WO2012038059A2 - Konditionierung einer solarzelle - Google Patents

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WO2012038059A2
WO2012038059A2 PCT/EP2011/004695 EP2011004695W WO2012038059A2 WO 2012038059 A2 WO2012038059 A2 WO 2012038059A2 EP 2011004695 W EP2011004695 W EP 2011004695W WO 2012038059 A2 WO2012038059 A2 WO 2012038059A2
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voltage
solar
conditioning
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Bernhard Dimmler
Raymund Schäffler
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Würth Solar Gmbh & Co. Kg
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
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    • H01L31/02019—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02021—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a method for conditioning a solar cell, a
  • Solar cell and a solar cell or a solar module with at least one solar cell.
  • Thin-film solar cells for example based on copper-indium- (gallium) -sulfur (CIGS), have a high potential for terrestrial photovoltaics due to their high efficiencies and industrially applicable manufacturing processes.
  • CIGS solar cells are known, for example, from DE 102 59 258 A1.
  • CIGS solar cells and other thin-film solar cells are known to allow the solar cells to assume a performance-enhanced state or a degraded state due to external influences.
  • the solar cells go, for example, by storage in the dark, especially at room temperature (293K or 20 ° C) increased storage temperature or by applying a voltage in the reverse direction. This happens, for example, in the absence of light, such as at night, or when performing standard test cycles, as known from IEC 61646 and EN 61646, respectively. Also unfavorable electrical wiring as in the case of
  • the physical or chemical causes of the two states lie in the displacement of electrical charges in the solar cell or are associated with the passivation or activation of defects, which have a direct influence on the power-determining properties of solar cells.
  • the characteristics and the respective time constants also depend on the production conditions and the structure of the solar cell.
  • the relevant time constants for the transition to the performance-improved state are in the range of minutes to hours. That if such solar cells have gone into the low-power state overnight in field operation, it may take up to several hours after sunrise until the solar cells are again in the performance-improved state. This means a regular loss of income. This is particularly disadvantageous in island solutions without alternative energy source.
  • the core idea of the invention is that once the A voltage generated by a solar cell under illumination falls below a certain limit value or a time required for the solar cell to assume the power-improved state, before the expected illumination, to apply a suitable voltage as a conditioning voltage at the limit value in the direction of flow to the solar cell.
  • the solar cell can be conditioned specifically, ie the solar cell can be maintained even under poor lighting in the performance-improved state or the solar cell can be planned for the expected time of irradiation with light, for example, before dawn, safely placed in the performance-improved state, ie
  • the method according to the invention for conditioning at least one solar cell has the following steps: monitoring a voltage generated by the at least one solar cell itself, and applying an external voltage in the direction of flow to the at least one solar cell when a limit value of the generated voltage falls below the limit value.
  • the conditioning can advantageously be selective. If the current one
  • Irradiation situation of the solar cell for example, due to shading by clouds or due to incipient sunset or the like leads to the fact that the solar cell passes into the power-reduced state, this can be prevented by the inventive measure.
  • Irradiation situation can with a twilight sensor, e.g. in the form of a photocell. Since it is also known or can be determined for a specific solar cell from which exposure limit value a transition of the solar cell into the reduced-power state begins, the monitoring of the voltage generated by the solar cell itself to the actual or current
  • the residual light can be used optimally in the evening at sunset with the solar cell conditioned according to the invention, which is kept in an improved state of performance.
  • a planned conditioning can also take place as a function of predetermined times or periods. If a solar cell has gone overnight due to the darkness in the reduced-line state, the solar cell can be put in good time before sunrise by the measure according to the invention in the performance-improved state, ie the solar cell to be conditioned. Since the sunrise and sunset times are usually known for the respective location, the conditioning according to the invention can be time-controlled with the aid of a comparison of the current time with these known times or periods. Ideally, the conditioning is started about the required conditioning period for the respective solar cell before sunrise, so that the solar cell then at
  • the steps of the method according to the invention can be supplemented as needed, only in relation to the current irradiation intensity or alone time-controlled or with a combination of both supplementary steps.
  • the control device according to the invention for conditioning at least one solar cell has at least one monitoring device and one
  • the monitoring device serves to monitor a voltage generated by the at least one solar cell itself.
  • the voltage supply device can be coupled to the monitoring device and is set up to apply an external voltage when the temperature falls below a certain limit value of the voltage generated in the flow direction to the at least one solar cell at the level of the limit value.
  • the power supply is integrated in a solar module with at least one solar cell.
  • the voltage supply device can be particularly advantageously an (energy) memory integrated in the solar module, preferably a capacitor. Since only a voltage in the direction of flow but no appreciable current for the measure according to the invention is necessary, the necessary size of the capacitance of the capacitor required is not a problem.
  • a charging device can further be provided, by means of which the memory ideally in lighting the Solar module can be charged with electricity generated by the solar module itself.
  • the power supply device could also be integrated into this inverter as a DC voltage source in solar systems that are connected to a supply network via a known inverter.
  • This can be the needed external voltage for the at least one solar cell or for a solar cell module if necessary be generated from a voltage of the supply network.
  • This version is particularly suitable for larger solar systems such as roof or field installations to condition the solar cells in good time before sunrise, ie to condition in the performance-improved state.
  • Voltage supply means also be a DC voltage source, which is integrated in a charge controller for connected to the solar cells batteries.
  • Control device further with a, preferably in the control device
  • the control device can be activated when falling below a predetermined threshold for the intensity of the light incident on the solar cell.
  • a predetermined threshold for the intensity of the light incident on the solar cell.
  • an illumination intensity is suitable in which it is known that the voltage generated by the solar cell itself approaches the limit value or
  • Approximate limit corresponds.
  • the activity of the control device can be limited to those situations in which there is basically the possibility that the solar cell goes into the reduced power state.
  • control device can be further coupled to a, preferably integrated in the control device, timer, by means of which the control device is activated in predetermined periods.
  • timer preferably integrated in the control device
  • This measure is particularly well suited to condition solar cells in good time before sunrise and to put them in the performance-improved state. Since the daylight times are known for each location, the predetermined periods of time can be set correspondingly for the current location of the solar cell at respectively known sunrise and sunset times.
  • Activation of the controller is ideally done by a required
  • Conditioning period corresponds at least to the initially described time constant for the solar cell, which can be determined experimentally.
  • the yield loss that occurs when the cell is brought in the morning from the power-reduced to the power-improved state by light irradiation with the above-mentioned time constant can be advantageously eliminated.
  • the control device can in principle be realized as an electrical circuit, but also as a corresponding control program in a programmable
  • Microcontrollers are implemented.
  • the microcontroller is then essentially configured to carry out the control program described above, i.
  • Control method could be a programmable logic device, eg. As a PLD (Programmable Logic Device), or a FPGA (Field Programmable Gated Array), are used.
  • a programmable logic device eg. As a PLD (Programmable Logic Device), or a FPGA (Field Programmable Gated Array), are used.
  • Logic blocks possible. Unlike when programming a microcontroller as As an example of a computer implementation, the term program refers only secondarily to the specification of temporal sequences in the block, but above all to the definition of its functional structure. The programming of structural rules defines the basic functionality of individual universal blocks in the logic block and their interconnection, ie
  • An inventive solar system has at least one solar module with at least one solar cell, wherein the solar module is coupled to a control device according to the invention for conditioning the solar cell.
  • Control device can also be integrated into the solar module.
  • the invention is particularly suitable for CIGS or CdTe thin-film solar cells and solar modules for feeding in the grid, for solar stand-alone systems and for photovoltaically operated small appliances.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a solar cell
  • FIG. 2 is a block diagram of a solar module
  • 3 is a block diagram of the basic principle of the invention
  • FIG. 4 shows a block diagram of a solar module with integrated voltage source for providing the conditioning voltage according to the invention
  • FIG. 5 is a block diagram of a solar module which is connected to an inverter, in which a voltage source for providing the conditioning voltage according to the invention is integrated, and
  • Fig. 6 is a block diagram of a solar module, which is connected to a charge controller, in which a voltage source for providing the inventive
  • Conditioning voltage is integrated.
  • FIG. 1 schematically shows a solar cell 10 with the so-called one-diode equivalent circuit diagram for the solar cell 10.
  • the circuit diagram consists of a current source S, which is connected in parallel to an ideal diode D.
  • the current source supplies a current which depends on the irradiance of the solar cell 10 with light and represents the photocurrent Iph generated in the solar cell 10.
  • the total current Isc of the solar cell 10 consists of the diode current Id and the photocurrent Iph.
  • Equivalent circuit diagram further illustrates real solar cell 10 factors arising from the fabrication.
  • the parallel resistor Rp symbolizes crystal defects, non-ideal doping distributions and other material defects that cause leakage currents that span the pn junction of the solar cell 10 at certain points. With good solar cells, this resistance is relatively large.
  • the series resistor Rs combines all the effects that cause a higher total resistance of the solar cell 10. These are essentially the resistance of the
  • a solar cell 10 should preferably be understood to be a thin-film solar cell, particularly preferably a thin-film solar cell based on copper-indium (gallium) sulfur or copper-indium (gallium) -elen or cadmium telluride (CIGS solar cells or solar cells) CdTe solar cells).
  • CIGS solar cells or solar cells copper-indium (gallium) -elen or cadmium telluride
  • FIG. 2 illustrates a solar module 200 with a plurality of solar cells 10 according to FIG. 1.
  • the basic structure of such solar modules is likewise assumed to be known to the person skilled in the art.
  • the individual solar cells 10 of a solar module 200 can be connected in parallel to increase the output current of the solar module 200 or be connected in series to increase the output voltage.
  • FIG 3 shows an arrangement of a solar cell 10, which is connected to a control circuit 100 for conditioning the solar cell 10 according to the present invention.
  • the control circuit 100 has at least one monitoring device 110 for monitoring a voltage USC generated by the solar cell 10 itself and a voltage supply device 120.
  • the voltage supply device 120 is coupled to the monitoring device 110. As soon as the control device detects by means of the monitoring device 110 that the generated voltage USC of the solar cell 10 falls below a limit value UTr, the control device 100 activates the
  • an external voltage Uext equal to the limit value UTr in the flow direction is applied to the solar cell 10.
  • the external voltage as the conditioning voltage for the thin-film solar cells mentioned here is in a range from 0.35 to 0.45 V, particularly good
  • Results provide a voltage of 0.4 V per solar cell.
  • control device 100 may include the monitoring device 110 for monitoring the voltage USC generated by the solar cell 10 itself and the voltage supply device 120. But it is also possible that the power supply device 120 to the control device 100 is separate, as still in connection with other implementation examples of the invention in
  • Fig. 3 of the voltage supply device 120 containing area is enclosed by dashed lines.
  • control device 100 can be further coupled to a separate twilight switch 140, which can also be integrated in the control device 100 or in the solar cell 10.
  • the twilight switch 140 serves to activate the control device 100 when it falls below a predetermined threshold value for the intensity of the light incident on the solar cell 10.
  • the control device 100 may be further coupled to a separate timer 150, which may also be integrated in the control device 100. With the timer, the controller 100 may be activated at predetermined periods or activated at least a first predetermined time and deactivated again at a second predetermined time.
  • the predetermined time periods may be based on the time periods known for each location with daylight. That is, the controller may be activated at the sunrise time known for the current location of the solar cell and deactivated at the sunset time. Since the solar cell 10 has assumed the power-reduced state overnight because of the darkness, it takes a certain period of time until the solar cell 10 is again in the power-improved state when the light begins to re-emerge at sunrise. It is therefore advantageous to condition the solar cell 10 sufficiently well before sunrise, i. to bring in the performance-improved state. The conditioning period required for this essentially corresponds to the
  • the controller 100 will then apply the external voltage to the solar cell 10 in the direction of flow sufficiently early before sunrise.
  • the yield loss can be eliminated advantageous, which arises from the fact that the solar cell in the morning only from the power-reduced in the
  • control device 100 with a twilight switch 160 or a timer 150 in principle can be combined with all other embodiments described below and therefore there are no longer addressed in detail.
  • FIGS. 4 to 6 each show a solar module 201, 202 or 203 with a plurality of solar cells 10 and one each
  • Solar cell 11, 12 or 13 for which the conditioning according to the invention is considered.
  • a control device 101, 102 or 103 according to the invention is in each case connected to the solar cell 11, 12 or 13.
  • the measures outlined for the respective solar cell 11, 12 or 13 of the respective solar module 201, 202 and 203 are of course implemented in practice in the same way for all other solar cells 10, of the respective solar module 201, 202 and 203.
  • a power supply device 131 is integrated into the solar module 201 itself in the form of an (energy) memory 131a.
  • the memory 131a is a capacitor having a sufficiently high capacity.
  • the voltage supply device 131 has a charging device 131b, which charges the memory 131a with sufficient illumination of the solar module 201 with current generated by the solar module 201 itself, which is available at the terminals 210 of the solar module 201. Since for the conditioning of the solar cell 1 1 of the solar module 201, only the voltage applied in the flow direction of the solar cell external voltage is critical and this almost no current flows, the capacity of the memory 131 a need not be particularly large. In other words, the person skilled in capacitors with sufficient capacity and practical size available. Also, the low charging current for the memory 131 does not significantly affect the efficiency of the solar cell 1 1.
  • the voltage supply device is a DC voltage source 132 integrated in an inverter 310 connected to a supply network 410. This is particularly useful in the case of a roof or roof
  • the inverter 310 generates from the electric power generated by the solar modules 202 to the connected supply network 410 in frequency and voltage compatible alternating current. In this situation, the required external voltage UTr for the solar cell 12 can be generated from the voltage of the supply network 410 as needed.
  • a control device 132 according to the invention in good time before sunrise
  • Solar module 202 to be conditioned according to the invention, i. put in the performance-improved state.
  • the voltage supply device in FIG. 6 is a DC voltage source 132 integrated into a charge controller 320 of a solar stand-alone system.
  • This is particularly suitable for self-sufficient or mobile solar modules 203, for example for small appliances operated by photovoltaics.
  • the solar module 203 serves as an alternative energy generator and charges via a charge controller 320 with the current generated by the solar module 203, a battery 420, from which the small appliance as consumer electric energy in the form of direct current or via a corresponding inverter (not shown) in the form can take from AC.
  • the required external voltage UTr for the solar cell 13 can be generated as needed from a present in the charge controller 320 voltage or even a voltage of the battery 420. This can be especially with the less high-performance mobile solar systems ensure that the solar cells 10 and 13 of the module 203 are always in the power-improved state with existing light.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konditionierung wenigstens einer Solarzelle (10), mit den Schritten: Überwachen einer von der wenigstens einen Solarzelle (10) selbst erzeugten Spannung (USC), und Anlegen einer externen Spannung (Uext) in Flussrichtung an die Solarzelle (10) bei Unterschreitung eines Grenzwertes (UTr ) der erzeugten Spannung in Höhe des Grenzwerts (UTr). Die Überwachung und/oder das Anlegen der externen Spannung (Uext) erfolgt bevorzugt in Abhängigkeit von der Intensität des auf die Solarzelle (10) einfallenden Lichts und/oder von einem vorbestimmten Zeitpunkt. Weiter betrifft die Erfindung eine entsprechende Steuereinrichtung zur Konditionierung wenigstens einer Solarzelle, eine entsprechend eingerichtete Solarzelle sowie ein System aus wenigstens einem Solarmodul mit wenigstens einer Solarzelle und der Steuereinrichtung.

Description

Konditionierung einer Solarzelle
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konditionieren einer Solarzelle, eine
Steuereinrichtung für eine Solarzelle bzw. ein Solarmodul mit wenigstens einer
Solarzelle sowie eine Solarzelle bzw. ein Solarmodul mit wenigstens einer Solarzelle.
Hintergrund der Erfindung
Dünnschichtsolarzellen beispielsweise auf der Basis von Kupfer-lndium-(Gallium)- Schwefel (CIGS) besitzen aufgrund hoher erzielter Wirkungsgrade und großtechnisch einsetzbarer Fertigungsverfahren ein hohes Potenzial für die terrestrische Photovoltaik. Derartige CIGS-Solarzellen sind beispielsweise aus der DE 102 59 258 A1 bekannt.
Von CIGS-Solarzellen und anderen Dünnschichtsolarzellen wie beispielsweise solchen auf der Basis von Cadmiumtellurid ist bekannt, dass die Solarzellen aufgrund äußerer Einflüsse einen leistungsverbesserten Zustand oder einen leistungsverminderten Zustand einnehmen können.
In den leistungsverminderten Zustand gehen die Solarzellen beispielsweise durch Lagerung im Dunkeln besonders bei gegenüber Raumtemperatur (293K bzw. 20°C) erhöhter Lagerungstemperatur oder durch Anlegen einer Spannung in Sperrrichtung. Dies passiert beispielsweise bei Abwesenheit von Licht, wie in der Nacht, oder bei der Durchführung von Norm-Test-Zyklen, wie aus der IEC 61646 bzw. der EN 61646 bekannt. Auch können ungünstige elektrische Beschaltungen wie im Fall von
Lastabwurf bei Ladereglern oder bei Teilabschattung der Solarzellen eines
Solarmoduls unter Mitwirkung einer Bypass-Diode zu ungünstigen
Spannungsverhältnissen an einzelnen Solarzellen des Solarmoduls dazu führen, dass diese in den leistungsverminderten Zustand gehen.
In den leistungsverbesserten Zustand können diese Solarzellen durch
Lichteinstrahlung oder durch Anlegen einer elektrischen Spannung in Flussrichtung gebracht werden. In diesen Zustand gelangen die Solarzellen von selbst im Feldbetrieb unter Sonneneinstrahlung und im Betrieb am Maximum Power Point (MPP); vgl.
beispielsweise Ph. Mack, Th. Walter, D.Hariskos, R. Schattier, B. Dimmler in
"Endurance Testing and Accelerated Ageing of CIGS Thin Film Solar Cells", S.2439 - 2442, 24th EU PVSEC, Hamburg 2009.
Die physikalischen bzw. chemischen Ursachen für die beiden Zustände liegen in der Verschiebung elektrischer Ladungen in der Solarzelle bzw. stehen mit der Passivierung bzw. Aktivierung von Defekten in Verbindung, welche einen direkten Einfluss auf die leistungsbestimmenden Eigenschaften von Solarzellen besitzen. Die Ausprägung und die jeweiligen Zeitkonstanten hängen zudem von den Fertigungsbedingungen und vom Aufbau der Solarzelle ab.
Nachteilig ist jedoch, dass die relevanten Zeitkonstanten für den Übergang in den leistungsverbesserten Zustand im Bereich von Minuten bis Stunden liegen. D.h. wenn solche Solarzellen im Feldbetrieb über Nacht in den leistungsverminderten Zustand übergegangen sind, kann es bis zu mehreren Stunden nach Sonnenaufgang dauern, bis die Solarzellen sich wieder im leistungsverbesserten Zustand befinden. Dies bedeutet einen regelmäßigen auftretenden Ertragsverlust. Dies ist besonders bei Insellösungen ohne alternative Energiequelle nachteilig.
Somit ist es eine mögliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Effizienzverluste in der Phase des Übergangs vom leistungsverminderten in den leistungsverbesserten Zustand zu reduzieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den auf diese rückbezogenen Unteransprüchen
angegeben.
In den leistungsverminderten Zustand gehen Solarzellen besonders in der Nacht oder bei schwacher Lichteinstrahlung bei Solarzellen mit reduzierten
Schwachlichteigenschaften. Der Kerngedanke der Erfindung liegt darin, sobald die von einer Solarzelle erzeugte Spannung unter Beleuchtung einen bestimmten Grenzwert unterschreitet bzw. eine Zeitspanne, welche die Solarzelle benötigt, um den leistungsverbesserten Zustand einzunehmen, vor der zu erwartenden Beleuchtung, eine geeignete Spannung als Konditionierungsspannung in Höhe des Grenzwerts in Flussrichtung an die Solarzelle anzulegen. Damit kann die Solarzelle gezielt konditioniert werden, d.h. die Solarzelle kann auch bei schwacher Beleuchtung im leistungsverbesserten Zustand gehalten werden bzw. die Solarzelle kann geplant für den voraussichtlichen Zeitpunkt der Bestrahlung mit Licht, beispielsweise rechtzeitig vor Sonnenaufgang, sicher in den leistungsverbesserten Zustand versetzt, d.h.
konditioniert werden.
Es wurde ermittelt, dass sich besonders bei Dünnschichtsolarzellen, insbesondere auf der Basis von Kupfer-lndium-(Gallium)-Schwefel, Kupfer-lndium-(Gallium)-Selen oder Cadmiumtellurid eine Konditionierungsspannung von 0.35 bis 0.45 V, besonders bevorzugt von 0.4 V pro Solarzelle, d.h. für jede einzelne Solarzelle, besonders gut eignet.
Es wurde weiter herausgefunden, dass die Lebensdauer und somit der Gesamtertrag der Solarzellen mit der Maßnahme gemäß der Erfindung erhöht werden kann, da sich die Solarzellen stets im leistungsverbesserten Zustand halten lassen.
Vorteilhaft ist auch, dass sich damit die Messbarkeit von erfindungsgemäß
konditionierten Solarmodulen bei der Durchführung von Norm-Test-Zyklen z. B. gemäß IEC 61646 beschleunigen und verbessern lässt, da die hierfür notwendige Beleuchtung der Solarmodule als Vorkonditionierung entfallen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Konditionierung wenigstens einer Solarzelle weist folgende Schritte auf: Überwachen einer von der wenigstens einen Solarzelle selbst erzeugten Spannung, und Anlegen einer externen Spannung in Flussrichtung an die wenigstens eine Solarzelle bei Unterschreitung eines Grenzwertes der erzeugten Spannung in Höhe des Grenzwerts.
Damit wird ein Übergang in den bzw. ein Verbleiben der Solarzelle im
leistungsverbesserten Zustand erreicht. Durch die Erfindung kann auch vermieden werden, dass ein Unterschreiten des Grenzwertes und damit ein Übergang der Solarzelle in den leistungsverminderten Zustand eintritt. Im Ergebnis werden durch die Erfindung die Leistungsfähigkeit und der Ertrag der Solarzelle verbessert. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch, dass die Maßnahme keinen
nennenswerten Stromfluss durch die Solarzelle in Flussrichtung erfordert, der den Gesamtertrag der Solarzelle schmälern würde.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann bzw. können der Schritt des
Überwachens und/oder der Schritt des Anlegens der externen Spannung in
Abhängigkeit von einem Vergleich der Intensität des auf die Solarzelle einfallenden Lichts mit einem vorbestimmten Bestrahlungsgrenzwert und/oder von einem Vergleich der aktuellen Zeit mit einem vorbestimmten Zeitpunkt oder Zeitraum aktiviert werden.
Damit kann die Konditionierung vorteilhaft selektiv erfolgen. Wenn die aktuelle
Bestrahlungssituation der Solarzelle beispielsweise aufgrund einer Abschattung durch Wolken oder aufgrund beginnenden Sonnenuntergangs oder ähnlichem dazu führt, dass die Solarzelle in den leistungsverminderten Zustand übergeht, kann durch die erfindungsgemäße Maßnahme dies verhindert werden. Die aktuelle
Bestrahlungssituation kann dabei mit einem Dämmerungssensor, z.B. in Form einer Photozelle, erfasst werden. Da für eine bestimmte Solarzelle auch bekannt ist bzw. ermittelt werden kann, ab welchem Belichtungsgrenzwert ein Übergang der Solarzelle in den leistungsverminderten Zustand einsetzt, kann so die Überwachung der von der Solarzelle selbst erzeugten Spannung an die tatsächliche bzw. aktuelle
Beleuchtungssituation gekoppelt werden. Praktisch lässt sich damit am Abend bei Sonnenuntergang das Restlicht mit der erfindungsgemäß konditionierten Solarzelle, die im leistungsverbesserten zustand gehalten wird, optimal nutzen.
Besonders im Zusammenhang mit zeitlich vorbestimmbaren Bestrahlungssituationen, wie Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang - kann eine geplante Konditionierung auch in Abhängigkeit von vorbestimmten Zeitpunkten bzw. Zeiträumen erfolgen. Wenn eine Solarzelle über Nacht aufgrund der Dunkelheit in den leitungsverminderten Zustand übergegangen ist, kann die Solarzelle rechtzeitig vor Sonnenaufgang durch die erfindungsgemäße Maßnahme in den leistungsverbesserten Zustand versetzt werden, d.h. die Solarzelle konditioniert werden. Da für den jeweiligen Standort üblicherweise die Sonnenaufgangs- und Untergangszeiten bekannt sind, kann mit Hilfe eines Vergleichs der aktuellen Zeit mit diesen bekannten Zeitpunkten bzw. Zeiträumen die erfindungsgemäße Konditionierung zeitgesteuert erfolgen. Idealer Weise wird die Konditionierung etwa um die benötigte Konditionierungszeitspanne für die jeweilige Solarzelle vor Sonnenaufgang gestartet, sodass die Solarzelle sich dann bei
Sonnenaufgang bereits im leistungsverbesserten Zustand befindet.
Somit können die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens bedarfsgerecht, nur in Bezug auf die aktuelle Bestrahlungsintensität oder allein Zeitgesteuert oder mit einer Kombination von beiden ergänzenden Schritten ergänzt werden.
Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung zur Konditionierung wenigstens einer Solarzelle weist wenigstens eine Überwachungseinrichtung und eine
Spannungsversorgungseinrichtung auf. Die Überwachungseinrichtung dient zum Überwachen einer von der wenigstens einen Solarzelle selbst erzeugten Spannung. Die Spannungsversorgungseinrichtung kann mit der Überwachungseinrichtung gekoppelt sein und ist eingerichtet, eine externe Spannung bei Unterschreitung eines bestimmten Grenzwertes der erzeugten Spannung in Flussrichtung an die wenigstens eine Solarzelle in Höhe des Grenzwerts anzulegen.
In einer vorteilhaften Ausführung ist die Spannungsversorgung in ein Solarmodul mit wenigstens einer Solarzelle integriert. Die Spannungsversorgungseinrichtung kann dazu besonders vorteilhaft ein in das Solarmodul integrierter (Energie-)Speicher, bevorzugt ein Kondensator, sein. Da nur eine Spannung in Flussrichtung aber kein nennenswerter Strom für die erfindungsgemäße Maßnahme notwendig ist, stellt die notwendige Größe der Kapazität des benötigten Kondensators kein Problem dar. Im Solarmodul oder der Steuereinrichtung kann weiter eine Ladeeinrichtung vorgesehen werden, mittels welcher der Speicher idealerweise bei Beleuchtung des Solarmoduls mit vom Solarmodul selbst erzeugten Strom aufgeladen werden kann.
Die Spannungsversorgungseinrichtung könnte auch bei Solarsystemen, die mit einem Versorgungsnetz über einen bekannten Wechselrichter verschaltet sind, in diesen Wechselrichter als Gleichspannungsquelle integriert werden. Damit kann die benötigte externe Spannung für die wenigstens eine Solarzelle bzw. für ein Solarzellenmodul bei Bedarf aus einer Spannung des Versorgungsnetzes erzeugt werden. Diese Ausführung eignet sich besonders gut für größere Solaranlagen wie Dach- oder Feldinstallationen, um die Solarzellen rechtzeitig vor Sonnenaufgang zu konditionieren, d.h. in den leistungsverbesserten Zustand zu konditionieren.
Alternativ könnte bei solaren Inselsystemen die benötigte
Spannungsversorgungseinrichtung auch eine Gleichspannungsquelle sein, die in einen Laderegler für mit den Solarzellen verbundene Batterien integriert ist.
Bei vorteilhaften Weiterbildungen der vorstehenden Ausführungen kann die
Steuereinrichtung weiter mit einem, bevorzugt in die Steuerungseinrichtung
integrierten, Dämmerungsschalter gekoppelt sein. Mittels des Dämmerungsschalters kann die Steuereinrichtung bei Unterschreiten eines vorbestimmten Schwellwerts für die Intensität des auf die Solarzelle einfallenden Lichts aktiviert werden. Für den Schwellwert eignet sich eine Beleuchtungsintensität, bei der bekannt ist, dass die von der Solarzelle selbst erzeugte Spannung sich dem Grenzwert nähert bzw. dem
Grenzwert in etwa entspricht. Somit kann mit dem Dämmerungsschalter die Aktivität der Steuerungseinrichtung auf solche Situationen beschränkt werden, in denen grundsätzlich die Möglichkeit besteht, dass die Solarzelle in den leistungsverminderten Zustand geht.
Damit kann besonders der Ertrag von Solarmodulen mit reduziertem
Schwachlichtverhalten verbessert werden, da besonders bei diesen Solarmodulen der Übergang in den leistungsverminderten Zustand aufgrund der geringeren vom
Solarmodul selbst erzeugten Spannung auch bei geringer Lichteinstrahlung erfolgen kann.
Alternativ oder auch zusätzlich kann die Steuereinrichtung weiter mit einer, bevorzugt in die Steuerungseinrichtung integrierten, Zeitschaltuhr gekoppelt werden, mittels der die Steuereinrichtung in vorbestimmten Zeiträumen aktiviert wird. Diese Maßnahme eignet sich besonders gut, um Solarzellen vor Sonnenaufgang rechtzeitig zu konditionieren und in den leistungsverbesserten Zustand zu versetzten. Da für jeden Standort die Tageslichtzeiten bekannt sind, können die vorbestimmten Zeiträume entsprechend für den aktuellen Standort der Solarzelle jeweils bekannten Sonnenaufgangs- und Sonnenuntergangszeitpunkten eingestellt werden. Eine
Aktivierung der Steuereinrichtung erfolgt idealerweise um eine benötigte
Konditionierungszeitspanne vor dem jeweiligen Sonnenaufgangszeitpunkt. Die
Konditionierungszeitspanne entspricht dann mindestens der eingangs geschilderten Zeitkonstante für die Solarzelle, die experimentell ermittelt werden kann. Damit kann vorteilhaft der Ertragsverlust eliminiert werden, welcher entsteht, wenn die Zelle am Morgen vom leistungsverminderten in den leistungsverbesserten Zustand durch Lichteinstrahlung mit den oben angegebenen Zeitkonstanten gebracht wird.
Die Steuereinrichtung kann grundsätzlich als elektrische Schaltung realisiert werden, aber auch als entsprechendes Steuerprogramm in einem programmierbaren
Mikrokontroller umgesetzt werden. Der Mikrokontroller ist dann im Wesentlichen zur Durchführung des oben beschriebenen Steuerprogramms konfiguriert, d.h.
programmiert.
Alternativ zur Implementierung mittels eines programmierbaren Mikrokontrollers, ist es auch denkbar, die notwendigen Schritte bzw. Maßnahmen des Steuerverfahrens direkt mittels einer entsprechenden digitalen elektronischen Schaltung, beispielsweise mittels einer fest verdrahteten Logik bzw. konfigurierbaren Logik zu implementieren. Eine solche elektronische Schaltung kann besonders flexibel mittels eines integrierten Schaltkreises der Digitaltechnik implementiert werden, in den eine gewünschte logische Schaltung programmiert werden kann. D.h., zur Integration eines
erfindungsgemäßen Steuerverfahrens könnte ein programmierbarer Logikbaustein, z. B. einem PLD (Programmable Logic Device), oder einem FPGA (Field Programmable Gated Array), verwendet werden.
Somit ist alternativ zur Implementierung mittels eines Computerprogramms für einen Mikrokontroller die Implementierung der hier diskutierten Konditionierungsmaßnahmen mittels einer spezifischen Konfiguration, d.h. mit einem Konfigurationsprogramm oder einer Konfigurationsdatei, eines oder mehrerer flexibel programmierbaren
Logikbausteins möglich. Anders als bei der Programmierung eines Mikrokontrollers als Beispiel für eine Computerimplementierung bezieht sich dann der Begriff Programm nur in zweiter Linie auf die Vorgabe zeitlicher Abläufe im Baustein, sondern vor allem auf die Definition von dessen Funktionsstruktur. Durch die Programmierung von Strukturvorschriften wird dabei die grundlegende Funktionsweise einzelner universeller Blöcke im Logikbaustein und deren Verschaltung untereinander festgelegt, d.h.
konfiguriert.
Ein erfindungsgemäßes Solar-System besitzt wenigstens ein Solarmodul mit mindestens einer Solarzelle, wobei das Solarmodul mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung zur Konditionierung der Solarzelle gekoppelt ist. Die
Steuereinrichtung kann auch in das Solarmodul integriert werden.
Wenn ein Solarmodul mehrere Solarzellen im Verbund, d.h. seriell oder parallel verschaltet aufweist, kann mit der Erfindung auch der Übergang in den
leistungsverminderten Zustand durch das Vorhandensein ungünstiger
Gleichspannungspotenziale im Solarmodulverbund vermieden werden.
Die Erfindung eignet sich besonders bei CIGS- bzw. CdTe-Dünnschichtsolarzellen und -Solarmodule zur Netzeinspeisung, für solare Inselsysteme und bei photovoltaisch betriebenen Kleingeräten.
Kurzbeschreibung der Zeichnungsfiguren
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, sowie Ausführungsbeispiele hierzu, werden nachstehend in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren näher erläutert. Funktionsähnliche Bauteile oder Komponenten sind teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die innerhalb der Beschreibung des
Ausführungsbeispiels verwendeten Begriffe„links",„rechts",„oben",„unten" beziehen sich auf die Zeichnungsfiguren in einer Ausrichtung mit normal lesbaren
Figurenbezeichnung und Bezugszeichen. Hierbei zeigt:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Solarzelle,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Solarmoduls, Fig. 3 ein Blockschaltbild des Grundprinzips der Erfindung,
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Solarmoduls mit integrierter Spannungsquelle zur Bereitstellung der erfindungsgemäßen Konditionierungsspannung,
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Solarmoduls, das mit einem Wechselrichter verschaltet ist, in den eine Spannungsquelle zur Bereitstellung der erfindungsgemäßen Konditionierungsspannung integriert ist, und
Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Solarmoduls, das mit einem Laderegler verschaltet ist, in den eine Spannungsquelle zur Bereitstellung der erfindungsgemäßen
Konditionierungsspannung integriert ist.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt schematisch eine Solarzelle 10 mit dem sogenannten Eindioden- Ersatzschaltbild für die Solarzelle 10. Das Schaltbild besteht aus einer Stromquelle S, die parallel zu einer idealen Diode D geschaltet ist. Die Stromquelle liefert einen Strom, der von der Bestrahlungsstärke der Solarzelle 10 mit Licht abhängt und den in der Solarzelle 10 erzeugten Photostrom Iph repräsentiert. Der Gesamtstrom Isc der Solarzelle 10 besteht aus dem Diodenstrom Id und dem Photostrom Iph. Das
Ersatzschaltbild veranschaulicht weiter reale Faktoren der Solarzelle 10, die durch die Fertigung entstehen. Der Parallelwiderstand Rp symbolisiert Kristallfehler, nichtideale Dotierungsverteilungen und andere Materialdefekte, durch die Verlustströme entstehen, welche den pn-Übergang der Solarzelle 10 punktuell überbrücken. Bei guten Solarzellen ist dieser Widerstand relativ groß. Mit dem Serienwiderstand Rs werden alle Effekte zusammengefasst, die einen höheren Gesamtwiderstand der Solarzelle 10 verursachen. Das sind im Wesentlichen der Widerstand des
Halbleitermaterials der Solarzelle 10, der Widerstand an den Kontakten und der Widerstand der Zuleitungen; diese Widerstände sollten bei gefertigten Solarzellen möglichst gering sein.
Der grundsätzliche Aufbau sowie die Herstellungsverfahren hierfür werden als dem Fachmann bekannt vorausgesetzt und werden hier nicht näher beschrieben. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung soll unter einer Solarzelle 10 bevorzugt eine Dünnschichtsolarzelle verstanden werden, besonders bevorzugt eine Dünnschichtsolarzelle, die auf Kupfer-lndium-(Gallium)-Schwefel oder Kupfer-Indium- (Gallium)-Selen oder Cadmiumtellurid basiert (CIGS-Solarzellen bzw. CdTe- Solarzellen).
Fig. 2 veranschaulicht ein Solarmodul 200 mit mehreren Solarzellen 10 gemäß Fig. 1. Der grundsätzliche Aufbau solcher Solarmodule wird ebenfalls als dem Fachmann bekannt vorausgesetzt. Die einzelnen Solarzellen 10 eines Solarmoduls 200 können zur Erhöhung des Ausgangsstroms des Solarmoduls 200 parallel geschaltet werden bzw. zur Erhöhung der Ausgangsspannung seriell verschaltet werden. Üblicherweise werden mehrere Solarzellen 10 eines Solarmoduls 200 in Reihe zu einem
sogenannten String verschaltet und mehrere Strings im Solarmodul parallel geschaltet.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung aus einer Solarzelle 10, die mit einer Steuerschaltung 100 zur Konditionierung der Solarzelle 10 gemäß der vorliegenden Erfindung verschaltet ist. Die Steuerschaltung 100 weist zumindest eine Überwachungseinrichtung 110 zum Überwachen einer von der Solarzelle 10 selbst erzeugten Spannung USC und eine Spannungsversorgungseinrichtung 120 auf.
Die Spannungsversorgungseinrichtung 120 ist mit der Überwachungseinrichtung 110 gekoppelt. Sobald die Steuereinrichtung mittels der Überwachungseinrichtung 110 erkennt, dass die erzeugte Spannung USC der Solarzelle 10 einen Grenzwert UTr unterschreitet, aktiviert die Steuereinrichtung 100 die
Spannungsversorgungseinrichtung 120. Damit wird an die Solarzelle 10 eine externe Spannung Uext in Höhe des Grenzwerts UTr in Flussrichtung anlegt. Die externe Spannung als Konditionierungsspannung liegt dabei für die hier angesprochenen Dünnschichtsolarzellen in einem Bereich von 0.35 bis 0.45 V, besonders gute
Ergebnisse liefert eine Spannung von 0.4 V pro Solarzelle.
Mit dieser einfachen Maßnahme wird ein Übergang der Solarzelle in den
leistungsverminderten Zustand verhindert bzw. ein Verbleiben der Solarzelle im leistungsverbesserten Zustand erreicht. Grundsätzlich kann die Steuereinrichtung 100 die Überwachungseinrichtung 1 10 zum Überwachen der von der Solarzelle 10 selbst erzeugten Spannung USC und die Spannungsversorgungseinrichtung 120 enthalten. Es ist aber auch möglich, dass die Spannungsversorgungseinrichtung 120 zur Steuereinrichtung 100 separat ist, wie noch im Zusammenhang mit weiteren Implementierungsbeispielen der Erfindung im
Folgenden erläutert wird. Daher ist Fig. 3 der die Spannungsversorgungseinrichtung 120 enthaltenden Bereich mit gestrichelten Linien eingefasst.
Fig. 3 veranschaulicht noch vorteilhafte Weiterbildungen der Steuerschaltung 100. So kann die Steuereinrichtung 100 weiter mit einem separaten Dämmerungsschalter 140 gekoppelt sein, der auch in die Steuerungseinrichtung 100 oder in die Solarzelle 10 integriert sein kann. Der Dämmerungsschalter 140 dient dazu die Steuereinrichtung 100 bei Unterschreiten eines vorbestimmten Schwellwerts für die Intensität des auf die Solarzelle 10 einfallenden Lichts zu aktivieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung 100 weiter mit einer separaten Zeitschaltuhr 150 gekoppelt sein, die auch in die Steuerungseinrichtung 100 integriert sein kann. Mit der Zeitschaltuhr kann die Steuereinrichtung 100 in vorbestimmten Zeiträumen aktiviert oder zu wenigstens einem ersten vorbestimmten Zeitpunkt aktiviert und einem zweiten vorbestimmten Zeitpunkt wieder deaktiviert werden.
Die vorbestimmten Zeiträume können sich an den für jeden Standort bekannten Zeiträumen mit Tageslicht orientieren. D.h., die Steuereinrichtung kann zum für den aktuellen Standort der Solarzelle bekannten Sonnenaufgangszeitpunkt aktiviert und zum Sonnenuntergangszeitpunkt deaktiviert werden. Da die Solarzelle 10 über Nacht aufgrund der Dunkelheit den leistungsverminderten Zustand eingenommen hat, dauert es bei mit Sonnenaufgang wieder einsetzender Bestrahlung mit Licht ein gewissen Zeitraum bis die Solarzelle 10 sich wieder im leistungsverbesserten Zustand befindet. Es ist daher von Vorteil die Solarzelle 10 bereits ausreichend vor Sonnenaufgang zu konditionieren, d.h. in den leistungsverbesserten Zustand zu bringen. Die hierfür benötigte Konditionierungszeitspanne entspricht im Wesentlichen der
eingangsgeschilderten Zeitkonstante für die Solarzelle 10, die experimentell ermittelt werden kann. Mit der Zeitschaltuhr 150 kann die Steuereinrichtung 100 um die benötigte Konditionierungszeitspanne vor dem jeweiligen Sonnenaufgangszeitpunkt aktiviert werden.
In Folge dessen wird die Steuereinrichtung 100 dann die externe Spannung an die Solarzelle 10 in Flussrichtung hinreichend frühzeitig vor Sonnenaufgang anlegen. Damit kann vorteilhaft der Ertragsverlust eliminiert werden, welcher dadurch entsteht, dass die Solarzelle am Morgen erst vom leistungsverminderten in den
leistungsverbesserten Zustand durch Lichteinstrahlung gebracht werden muss.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sei angemerkt, dass die vorstehend erläuterten vorteilhaften Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 100 mit einem Dämmerungsschalter 160 oder einer Zeitschaltuhr 150 grundsätzlich mit allen weiteren im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen kombiniert werden können und daher dort im Einzelnen nicht mehr angesprochen werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft Möglichkeiten zur Bereitstellung der für die externe Spannung zur Konditionierung der Solarzelle und damit die Implementierung der Spannungsversorgungseinrichtung. Die Fig. 4 bis 6 zeigen hierzu jeweils ein Solarmodul 201 , 202 bzw. 203 mit mehreren Solarzellen 10 und jeweils einer
Solarzelle 11 ,12 bzw.13 für welche die Konditionierung gemäß der Erfindung betrachtet wird. Eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung 101 , 102 bzw. 103 ist jeweils mit der Solarzelle 11 , 12 bzw. 13 verschaltet. Die für die jeweils beispielhaft betrachtete Solarzelle 11 , 12 bzw. 13 des jeweiligen Solarmoduls 201 , 202 bzw. 203 skizzierten Maßnahmen sind natürlich in der Praxis für alle weiteren Solarzellen 10, des jeweiligen Solarmoduls 201 , 202 bzw. 203 entsprechend in gleicher weise implementiert.
Als eine erste Ausführung ist in Fig. 4 eine Spannungsversorgungseinrichtung 131 in das Solarmodul 201 selbst in Form eines (Energie-)Speichers 131a integriert. Dabei ist der Speicher 131a ein Kondensator mit einer ausreichend hohen Kapazität. Weiter weist die Spannungsversorgungseinrichtung 131 eine Ladeeinrichtung 131b auf, die den Speicher 131a bei ausreichender Beleuchtung des Solarmoduls 201 mit vom Solarmodul 201 selbst erzeugten Strom, der an den Anschlüssen 210 des Solarmoduls 201 zur Verfügung steht, lädt. Da für die Konditionierung der Solarzelle 1 1 des Solarmoduls 201 lediglich die in Flussrichtung der Solarzelle angelegte externe Spannung entscheidend ist und hierfür fast kein Strom fließt, muss die Kapazität des Speichers 131a nicht besonders groß sein. Mit anderen Worten stehen dem Fachmann Kondensatoren mit ausreichender Kapazität und praktikabler Baugröße zur Verfügung. Auch wirkt sich der geringe Ladestrom für den Speicher 131 nicht wesentlich auf den Wirkungsgrad der Solarzelle 1 1 aus.
Als eine zweite Ausführung ist in Fig. 5 die Spannungsversorgungseinrichtung eine in einen mit einem Versorgungsnetz 410 verschalteten Wechselrichter 310 integrierte Gleichspannungsquelle 132. Dies bietet sich besonders bei Dach- oder
Feldinstallationen von Solarmodulen an, die als alternative Energieerzeuger über den Wechselrichter 310 an ein Stromversorgungsnetzt 410 oder auch Hausnetz
angeschlossene sind. Der Wechselrichter 310 erzeugt aus dem von den Solarmodulen 202 erzeugten elektrischen Strom einen zum angeschlossenen Versorgungsnetz 410 in Frequenz und Spannung kompatiblen Wechselstrom. In dieser Situation kann die benötigte externe Spannung UTr für die Solarzelle 12 bei Bedarf aus der Spannung des Versorgungsnetzes 410 erzeugt werden. Somit kann beispielsweise eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung 132 rechtzeitig vor Sonnenaufgang das
Solarmodul 202 erfindungsgemäß zu konditionieren, d.h. in den leistungsverbesserten Zustand versetzen.
Als eine dritte Ausführung ist in Fig. 6 die Spannungsversorgungseinrichtung eine in einen Laderegler 320 eines solaren Inselsystems integrierte Gleichspannungsquelle 132. Dies bietet sich besonders bei autarken oder mobilen Solarmodulen 203 beispielsweise für photovoltaisch betriebene Kleingeräte an. Das Solarmodul 203 dient als alternativer Energieerzeuger und lädt über einen Laderegler 320 mit dem vom Solarmodul 203 erzeugten Strom eine Batterie 420 auf, aus der bei Bedarf das Kleingerät als Verbraucher elektrische Energie in Form von Gleichstrom oder über einen entsprechenden Wechselrichter (nicht gezeigt) in Form von Wechselstrom entnehmen kann. Somit kann die benötigte externe Spannung UTr für die Solarzelle 13 bei Bedarf aus einer im Laderegler 320 vorhandenen Spannung bzw. auch einer Spannung der Batterie 420 erzeugt werden. Damit kann gerade bei den weniger leistungsstarken mobilen Solarsystemen sichergestellt werden, dass sich die Solarzellen 10 und 13 des Moduls 203 bei vorhandenem Licht immer im leistungsverbesserten Zustand befinden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Konditionierung wenigstens einer Solarzelle (10; 11 ; 12; 13), mit den Schritten:
Überwachen einer von der wenigstens einen Solarzelle (10; 11 ; 12; 13) selbst erzeugten Spannung (USC), und
Anlegen einer externen Spannung (Uext) in Flussrichtung an die Solarzelle (10; 11; 12; 13) bei Unterschreitung eines Grenzwertes (UTr ) der erzeugten Spannung in Höhe des Grenzwerts (UTr).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Schritt des Überwachens und/oder der Schritt des Anlegens der externen Spannung (Uext) in Abhängigkeit von einem Vergleich der Intensität des auf die Solarzelle (10) einfallenden Lichts mit einem vorbestimmten Bestrahlungsgrenzwert und/oder von einem Vergleich der aktuellen Zeit mit einem vorbestimmten Zeitpunkt oder Zeitraum aktiviert wird bzw. aktiviert werden.
3. Steuereinrichtung (100; 101 ; 102; 103) zur Konditionierung wenigstens einer Solarzelle (10; 11 ; 12; 13) mit einer Überwachungseinrichtung (110) zum Überwachen einer von der wenigstens einen Solarzelle (10) selbst erzeugten Spannung (USC), einer Spannungsversorgungseinrichtung (130; 131 ; 132; 133), die mit der Überwachungseinrichtung (110) gekoppelt ist und bei Unterschreitung eines
Grenzwertes (UTr) der erzeugten Spannung (USC) eine externe Spannung (Uext) in Flussrichtung an die wenigstens eine Solarzelle (10; 11 ; 12; 13) mindestens in Höhe des Grenzwerts (UTr) anlegt.
4. Steuereinrichtung (101) nach Anspruch 3, wobei die Steuereinrichtung (101) mit einem Solarmodul (201 ) mit wenigstens einer Solarzelle (10, 11 ) verschaltet ist, wobei die Spannungsversorgungseinrichtung (131 ) ein in das Solarmodul (201 ) integrierter Speicher (131a), bevorzugt ein Kondensator mit hoher Kapazität, ist, und wobei die Steuereinrichtung (101 ) oder das Solarmodul (201) weiter eine Ladeeinrichtung (131b) enthält, die den Speicher (131a), bevorzugt bei Beleuchtung des Solarmoduls (201 ) mit vom Solarmodul selbst erzeugten Strom, auflädt.
5. Steuereinrichtung (102) nach Anspruch 3, wobei die Spannungsversorgungseinrichtung eine in einen mit einem
Versorgungsnetz (410) verschaltbaren Wechselrichter (310) integrierte
Gleichspannungsquelle (132) ist, und wobei die externe Spannung (Uext) für die Solarzelle (12) aus einer Spannung des Versorgungsnetzes (410) erzeugt wird.
6. Steuereinrichtung (103) nach Anspruch 3, wobei die Spannungsversorgungseinrichtung eine in einen Laderegler (320) für solare Inselsysteme integrierte Gleichspannungsquelle (133) ist.
7. Steuereinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6, wobei die Steuereinrichtung (100) weiter mit einem separaten oder in die Steuerungseinrichtung (100) integrierten Dämmerungsschalter (160) gekoppelt ist, der die Steuereinrichtung (100), insbesondere die Überwachungseinrichtung und/oder die Spannungsversorgungseinrichtung, bei Unterschreiten eines vorbestimmten
Schwellwerts für die Intensität des auf die Solarzelle einfallenden Lichts aktiviert.
8. Steuereinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 7, wobei die Steuereinrichtung (100) weiter mit einer separaten oder in die Steuerungseinrichtung (100) integrierten Zeitschaltuhr (150) gekoppelt ist, welche die Steuereinrichtung, insbesondere die Überwachungseinrichtung und/oder die
Spannungsversorgungseinrichtung, in vorbestimmten Zeiträumen aktiviert.
9. Steuereinrichtung (100) nach Anspruch 8, wobei die vorbestimmten Zeiträume entsprechend für einen aktuellen Standort der Solarzelle jeweiligen aktuellen Sonnenaufgangs- und
Sonnenuntergangszeitpunkten eingestellt sind, wobei eine Aktivierung der
Steuereinrichtung bevorzugt eine Konditionierungszeitspanne vor dem jeweiligen Sonnenaufgangszeitpunkt erfolgt.
10. Steuereinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 9, wobei die Steuereinrichtung einen Mikrokontroller oder dergleichen aufweist, der zur Ausführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2 eingerichtet ist.
11. System aus wenigstens einem Solarmodul (200; 201 ; 202; 203) mit mindestens einer Solarzelle (10, 10, 1 1 ; 10, 12; 10, 13), wobei das Solarmodul (200; 201 ; 202; 203) mit einer Steuereinrichtung (100; 101 ; 102; 103) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 10 gekoppelt ist.
12. System nach Anspruch 11 , wobei die Steuereinrichtung (100; 101 ; 102; 103) in das Solarmodul (200; 201 ; 202; 203) integriert ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 bzw. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10 bzw. System nach einem Ansprüche 11 oder 12, wobei die Solarzelle (10, 10, 11 ; 10, 12; 10, 13) eine Dünnschichtsolarzelle, insbesondere auf der Basis von Kupfer-lndium-(Gallium)-Schwefel, Kupfer-Indium- (Gallium)-Selen oder Cadmiumtellurid ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 bzw. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10 bzw. System nach einem Ansprüche 11 oder 12, wobei der Grenzwert der Spannung zur Konditionierung einer Solarzelle (10, 10, 11 ; 10, 12; 10, 13) in einem Bereich von 0.35 bis 0.45 V liegt, besonders bevorzugt etwa 0.4 V beträgt.
15. Solarzelle (10, 10, 11 ; 10, 12; 10, 13), insbesondere Dünnschichtsolarzelle auf der Basis von Kupfer-lndium-(Gallium)-Schwefel, Kupfer-lndium-(Gallium)-Selen oder Cadmiumtellurid mit einer angelegten Spannung in Flussrichtung der Solarzelle (10, 10, 11; 10, 12; 10, 13) in einem Bereich von 0.35 bis 0.45 V, besonders bevorzugt von etwa 0.4 V, bei Dunkelheit oder geringer Lichteinstrahlung.
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