede der Spektralverteilungen eine zugehörige spektrale Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) (n = 1…N) in ausreichender Qualität vorbekannt sein und bei der Bestimmung der Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit berücksichtigt werden. Hierzu kann gemäß einer Ausführungsform die spektrale Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) für jede der Spektralverteilungen durch Messung mittels des Spektrometers bzw. Spektralradiometers vorbekannt sein. Anders ausgedrückt kann ein Spektrometer bzw. Spektralradiometer dazu eingesetzt werden, um die in der hierin beschriebenen Messvorrichtung zu emittierenden Spektralverteilungen hinsichtlich ihrer spektralen Bestrahlungsstärken mit einer Genauigkeit zu messen, die für die nachfolgend durchzuführende Bestimmung der spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SR(λ) ausreicht. Ein Spektrometer ist dazu ausgelegt, ein Lichtspektrum als Intensität in Funktion der Wellenlänge auszumessen. Einfache Spektrometer erfassen dabei die Lichtintensität bei den verschiedenen Wellenlänge meist als relative Messgröße und geben Messwerte typischerweise als [counts] aus. Ein Spektralradiometer, manchmal auch als Spektroradiometer bezeichnet, ist ein Lichtmessgerät in Form eines kalibrierten Spektrometers, das sowohl die Wellenlänge als auch die spektrale Bestrahlungsstärke des von einer Lichtquelle ausgestrahlten Lichts messen kann. Im Gegensatz zu einem einfachen Spektrometer, welches ein Spektrum einfallenden Lichts im Allgemeinen lediglich hinsichtlich seiner relativen Intensitätsunterschiede bei verschiedenen Wellenlängenbereichen messen kann, kann ein Spektralradiometer als kalibriertes Spektrometer für jeden Wellenlängenbereich eine absolute Bestrahlungsstärke ermitteln. Spektrometer in Form sogenannter Arrayspektrometer unterscheiden die Wellenlänge anhand einer Position, an der das Licht auf eine Detektoranordnung trifft, so dass das gesamte Spektrum mit einer einzigen Erfassung erfasst werden kann. Sofern die Lichtquelle zeitlich stabil ist, kann das Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 16 von 46 Spektrum alternativ auch mit einem scannenden System gemessen werden, wobei die Auswahl der Wellenlänge meist über eine Dispersionsoptik wie z.B. ein optisches Gitter, ein Prisma oder ähnliches erfolgt. Die Dispersionsoptik kann in diesem Fall schrittweise gedreht werden und pro Drehschritt kann mit einem kleinen breitbandigen Sensor beispielsweise auf Siliziumbasis die (spektrale) Bestrahlungsstärke gemessen werden. Die meisten Spektrometer verfügen über eine Basismessung von Zählungen, die ein unkalibrierter Messwert ist und somit von der Empfindlichkeit des Detektors für jede Wellenlänge beeinflusst wird. Durch Anwendung einer Kalibrierung ist das Spektrometer dann als Spektralradiometer in der Lage, Messungen der spektralen Bestrahlungsstärke [W/(m²*nm)], der spektralen Strahldichte und/oder des spektralen Flusses zu liefern. Diese Daten können dann verwendet werden, um beispielsweise Messwerte für Bestrahlungsstärke (W/cm²), Beleuchtungsstärke (Lux oder fc), Strahldichte (W/sr), Leuchtdichte (cd), Lichtstrom (Lumen oder Watt), Chromatizität, Farbtemperatur, Spitzenwert und/oder dominante Wellenlänge zu erhalten. Spektrometer können viele Wellenlängenbereiche abdecken. Ein effektiver Wellenlängenbereich (Spektralbereich) eines Spektrometers wird nicht nur durch ein Dispersionsvermögen eines darin eingesetzten Gitters bestimmt, sondern hängt auch vom Empfindlichkeitsbereich der Detektoren ab. Begrenzt durch eine Bandlücke des Halbleiters spricht beispielsweise ein Detektor auf Siliziumbasis auf 200-1100 nm an, während ein Detektor auf InGaAs-Basis meist für 900-1700 nm empfindlich ist. Um basierend auf der spektralen Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) nachfolgend die spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SR(λ) in ausreichender Qualität bestimmen zu können, sollte die spektrale Bestrahlungsstärke mit einer ausreichenden Genauigkeit vorbekannt sein. Beispielsweise sollte die spektrale Bestrahlungsstärke mit einer Wellenlängenauflösung von mindestens 100 nm, vorzugsweise mindestens 50 nm, mindestens 20 nm oder mindestens 10 nm, vorbekannt sein. Ergänzend sollte die spektrale Bestrahlungsstärke mit einer spektralen Bandbreite von höchstens 100 nm, vorzugsweise höchstens 50 nm, höchstens 20 nm oder höchstens 10 nm, vorbekannt Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 17 von 46 sein. Ferner sollte die die spektrale Bestrahlungsstärke über einen Wellenlängenbereich von mindestens 400 nm bis 800 nm vorbekannt sein, wobei eine untere Grenze des Wellenlängenbereichs vorzugsweise bei 380 nm, 350 nm, 330 nm oder 300 nm oder sogar niedriger und eine obere Grenze des Wellenlängenbereichs vorzugsweise bei 850 nm, 900 nm, 950 nm, 1000 nm, 1050 nm oder 1100 nm oder sogar höher liegen kann. Außerdem sollte die spektrale Bestrahlungsstärke mit einer Nicht-Linearität in Bezug auf die Intensität von besser als 20 %, vorzugsweise besser als 10 % oder besser als 5 % vorbekannt sein. Ferner sollte eine relative Intensitätskalibrierung besser als 20 %, vorzugsweise besser als 10 % oder besser als 5 % sein. Abschließend sollte eine relative Wellenlängenkalibrierung besser als 40 nm, vorzugsweise besser als 10 nm oder sogar besser als 3 nm sein. Insbesondere kann die spektrale Bestrahlungsstärke mithilfe eines hochwertigen Spektralradiometers gemessen sein, welches für ein Messen der spektralen Bestrahlungsstärke mit den vorgenannten Eigenschaften konzipiert ist. Ferner sollte ein solches Spektralradiometer möglichst über eine Computerschnittstelle verfügen, um die gemessene spektrale Bestrahlungsstärke und gegebenenfalls andere Daten an andere Komponenten der hierin beschriebenen Messvorrichtung kommunizieren zu können. Durch das Nutzen des Spektrometers bzw. Spektralradiometers kann für jede der von der Beleuchtungsquelle auf die Photovoltaikeinheit eingestrahlten Spektralverteilungen jeweils deren spektrale Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) mit hoher Genauigkeit und individuell für die tatsächlich auf die Photovoltaikeinheit eingestrahlte Spektralverteilung gemessen werden. Basierend auf solchen Messwerten Eλ,n(λ) kann dann zusammen mit der Information über die jeweils gemessenen Ströme Imeas,n die spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SR(λ) mit hoher Genauigkeit und ausreichender Auflösung rechnerisch ermittelt werden. Sofern die spektrale Bestrahlungsstärke mit einem unkalibrierten Spektrometer gemessen wurde, kann basierend auf den Messwerten eine Information über die relative Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 18 von 46 spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit abgeleitet werden. Wurde die spektrale Bestrahlungsstärke hingegen mit einem kalibrierten Spektralradiometer gemessen, kann basierend auf den Messwerten eine Information über die absolute spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit abgeleitet werden. Aus dieser Information über die absolute spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit kann dann ein Absolutwert für den Kurzschlussstrom ISC der Solarzelle errechnet werden. Das Spektrometer bzw. Spektralradiometer kann hierfür gemäß einer Ausführungsform in die Messvorrichtung integriert sein, um die spektrale Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) für jede der innerhalb der Messvorrichtung emittierten Spektralverteilungen aktuell messen zu können. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass es zwar vorteilhaft erscheint, die spektrale Bestrahlungsstärke für jede eingestrahlte Spektralverteilung individuell mithilfe eines direkt in die Messvorrichtung integrierten Spektrometers bzw. Spektralradiometers zu messen, dass dies für die Bestimmung der spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit jedoch nicht zwingend erforderlich ist, solange die spektrale Bestrahlungsstärke zumindest aus anderen Informationsquellen vorbekannt ist. Beispielsweise kann die spektrale Bestrahlungsstärke auch aus anderen Messdaten und/oder Simulationen berechnet bzw. bestimmt werden. Dabei ist es im Allgemeinen notwendig, die Emissionseigenschaften der in der Messvorrichtung genutzten Beleuchtungsquelle zumindest einmalig mithilfe eines Spektrometers bzw. Spektralradiometers zu vermessen, d.h. entweder simultan zusammen mit dem Messen der jeweiligen Ströme Imeas,n oder zu einem anderen Zeitpunkt, d.h. einem früheren Zeitpunkt oder einem späteren Zeitpunkt. Beispielsweise kann das Spektrometer bzw. Spektralradiometer extern vorgehalten sein oder nur zeitweise in die Messvorrichtung eingebaut werden. In diesem Fall kann mithilfe des Spektrometers bzw. Spektralradiometers einmalig vorab oder in gewissen Zeitabständen die spektrale Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) für jede der innerhalb der Messvorrichtung zu emittierenden Spektralverteilungen gemessen und gespeichert Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 19 von 46 werden, sodass dann zu einem Zeitpunkt, zu dem in der Messvorrichtung die Spektralverteilungen tatsächlich emittiert werden, deren spektrale Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) nicht mehr aktuell gemessen werden braucht, sondern die gespeicherten Werte abgerufen werden können. Eventuell können die Emissionsspektren einzelner Lichtquellen wie beispielsweise einzelner LEDs, welche in einer Mehrzahl gemeinsam die Beleuchtungsquelle der Messvorrichtung bilden, vorab mithilfe des Spektrometers bzw. Spektralradiometers vermessen werden. Dabei sollten die Emissionsspektren jeder einzelnen Lichtquelle bei unterschiedlichen Ansteuerungen, d.h. bei unterschiedlichen Emissionsintensitäten, vermessen werden. Aus den derart ermittelten Messdaten kann dann eventuell später im Betrieb der Messvorrichtung das insgesamt von der Beleuchtungsquelle emittierte Licht mit seiner Spektralverteilung und deren spektraler Bestrahlungsstärke ermittelt, d.h. beispielsweise errechnet, werden. Bei einer solchen Herangehensweise wird angenommen, dass die Beleuchtungsquelle der Messvorrichtung die verschiedenen Spektralverteilungen z.B. durch gezieltes Ansteuern von deren einzelnen Lichtquellen sehr genau und zeitlich stabil reproduzieren kann. Sollte eine solche genaue Reproduktion verschiedener Spektralverteilungen nicht möglich oder nicht gewährleistet sein, sollte vorzugsweise ein Spektrometer bzw. Spektralradiometer direkt in der Messvorrichtung vorgesehen sein und jede angesteuerte Spektralverteilung mithilfe dieses Spektrometers bzw. Spektralradiometers hinsichtlich seiner spektralen Bestrahlungsstärke aktuell vermessen werden. Gemäß einer weiter spezifizierten Ausführungsform ist das Spektrometer bzw. Spektralradiometer derart konfiguriert und angeordnet, dass es Licht von einer Position benachbart zu und/oder in einer Ebene mit der in der Kontaktierungseinrichtung zu kontaktierenden Photovoltaikeinheit empfängt. Anders ausgedrückt kann das Spektrometer bzw. Spektralradiometer derart in der Messvorrichtung angeordnet sein oder an die Messvorrichtung optisch angekoppelt sein, dass es ebenso wie die zu vermessende Photovoltaikeinheit mit von der Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 20 von 46 Beleuchtungsquelle emittiertem Licht bestrahlt wird und dabei das die Photovoltaikeinheit erreichende Licht sich qualitativ und/oder quantitativ lediglich unwesentlich von dem das Spektrometer bzw. Spektralradiometer erreichenden Licht unterscheidet. Vorzugsweise soll das Spektrometer bzw. Spektralradiometer derart angeordnet sein, dass die spektrale Bestrahlungsstärke des die Photovoltaikeinheit erreichenden Lichts sich insgesamt und/oder bei jeder Wellenlänge innerhalb des effektiven Spektralbereichs des Spektrometers bzw. Spektralradiometers um weniger als 10 %, weniger als 5 %, weniger als 2 %, weniger als ein Prozent, weniger als 0,5 % oder sogar weniger als 0,1 % von dem das Spektralradiometer erreichenden Licht unterscheidet. Das Spektrometer bzw. Spektralradiometer kann beispielsweise in einem Abstand von weniger als 20 cm, weniger als 10 cm, weniger als 5 cm oder sogar weniger als 2 cm von einem Rand der Kontaktierungseinrichtung bzw. einem Rand der in der Kontaktierungseinrichtung zu fixierenden Photovoltaikeinheit angeordnet sein. Dabei kann eine Detektionsfläche des Spektrometer bzw. Spektralradiometers sich in oder parallel zu einer Oberfläche der in der Kontaktierungseinrichtung zu haltenden Photovoltaikeinheit oder in einem Winkel von weniger als 30°, weniger als 20°, weniger als 10°, weniger als 5° oder sogar weniger als 2° zu dieser erstrecken. Alternativ kann das Spektrometer bzw. Spektralradiometer zwar entfernt von der in der Kontaktierungseinrichtung zu fixierenden Photovoltaikeinheit angeordnet sein, aber optisch in einen die Photovoltaikeinheit erreichenden Strahlengang an einer Position nahe der derart fixierten Photovoltaikeinheit eingekoppelt sein. Beispielsweise kann in dem Strahlengang ein Strahlteiler wie z.B. eine Glasplatte angeordnet sein, welche einen Anteil des auf das Photovoltaikelement gerichteten Lichts auskoppelt und auf das Spektrometer bzw. Spektralradiometer lenkt. Gemäß einer Ausführungsform weist die Beleuchtungsquelle eine Mehrzahl M von Lichtquellen auf, welche unabhängig voneinander von der Steuerung zur Emission von Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 21 von 46 für verschiedene der Lichtquellen unterschiedlichen Emissionsspektren und/oder unterschiedlichen Emissionsintensitäten ansteuerbar sind. Mit anderen Worten kann die Beleuchtungsquelle nicht als eine einzelne Lichtquelle sondern zusammengesetzt aus mehreren Lichtquellen vorgesehen sein, wobei jede der Lichtquellen oder Gruppen mehrerer Lichtquellen voneinander unabhängig von der Steuerung angesteuert werden können und aufgrund einer solchen Ansteuerung dann Licht mit unterschiedlichen Emissionsspektren und/oder unterschiedlichen Emissionsintensitäten abstrahlen. Das insgesamt von der Beleuchtungsquelle daraufhin emittierte Licht ergibt sich somit hinsichtlich seiner Intensität und Spektralverteilung aus einer Überlagerung der von den einzelnen Lichtquellen emittierten Lichtanteile. Insbesondere die Spektralverteilung dieses insgesamt emittierten Lichts kann daher in einfacher Weise dadurch variiert werden, dass die einzelnen Lichtquellen hinsichtlich ihrer emittierten Lichtintensität, das heißt insbesondere hinsichtlich ihrer Leistung, variiert werden. Anders ausgedrückt kann die Spektralverteilung des von der Beleuchtungsquelle emittierten Lichts in technisch einfach zu realisierender Weise dadurch variiert werden, dass die einzelnen Lichtquellen gesteuert durch die Steuerung mit unterschiedlichen Leistungen versorgt werden. Insbesondere kann die Beleuchtungsquelle gemäß einer Ausführungsform eine Mehrzahl M von durch die Steuerung unabhängig voneinander ansteuerbaren Lichtquellen in Form von LEDs mit unterschiedlichen Emissionsspektren aufweisen. LEDs weisen typischerweise einen im Vergleich zu thermischen Lichtquellen geringen Energiebedarf auf. Dementsprechend kann insbesondere bei hohen Bestrahlungszeiten, wie sie zum Betrieb eines Sonnensimulators regelmäßig erforderlich sind, durch den Einsatz von LEDs signifikant Energie eingespart werden. Außerdem stehen inzwischen LEDs mit stark unterschiedlichen Emissionsspektren zur Verfügung. Beispielsweise existieren LEDs, die im nahen UV-Spektralbereich, in verschiedenen Teilbereichen des sichtbaren Spektralbereichs und/oder im infraroten Spektralbereich emittieren. Durch Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 22 von 46 den Einsatz verschiedener LEDs in der Beleuchtungsquelle kann somit ein Spektralbereich abgedeckt werden, der für eine Beleuchtung im Rahmen einer Messung der Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit in den meisten Fällen ausreichend ist. Ein solcher Spektralbereich erstreckt sich beispielsweise ab zumindest 400 nm, ab zumindest 350 nm, vorzugsweise ab zumindest 280 nm, ab zumindest 250 nm oder ab zumindest 200 nm und/oder bis zumindest 1100 nm, bis zumindest 1150 nm, bis zumindest 1180 nm, bis zumindest 1300 nm, bis zumindest 1500 nm oder sogar vorzugsweise bis zu 2500 nm. Dabei wird es als vorteilhaft angesehen, die Lichtquellen und ihre Emissionsspektren derart zu wählen, dass innerhalb des gesamten Spektralbereichs zumindest eine der Lichtquellen Licht mit signifikanter Intensität emittiert. Die LEDs können sich hierbei hinsichtlich von in ihnen eingesetzten Halbleitermaterialien unterscheiden, da insbesondere beispielsweise eine Bandlücke solcher Halbleitermaterialien ein von einer LED emittiertes Emissionsspektrum maßgeblich beeinflusst. Die LEDs können auch mit optischen Filtern ausgestattet sein, um das Emissionsspektrum zu beeinflussen. Die Emissionsspektren unterschiedlicher LEDs können sich hinsichtlich einer zentralen Emissionswellenlänge und/oder hinsichtlich einer wellenlängenabhängigen Verteilung der Emissionsintensität voneinander unterscheiden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Vielzahl N verschiedener Spektralverteilungen größer als die Mehrzahl M von Lichtquellen. Mit anderen Worten ist es als vorteilhaft anzusehen, die Vielzahl von Beleuchtungen der Photovoltaikeinheit mit verschiedenen Spektralverteilungen größer zu wählen als die Mehrzahl von in der Beleuchtungsquelle vorgesehenen, individuell steuerbaren Lichtquellen. Anders ausgedrückt wird es zwar generell als vorteilhaft angesehen, die spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit durch Messung von PV-Strömen bei Beleuchtung mit einer möglichst großen Vielzahl N verschiedener Spektralverteilungen zu bestimmen, beispielsweise N > 10, N > 20, N > 50 oder N > 100. Hierzu muss jedoch Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 23 von 46 nicht notwendigerweise auch die Anzahl der in der Beleuchtungsquelle vorzusehenden Lichtquellen sehr hoch sein. Theoretisch kann bereits mit zwei Lichtquellen unterschiedlicher Emissionsspektren durch Variieren ihrer jeweiligen Emissionsintensitäten eine beliebige Anzahl verschiedener Spektralverteilungen erzeugt werden. Für den Einsatz in der vorgestellten Messvorrichtung erscheint eine Beleuchtungsquelle mit einer Mehrzahl M von Lichtquellen unterschiedlicher Emissionsspektren mit M > 2, M > 5, M > 10 oder M > 20 und/oder M < 100, M < 50, M < 20 oder M < 10 vorteilhaft. Dabei kann es jeweils Gruppen von mehreren Lichtquellen gleichen Emissionsspektrums geben. Gemäß einer Ausführungsform sind die Steuerung und die Beleuchtungsquelle dazu konfiguriert, die Beleuchtungsquelle in dem zweiten Betriebsmodus derart zur sukzessiven Emission von Licht anzusteuern, dass jede der Vielzahl verschiedener Spektralverteilungen bei jeder Wellenlänge innerhalb eines Emissionsbandes von wenigstens 400 nm bis 1100 nm eine von Null verschiedene Emissionsleistung aufweist. Anders ausgedrückt sollte das von der Beleuchtungsquelle emittierte Licht für jede der sukzessive emittierten Spektralverteilungen jeweils innerhalb eines gesamten Emissionsbandes bei jeder Wellenlänge eine signifikante Emissionsleistung aufweisen. Die Formulierung „eine von Null verschiedene Emissionsleistung“ kann hierbei dahingehend verstanden werden, dass bei jeder Wellenlänge eine Mindestemissionsleistung emittiert wird, die eine ausreichend präzise Messung des dabei generierten PV-Stroms ermöglicht. Mit anderen Worten soll die Spektralverteilung innerhalb des Emissionsbandes keine Lücken aufweisen, bei denen innerhalb von Wellenlängenteilintervallen keine Lichtintensität bzw. eine zum Auswerten eines hierdurch bewirkten PV-Stroms unzureichende Lichtintensität emittiert wird. Es wird davon ausgegangen, dass ein Vorhandensein solcher Lücken in einer oder mehreren Spektralverteilungen nachteilig bei der Bestimmung der spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit ist, d.h. beispielsweise zu einer ungenauen Ermittlung Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 24 von 46 der Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit in dem der Lücke entsprechenden Wellenlängenbereich führen kann. Dementsprechend kann es vorteilhaft sein, die in der Beleuchtungsquelle eingesetzten Lichtquellen derart zu wählen, dass sich deren Emissionsspektren über den gesamten zu erfassenden Spektralbereich hin verteilt erstrecken und/oder zumindest teilweise überlappen und sich somit keine Lücken ergeben. Gemäß einer Ausführungsform sind die Steuerung und die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, in dem zweiten Betriebsmodus die Beleuchtungsquelle dazu anzusteuern, Licht sukzessive mit wenigstens zehn verschiedenen Spektralverteilungen zu emittieren und für jede der Spektralverteilungen den dabei durch die Photovoltaikeinheit fließenden Strom Imeas,n zu messen. Indem die Vielzahl N verschiedener Spektralverteilungen, mit denen die Photovoltaikeinheit sukzessive von der Beleuchtungsquelle bestrahlt wird, ausreichend groß, d.h. mit N ≥ 10, N ≥ 50 oder sogar N ≥ 100, gewählt wird, kann eine Genauigkeit, mit der letztendlich die spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit bestimmt werden kann, erhöht werden. Dabei wird als vorteilhaft angenommen, wenn sich zumindest einige der verschiedenen Spektralverteilungen derart voneinander unterscheiden, dass letztendlich für jeden Wellenlängenbereich innerhalb des gesamten zu erfassenden Spektralbereich zwei oder mehr Spektralverteilungen existieren, die sich in diesem Wellenlängenbereich voneinander unterscheiden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, zum Bestimmen der spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SR(λ) der Photovoltaikeinheit ein Gleichungssystem zu erstellen und zu lösen, wobei - ein gesamter Wellenlängenbereich, innerhalb dessen die spektrale Bestrahlungsstärke- empfindlichkeit SR(λ) zu bestimmen ist, in eine Mehrzahl von K Wellenlängenintervallen [λk , λk+1] mit (k = 1…K) aufgeteilt wird, - für jede der N verschiedenen Spektralverteilungen und jedes der K Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 25 von 46 Wellenlängenintervalle eine auf das jeweilige Wellenlängenintervall bezogene Bestrahlungsstärke Pk,n durch Aufintegration der spektralen Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) über das jeweilige Wellenlängenintervall [λk , λk+1] bestimmt wird, und - eine anteilige spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SRk bezogen auf jedes der K Wellenlängenintervalle durch Lösen des folgenden Gleichungssystems näherungsweise bestimmt wird: Details zu einer möglichen Ausgestaltung einer solchen näherungsweisen und analytischen Berechnung werden weiter unten mit Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform dargelegt. Gemäß einer weiter konkretisierten Ausführungsform wird die anteilige spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SRk für jedes der K Wellenlängenintervalle als innerhalb des Wellenlängenintervalls konstant angenommen. Wie weiter unten mit Bezug auf die beispielhafte Ausführungsform detaillierter erläutert, kann die Annahme, dass die anteilige spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit innerhalb jedes einer Mehrzahl von Wellenlängenintervallen als näherungsweise konstant angesehen werden kann, eine analytische und/oder numerische Berechnung der gesamten spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit ermöglichen oder vereinfachen. Gemäß einer Ausführungsform wird die spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SR(λ) unter Berücksichtigung einer für jede der N Spektralverteilungen vorbekannten relativen spektralen Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) oder unter Berücksichtigung einer für jede Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 26 von 46 der N Spektralverteilungen vorbekannten absoluten spektralen Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) bestimmt. Für manche Anwendungsfälle kann es genügen, lediglich eine relative spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit zu ermitteln. Beispielsweise kann eine solche relative spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit hinreichend für eine Bestimmung eines Faktors der spektralen Fehlanpassung, nicht aber für eine Bestimmung eines Kurzschlussstroms sein. Zum Bestimmen der relativen spektralen Bestrahlungsstärke- empfindlichkeit kann es im Allgemeinen genügen, für jede der N Spektralverteilungen deren relative spektrale Bestrahlungsstärke zu kennen. Eine Messung solcher relativer spektraler Bestrahlungsstärken kann einfacher sein als eine Messung entsprechender Absolutwerte. Sofern jedoch beispielsweise mittels eines ausreichend präzisen Spektralradiometers absolute spektrale Bestrahlungsstärken für alle Spektralverteilungen gemessen werden können, können diese Werte zur Bestimmung der absoluten spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit herangezogen werden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung dazu konfiguriert, die Beleuchtungsquelle in dem zweiten Betriebsmodus zur Emission von Licht mit einer Intensität von zwischen 60 % und 140 %, vorzugsweise zwischen 80% und 120 % des standardisierten Sonnenspektrums oder mit einer Intensität von weniger als 30% des standardisierten Sonnenspektrums anzusteuern. Anders ausgedrückt kann die Steuerung der Messvorrichtung in einer ersten Variante des zweiten Betriebsmodus dazu ausgelegt sein, die Beleuchtungsquelle Licht emittieren zu lassen, wie es im Wesentlichen auch beim Betrieb innerhalb des ersten Betriebsmodus zur Implementierung der Sonnensimulator-Funktionalität eingesetzt wird. Das Licht kann hierbei mit einer Intensität gleich derjenigen des standardisierten Sonnenspektrums, d.h. beispielsweise bei einem standardisierten AM1.5G-Spektrum mit 1000 W/m², auf die Photovoltaikeinheit gerichtet werden, wobei ein Toleranzbereich bezüglich der emittierten Lichtintensität maximal 20 %, maximal 10 % oder maximal 5 % betragen Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 27 von 46 sollte. Die im zweiten Betriebsmodus dabei sukzessive angesteuerten verschiedenen Spektralverteilungen können der Spektralverteilung des standardisierten Sonnenspektrums zumindest innerhalb eines Toleranzbereichs ähneln. Beispielsweise können die Spektralverteilungen des von der Beleuchtungseinrichtung während des zweiten Betriebsmodus sukzessive variierenden Lichts sich für jede Wellenlänge bzw. jeden Wellenlängenteilbereich innerhalb des gesamten Spektralbereichs um weniger als 30 %, vorzugsweise weniger als 20 % oder weniger als 10 % von dem standardisierten Sonnenspektrum unterscheiden. Dementsprechend kann die spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit dann unter Beleuchtungsbedingungen bestimmt werden, wie sie den im realen Einsatz herrschenden Bedingungen entsprechen. In einer alternativen zweiten Variante des zweiten Betriebsmodus kann die Beleuchtungsquelle von der Steuerung zur Lichtemission mit einer im Vergleich zum standardisierten Sonnenspektrum stark reduzierten Intensität angesteuert werden. Beispielsweise kann die emittierte Lichtintensität weniger als 30 %, weniger als 20 %, weniger als 10 % oder sogar weniger als 5 % von derjenigen des standardisierten Sonnenspektrums ausmachen. Aufgrund der reduzierten eingestrahlten Lichtintensität kann beispielsweise eine übermäßige Erwärmung der Photovoltaikeinheit während der Messung der Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit vermieden werden. Hierdurch können insbesondere Effekte wie eine Verfälschung der Messungen aufgrund von sich ändernden Temperaturen der Photovoltaikeinheit verhindert oder zumindest verringert werden. Eine relative Spektralverteilung des während des zweiten Betriebsmodus emittierten Lichts kann dabei innerhalb eines Toleranzbereichs von beispielsweise weniger als 20 %, weniger als 10 % oder weniger als 5 % gleich sein wie bei dem standardisierten Sonnenspektrum. D.h., die während des zweiten Betriebsmodus emittierten Spektralverteilungen können innerhalb des Toleranzbereichs als herunterskaliertes Sonnenspektrum angesehen werden. Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 28 von 46 Ausführungsformen des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung können dahingehend ausgestaltet sein, dass eine Messvorrichtung in Form eines Sonnensimulators neben ihrer ursprünglichen Funktion in einem ersten Betriebsmodus zur Bestimmung eines spannungsabhängigen Stromverhaltens einer Photovoltaikeinheit bei Beleuchtung mit einem standardisierten Sonnenspektrum ergänzend in einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden kann. In dem zweiten Betriebsmodus kann dabei mit den Komponenten des Sonnensimulators unter Zuhilfenahme einer geschickt angepassten Prozessführung und geeignet ausgestalteten Signal- und Datenverarbeitungsvorschriften die spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit der Photovoltaikeinheit ermittelt werden, ohne dass hierfür ein separater Messplatz vorgesehen werden bräuchte. Das Verfahren ist hierbei dazu ausgelegt, die hierin vorangehend und nachfolgend beschriebenen Eigenschaften von Ausführungsformen der Messvorrichtung zur Implementierung des zweiten Betriebsmodus zu realisieren. Dementsprechend können die hierin vorangehend und nachfolgend beschriebenen Merkmale von Ausführungsformen der Messvorrichtung analog auf das Verfahren übertragen werden. Das Verfahren kann insbesondere mithilfe einer programmierbaren Messvorrichtung implementiert werden. Dabei kann insbesondere die Steuerung und/oder die Auswerteeinrichtung der Messvorrichtung programmierbar sein. Die Messvorrichtung kann hierbei über einen oder mehrere Prozessoren sowie einen oder mehrere Datenspeicher verfügen. In dem Datenspeicher kann ein Computerprogrammprodukt gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung gespeichert sein. Die maschinenlesbaren Anweisungen des Computerprogrammprodukts können dabei in jeder beliebigen Computersprache formuliert sein und den Prozessor dazu anleiten, Ausführungsformen des hierin beschriebenen Verfahrens auszuführen oder zu steuern. Das Computerprogrammprodukt kann als Software eine Hardware einer Messvorrichtung wie zum Beispiel eines Sonnensimulators dazu in die Lage versetzen, ergänzend zu seiner ursprünglichen Funktionalität der Messung von IV-Kurven unter Standard-Sonnen- Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 29 von 46 Beleuchtung auch eine Funktionalität des Bestimmens der spektralen Bestrahlungs- stärkeempfindlichkeit zu implementieren. Das Computerprogrammprodukt kann in einem beliebigen computerlesbaren Medium gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung gespeichert sein. Das computerlesbare Medium kann Daten, die das Computerprogrammprodukt wiedergeben, in beliebiger physikalischer Weise speichern, beispielsweise magnetisch, optisch, elektrostatisch, etc. Beispielsweise kann das computerlesbare Medium ein portabler Datenspeicher wie z.B. eine CD, DVD, Flashspeicher, RAM-Speicher, ROM-Speicher, PROM-Speicher, EPROM- Speicher, etc. sein. Alternativ kann das computerlesbare Medium ein in einem separaten Computer, Server oder einer Datenwolke (Cloud) aufgenommener Datenspeicher sein, aus dem das Computerprogrammprodukt beispielsweise über ein Netzwerk, insbesondere das Internet, heruntergeladen werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Vorteile und Ausgestaltungen von Ausführungsformen der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Messvorrichtung und teilweise mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die beschriebenen Merkmale in geeigneter Weise übertragen, angepasst, ausgetauscht oder modifiziert werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind. Fig. 1 zeigt eine Messvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 30 von 46 Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Spektralverteilung. Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Merkmale. BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 1. die Messvorrichtung 1 ist dazu konfiguriert, für eine Photovoltaikeinheit 3 sowohl eine spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SR(λ) als auch ein spannungsabhängiges Stromverhalten I(U) bei Bestrahlung mit einem standardisierten Sonnenspektrum bestimmen zu können. Die Messvorrichtung 1 umfasst hierzu eine Beleuchtungsquelle 5. Im dargestellten Beispiel verfügt die Beleuchtungsquelle 5 über eine Mehrzahl von Lichtquellen 21 in Form von LEDs 23. Dabei unterscheiden sich zumindest einige der LEDs 23 hinsichtlich ihres Emissionsspektrums 25 (siehe Fig. 2). Die Beleuchtungsquelle 5 ist daher dazu in der Lage, wahlweise Licht 13 mit variierbaren Spektralverteilungen 15 zu emittieren. Außerdem ist die Beleuchtungsquelle 5 dazu ausgelegt, Licht 13 wie bei einem herkömmlichen Sonnensimulator mit einer Intensität und einer Spektralverteilung, welche einem standardisierten Sonnenspektrum entsprechen, zu emittieren. Die Messvorrichtung 1 verfügt ferner über eine Kontaktierungseinrichtung 7, mithilfe derer die Photovoltaikeinheit 3 elektrisch kontaktiert werden kann. Hierzu verfügt die Kontaktierungseinrichtung 7 beispielsweise über zwei oder mehr reversibel anbringbare Kontakte 31, mit denen Kontaktstrukturen wie beispielsweise Busbars oder Finger an der Photovoltaikeinheit 3 kontaktiert werden können. Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 31 von 46 Weiterhin umfasst die Messvorrichtung 1 eine Steuerung 9 sowie eine Auswerteeinrichtung 11. Die Steuerung 9 ist mit der Beleuchtungsquelle 5 verbunden und dazu ausgelegt, die Beleuchtungsquelle 5 und insbesondere deren verschiedene Lichtquellen 21 individuell derart anzusteuern, dass Licht 13 entweder, in einem ersten Betriebsmodus, näherungsweise mit dem standardisierten Sonnenspektrum emittiert wird oder, in einem zweiten Betriebsmodus, Licht 13 sukzessive mit einer Vielzahl verschiedener Spektralverteilungen 15 zu emittiert wird. In Fig. 2 ist hierbei eine beispielhafte Spektralverteilung 15 dargestellt, die sich durch eine Überlagerung mehrerer verschiedener Emissionsspektren 25 der unterschiedlichen Lichtquellen 21 der Beleuchtungsquelle 5 ergibt. Ein Spektralbereich der gesamten Spektralverteilung 15 erstreckt sich dabei beispielhaft von ca.340 nm bis ca. 1180 nm, wobei der erreichbare Spektralbereich insbesondere von den zur Verfügung stehenden Lichtquellen 21 und deren Emissionsspektren abhängt. Die Auswerteeinrichtung 11 ist mit der Kontaktierungseinrichtung 7 verbunden und kann über diese den in der Photovoltaikeinheit 3 fließenden bzw. generierten PV-Strom Imeas abgreifen und messen. Die Auswerteeinrichtung 11 verfügt hierzu unter anderem über einen Prozessor 29. In dem ersten Betriebsmodus kann die Auswerteeinrichtung 11 dabei mithilfe des gemessenen Stroms das spannungsabhängige Stromverhalten I(U) der Photovoltaikeinheit 3 unter Einwirken des standardisierten Sonnenspektrums bestimmen. In dem zweiten Betriebsmodus kann die Auswerteeinrichtung 11 alternativ hierzu die verschiedenen PV-Ströme Imeas,n , wie sie bei Beleuchtung der Photovoltaikeinheit 3 mit jeder der N verschiedenen Spektralverteilungen 15 in der Photovoltaikeinheit 3 erzeugt werden, messen. Eine spektrale Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) kann hierbei für jede der Spektralverteilung 15 vorbekannt sein, beispielsweise indem sie mithilfe eines Spektrometers vorzugsweise in Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 32 von 46 Form eines kalibrierten Spektralradiometers 19 gemessen wird. Das Spektralradiometer 19 kann hierzu vorzugsweise benachbart zu der Position, an der die Photovoltaikeinheit 3 an der Kontaktierungseinrichtung 7 gehalten wird und/oder in einer gleichen Ebene hiermit angeordnet sein, sodass das Spektralradiometer 19 im Wesentlichen das gleiche Licht 13 empfängt wie die Photovoltaikeinheit 3. Alternativ kann das Spektralradiometer 19 an einer entfernten Position angeordnet sein und auf die Photovoltaikeinheit 3 gerichtetes Licht anteilig beispielsweise mittels eines Strahlteilers (nicht dargestellt) ausgekoppelt und auf das Spektralradiometer 19 gelenkt werden. Nachfolgend werden Details einer möglichen Ausgestaltung der hierin beschriebenen Messvorrichtung sowie des damit ausführbaren Verfahrens der multi-spektralen Bestimmung der spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit mit Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben. Zur Anwendung der multi-spektralen Bestimmungsmethode der spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit ^^(^) eines Testobjekts (Solarzelle oder Solarmoduls) werden zumindest drei Komponenten benötigt: - Eine spektral justierbare Lichtquelle einer Beleuchtungsquelle. Diese kann beispielsweise durch LEDs mit verschiedenen Farben realisiert werden. Denkbar sind auch Laser, Lampen mit breitbandigem Spektrum in Kombination mit Filtern, Spiegeln und ähnlichen optischen Komponenten oder Lichtquellen deren Spektralverteilung sich verändern lässt. - Ein Spektrometer bzw. Spektralradiometer zur Messung der spektralen Bestrahlungsstärke in der Ebene des Testobjekts. Alternativ zum Spektrometer bzw. Spektralradiometer kann die spektrale Bestrahlungsstärke in der Ebene des Testobjekts auch aus anderen Messdaten oder Simulationen berechnet/bestimmt werden. - Eine Strom-Messmöglichkeit des zu untersuchenden Testobjekts. Diese besteht üblicherweise aus einer Kontaktiereinheit und einer Stromsenke. Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 33 von 46 Zur Durchführung der Methode wird die spektral justierbare Lichtquelle so konfiguriert, dass ^ verschiedene Spektren erzeugt werden. Für jede Konfiguration der Lichtquelle wird (a) das Spektrum bestimmt sowie (b) die Stromantwort ^meas,n des Testobjekts (beispielsweise der Kurzschlussstrom ISC oder der Strom IMPP am Punkt maximaler Leistung) gemessen. Hierbei gilt n = 1… ^. Das Spektrum und die Stromantwort ^meas,n können sowohl gleichzeitig als auch sequentiell aufgenommen werden. Es ist auch möglich, erst alle Spektren zu messen (bzw. zu bestimmen/berechnen) und zu einem anderen Zeitpunkt den Strombeitrag des Testobjekts, vorausgesetzt die spektrale Bestrahlungsstärke in der Ebene des Testobjekts ist zeitlich ausreichend stabil. Der Zusammenhang zwischen Stromantwort des Testobjekts, spektraler Bestrahlungsstärke und SR des Testobjekts ist über die Formel gegeben, welche für jedes der ^ Spektren und Stromantworten gilt (n = 1… ^). Zur Lösung dieser Gleichung wird das Integral durch eine Summe dargestellt, Diese Gleichung lässt sich unter Annahme einer im jeweiligen Intervall [^k, ^k+1] konstanten spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit zu ^^^^^,^ ≈ ^^^ ^^,^ + ^^^ ^^,^ + ⋯ + ^^^ ^^,^ Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 34 von 46 vereinfachen. P1,n, P2,n, … , P^,n entsprechen dabei den Bestrahlungsstärken in jedem Wellenlängenintervall k, mit ^ = 1 … ^. Es ergibt sich ein Gleichungssystem mit ^ Gleichungen und ^ Unbekannten ^^1 bis ^^K. In Matritzenschreibweise kann dieses Gleichungssystem mittels dargestellt werden. Gelöst werden kann dieses Gleichungssystem mit bekannten numerischen und/oder analytischen Verfahren (Regressionsverfahren, inversen Matrizen, …). Als Ergebnis folgen die Werte ^^1 bis ^^K. Zu jedem dieser Werte wird ein Wellenlängenwert innerhalb des Intervalls [^k, ^k+1] zugeordnet, typischerweise der Mittelwert. Beispielsweise wird dem Wert SR1 die Wellenlänge (^1+^2)/2 zugeordnet. Als Ergebnis folgt die SR-Kurve des Testobjekts. Wie oben beschrieben gibt es diverse Anwendungsfälle für die Auswertung und Nutzung der SR-Kurven, unter anderem die Bestimmung des Faktors ^^ der spektralen Fehlanpassung. Als Alternative zur Anwendung des MM-Faktors (und damit der Verwendung einer Referenzsolarzelle) kann der Kurzschlussstrom ^sc direkt aus der SR- Kurve mittels Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 35 von 46 bestimmt werden. Hierbei ist ^^,ref(^) das tabellierte Ziel-Referenzsonnenspektrum, beispielsweise das AM1.5G-Spektrum. Es wird darauf hingewiesen, dass für die Anwendung der multi-spektralen Bestimmungsmethode zur Bestimmung einer relativen spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit (hinreichend für die Bestimmung des Faktors der spektralen Fehlanpassung, aber nicht für die Bestimmung eines Kurzschlussstroms) prinzipiell die Kenntnis der relativen spektralen Bestrahlungsstärke Eλ,rel(^) ausreichend ist. Diese relative spektrale Bestrahlungsstärke hängt mit der absoluten spektralen Bestrahlungsstärke ^^(^) über einen konstanten Skalierungsfaktor ^ zusammen, ^^(^) = ^ ⋅ ^^,^^^(^). Ist nur die relative spektrale Bestrahlungsstärke bekannt, liefert die Anwendung des Verfahrens die relative spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit ^^rel(^) des Testobjekts. Diese wiederum hängt mit der absoluten spektralen Bestrahlungsstärke- empfindlichkeit ^^(^) und dem konstanten Skalierungsfaktor ^ über ^^(^) = ^ ⋅ ^^^^^(^) zusammen. Mit Kenntnis der absoluten spektralen Bestrahlungsstärke ^^(^) ergibt sich direkt die absolute spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit ^^(^) und über die oben genannte Gleichung der Kurzschlussstrom ^sc unter Standard-Test-Bedingungen. Nachfolgend werden beispielhafte Versuche zur Implementierung des hierin beschriebenen Ansatzes erläutert. Ein erster Versuch der Methodik wurde an einem IVmj-Messystem mit einem LED- Lampensystem (Wavelabs SinusGUI 360 Plus) durchgeführt. Dieses Lampensystem Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 36 von 46 besteht aus 27 LEDs verschiedener Wellenlängen, welche jeweils separat gesteuert werden können. Als Testobjekt diente eine WPVS Referenzsolarzelle (aktive Zellfläche 4 cm²). Das Spektrometer und die Solarzelle wurden von dem Lampensystem mit ^ = 108 verschiedenen Spektren bestrahlt. Diese 108 Spektren basieren auf Kanaleinstellungen für eine Approximation eines AM1.5G-Spektrums mit Klassifizierung A++. Für jedes Spektrum wird eine Kanalaussteuerung zweier Kanäle (Kanalabstand 10, also beispielsweise Kanal 1 und 11) mit einem Faktor 0, 1 oder 2 multipliziert (hier gewählte Kombinationen: 0-0, 0-1, 2-0 und 2-1). Zuerst wurden die 108 Spektren mit einem Spektralradiometer gemessen und im zweiten Schritt wurden 108 Kurzschlussströme gemessen. Zur Analyse der Messdaten wird der Wellenlängenbereich von 340 nm bis 1180 nm in ^ = 27 äquidistante Teilintervalle aufgeteilt (Intervallbreite von 31.1 nm) und die Bestrahlungsstärken Pk,n für jedes Wellenlängenintervall k berechnet. Es resultiert eine Matrix ^ der Dimension 108x27 (108 Zeilen, 27 Spalten). Zusammen mit den gemessenen Strömen ^meas,n (Vektor mit 108 Einträgen) ergibt sich ein Gleichungssystem von 108 Gleichungen und 27 Unbekannten. Dieses Gleichungssystem wird mit einem „Least-Square“ Regressionsverfahren gelöst. Das Ergebnis des Regressionsverfahrens ergibt eine SR-Kurve ähnlich der in Fig. 3 gezeigten. Hervorzuheben ist, dass die resultierende SR-Kurve der multi-spektralen Bestimmungsmethode nicht notwendigerweise eine Skalierung benötigt, da mit dem Spektralradiometer direkt die absolute spektrale Bestrahlungsstärke ^^(^) bestimmt wurde. Die dafür erforderlichen Kalibrierverfahren für Spektralradiometer sind an verschiedenen Kalibrierinstitutionen verfügbar, unter anderem an dem von der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung betriebenen ISFH CalTeC. Im Gegensatz Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 37 von 46 zu der hier beschriebenen Methode erfordert das SR-Standardverfahren bei klassischen DSR/SR-Messplätzen im Allgemeinen vor allem für große Solarzellen regelmäßig eine zusätzliche nachträgliche Skalierung der Daten. Es ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 38 von 46 BEZUGSZEICHENLISTE 1 Messvorrichtung 3 Photovoltaikeinheit 5 Beleuchtungsquelle 7 Kontaktierungseinrichtung 9 Steuerung 11 Auswerteeinrichtung 13 Licht 15 Spektralverteilung 17 spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit 19 Spektralradiometer 21 Lichtquellen 23 LED 25 Emissionsspektrum 27 Wellenlängeninterval 29 Prozessor 31 reversibel anbringbarer Kontakt

Claims

Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 39 von 46 Ansprüche: 1. Messvorrichtung (1) zum Bestimmen einer spektralen Bestrahlungsstärke- empfindlichkeit SR(λ) (17) und eines spannungsabhängigen Stromverhaltens I(U) unter Standard-Sonne-Bedingungen einer Photovoltaikeinheit (3), wobei die Messvorrichtung (1) aufweist: - eine Beleuchtungsquelle (5), - eine Kontaktierungseinrichtung (7), - eine Steuerung (9), und - eine Auswerteeinrichtung (11), wobei die Beleuchtungsquelle (5) dazu konfiguriert ist, wahlweise Licht (13) mit variierbaren Spektralverteilungen (15) oder mit einer Intensität und Spektralverteilung, welche einem standardisierten Sonnenspektrum entsprechen, zu emittieren, wobei die Kontaktierungseinrichtung (7) dazu konfiguriert ist, die Photovoltaikeinheit (3) elektrisch zu kontaktieren, wobei die Steuerung (9) und die Auswerteeinrichtung (11) wahlweise in einem ersten oder einem zweiten Betriebsmodus betreibbar sind, wobei die Steuerung (9) dazu konfiguriert ist, - in dem ersten Betriebsmodus die Beleuchtungsquelle (5) zur Emission von Licht (13) mit einer dem standardisierten Sonnenspektrum entsprechenden Intensität und Spektralverteilung anzusteuern, und - in dem zweiten Betriebsmodus die Beleuchtungsquelle (5) zur sukzessiven Emission von Licht (13) mit einer Vielzahl N verschiedener Spektralverteilungen (15) anzusteuern, und wobei die Auswerteeinrichtung (11) dazu konfiguriert ist, über die Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 40 von 46 Kontaktierungseinrichtung (7) eine elektrische Spannung U an die Photovoltaikeinheit (3) anzulegen und abhängig von der angelegten Spannung einen durch die Photovoltaikeinheit fließenden Strom Imeas zu messen und dabei - in dem ersten Betriebsmodus aus dem gemessenen Strom Imeas das spannungsabhängige Stromverhalten I(U) der Photovoltaikeinheit (3) unter Einwirkung des standardisierten Sonnenspektrums zu bestimmen, und - in dem zweiten Betriebsmodus aus mehreren bei Beleuchtung mit den N verschiedenen Spektralverteilungen (15) jeweils gemessenen Strömen Imeas,n (n = 1…N) und unter Berücksichtigung einer für jede der N Spektralverteilungen (15) vorbekannten spektralen Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) (n = 1…N) die spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SR(λ) (17) der Photovoltaikeinheit (3) zu bestimmen. 2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die spektrale Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) für jede der Spektralverteilungen (15) durch Messung mittels eines Spektrometers, vorzugsweise eines Spektralradiometers (19), vorbekannt ist. 3. Messvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Messvorrichtung ferner ein integriertes Spektrometer bzw. Spektralradiometer (19) aufweist, um die spektrale Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) für jede der innerhalb der Messvorrichtung emittierten Spektralverteilungen aktuell messen zu können. 4. Messvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Spektrometer bzw. Spektralradiometer (19) derart konfiguriert und angeordnet ist, dass es Licht von einer Position benachbart zu und/oder in einer Ebene mit der in der Kontaktierungseinrichtung (7) zu kontaktierenden Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 41 von 46 Photovoltaikeinheit (3) empfängt. 5. Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungsquelle (5) eine Mehrzahl M von Lichtquellen (21) aufweist, welche unabhängig voneinander von der Steuerung (9) zur Emission von für verschiedene der Lichtquellen (21) unterschiedlichen Emissionsspektren (25) und/oder unterschiedlichen Emissionsintensitäten ansteuerbar sind. 6. Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungsquelle (5) eine Mehrzahl M von durch die Steuerung (9) unabhängig voneinander ansteuerbaren Lichtquellen (21) in Form von LEDs (23) mit unterschiedlichen Emissionsspektren (25) aufweist. 7. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, wobei die Vielzahl N verschiedener Spektralverteilungen (15) größer ist als die Mehrzahl M von Lichtquellen (21). 8. Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (9) und die Beleuchtungsquelle (5) dazu konfiguriert sind, die Beleuchtungsquelle (5) in dem zweiten Betriebsmodus derart zur sukzessiven Emission von Licht (13) anzusteuern, dass jede der Vielzahl verschiedener Spektralverteilungen (15) bei jeder Wellenlänge innerhalb eines Emissionsbandes von wenigstens 400 nm bis 1100 nm eine von Null verschiedene Emissionsleistung aufweist. 9. Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (9) und die Auswerteeinrichtung (11) dazu konfiguriert sind, in dem zweiten Betriebsmodus die Beleuchtungsquelle (5) dazu anzusteuern, Licht Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 42 von 46 (13) sukzessive mit wenigstens zehn verschiedenen Spektralverteilungen (15) zu emittieren und für jede der Spektralverteilungen (15) den dabei durch die Photovoltaikeinheit (3) fließenden Strom Imeas,n zu messen. 10. Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinrichtung (11) dazu konfiguriert ist, zum Bestimmen der spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SR(λ) (17) der Photovoltaikeinheit (3) ein Gleichungssystem zu erstellen und zu lösen, wobei - ein gesamter Wellenlängenbereich, innerhalb dessen die spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SR(λ) (17) zu bestimmen ist, in eine Mehrzahl von K Wellenlängenintervallen (27) [λk , λk+1] mit (k = 1…K) aufgeteilt wird, - für jede der N verschiedenen Spektralverteilungen (15) und jedes der K Wellenlängenintervalle (27) eine auf das jeweilige Wellenlängenintervall (27) bezogene Bestrahlungsstärke Pk,n durch Aufintegration der spektralen Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) über das jeweilige Wellenlängenintervall (27) bestimmt wird, und - eine anteilige spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SRk bezogen auf jedes der K Wellenlängenintervalle (27) durch Lösen des folgenden Gleichungssystems näherungsweise bestimmt wird: 11. Messvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die anteilige spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SRk für jedes der K Wellenlängenintervalle (27) als innerhalb des Wellenlängenintervalls (27) konstant angenommen wird. Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 43 von 46 12. Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die spektrale Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SR(λ) (17) unter Berücksichtigung einer für jede der N Spektralverteilungen (15) vorbekannten relativen spektralen Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) oder unter Berücksichtigung einer für jede der N Spektralverteilungen vorbekannten absoluten spektralen Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) bestimmt wird. 13. Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (9) dazu konfiguriert ist, die Beleuchtungsquelle (5) in dem zweiten Betriebsmodus zur Emission von Licht (13) mit einer Intensität von zwischen 60 % und 140 %, vorzugsweise zwischen 80% und 120 %, des standardisierten Sonnenspektrums oder mit einer Intensität von weniger als 30% des standardisierten Sonnenspektrums anzusteuern. 14. Verfahren zum Bestimmen einer spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SR(λ) (17) einer Photovoltaikeinheit (3) mittels einer Messvorrichtung (1) zum Bestimmen eines spannungsabhängigen Stromverhaltens I(U) der Photovoltaikeinheit (3) unter Standard-Sonne-Bedingungen, wobei die Messvorrichtung aufweist: - eine Beleuchtungsquelle (5), - eine Kontaktierungseinrichtung (7), - eine Steuerung (9), und - eine Auswerteeinrichtung (11), wobei die Beleuchtungsquelle (5) dazu konfiguriert ist, wahlweise Licht (13) mit variierbaren Spektralverteilungen (15) oder mit einer Intensität und Spektralverteilung, welche einem standardisierten Sonnenspektrum entsprechen, zu emittieren, wobei die Kontaktierungseinrichtung (7) dazu konfiguriert ist, die Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 44 von 46 Photovoltaikeinheit (3) elektrisch zu kontaktieren, wobei die Steuerung (9) dazu konfiguriert ist, die Beleuchtungsquelle (5) in dem ersten Betriebsmodus zur Emission von Licht (13) mit einer dem standardisierten Sonnenspektrum entsprechenden Intensität und Spektralverteilung anzusteuern, wobei die Auswerteeinrichtung (11) dazu konfiguriert ist, über die Kontaktierungseinrichtung (7) eine elektrische Spannung U an die Photovoltaikeinheit (3) anzulegen und abhängig von der angelegten Spannung U einen durch die Photovoltaikeinheit (3) fließenden Strom Imeas zu messen und dabei in dem ersten Betriebsmodus aus dem gemessenen Strom Imeas das spannungsabhängige Stromverhalten I(U) der Photovoltaikeinheit (3) unter Einwirkung des standardisierten Sonnenspektrums zu bestimmen, wobei das Verfahren umfasst: - Ansteuern der Beleuchtungsquelle (5) mittels der Steuerung (9) in einem zweiten Betriebsmodus zur sukzessiven Emission von Licht (13) mit einer Vielzahl N verschiedener Spektralverteilungen (15), - Messen, mittels der Auswerteeinrichtung (11), in dem zweiten Betriebsmodus von bei Beleuchtung mit den N verschiedenen Spektralverteilungen (15) jeweils durch die Photovoltaikeinheit (3) fließenden Strömen Imeas,n (n = 1…N), und - Bestimmen der spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit SR(λ) (17) der Photovoltaikeinheit (3) unter Berücksichtigung einer für jede der Spektralverteilungen (15) vorbekannten spektralen Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) (n = 1…N). 15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die spektrale Bestrahlungsstärke Eλ,n(λ) für jede der Spektralverteilungen (15) durch Messung mittels eines Spektrometers oder eines Spektralradiometers (19) vorbekannt ist. Institut für Solarenergieforschung (ISFH) Multispektral-Methode zum Bestimmen von spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit und Stromverhalten von Solarzellen/-modulen Seite 45 von 46 16. Computerprogrammprodukt, aufweisend maschinenlesbare Anweisungen, welche bei Ausführung durch einen Prozessor (29) einer Messvorrichtung (1) zum Bestimmen eines Stromverhaltens unter Standard-Sonne-Bedingungen einer Photovoltaikeinheit (3) die Messvorrichtung (1) dazu anleiten, das Verfahren gemäß Anspruch 14 auszuführen oder zu steuern. 17. Computerlesbares Medium aufweisend darauf gespeicherte maschinenlesbare Anweisungen eines Computerprogrammprodukts gemäß Anspruch 16.
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