Die genaue Messung der Solarstrahlung ist von entscheidender Bedeutung für die optimale Leistung und Effizienz von Photovoltaikanlagen (PV). Sie ermöglicht es Ingenieuren und Betreibern, diese Systeme effektiv zu planen, zu überwachen und zu warten. In diesem Artikel werden wir die Gründe für die Notwendigkeit einer zuverlässigen Messung der Solarstrahlung und drei wichtige Instrumente für die Messung der Solarstrahlung in PV-Anlagen untersuchen: Pyranometer, Referenzzellen und Referenzmodule.

Warum ist eine zuverlässige Methode zur Messung der Solarstrahlung so wichtig?

Es gibt mehrere Gründe für eine präzise Messung der Solarstrahlung. Ein Beispiel wäre die Bestimmung der Größe eines Solarenergiesystems (z. B. PV-Module, solarthermische Kollektoren). Hierfür sind genaue Daten zur Sonneneinstrahlung erforderlich, um sicherzustellen, dass das System angemessen dimensioniert ist, um die gewünschten Energieerzeugungsziele zu erreichen.

Ein weiteres wichtiges Beispiel wäre die Wartung einer PV-Anlage. Die Messung von IV-Kennlinien erfordert Echtzeit-Einstrahlungsdaten, um die erwarteten Werte zu berechnen und somit Fehler in der Anlage aufzuzeigen. Die Einstrahlungsdaten helfen auch dabei, die Energiemenge abzuschätzen, die ein Solarsystem in einem bestimmten Zeitraum voraussichtlich produzieren wird. Diese Informationen sind für die Finanzmodellierung, die Berechnung der Kapitalrendite (ROI) und die Bewertung der Durchführbarkeit von Projekten von entscheidender Bedeutung.

Bei netzgekoppelten Systemen hilft die Kenntnis der Solarstrahlung bei der stabilen Integration von Solarstrom in das Stromnetz. Netzbetreiber können Schwankungen in der Solarstromerzeugung besser vorhersehen und steuern.

Pyranometer

Pyranometer sind Instrumente, die speziell für die Messung der gesamten Solarstrahlung (globale horizontale Bestrahlungsstärke), die auf eine Oberfläche fällt, entwickelt wurden. Sie sind wichtige Instrumente für die Bewertung und Leistungsüberwachung von PV-Anlagen.

Vorteile:

• Genauigkeit: Pyranometer bieten eine hohe Genauigkeit bei der Messung der Gesamtsonnenbestrahlungsstärke über einen breiten Spektralbereich.
• Geringe Wartung Es handelt sich im Allgemeinen um wartungsarme Instrumente, die über längere Zeiträume zuverlässige Daten liefern können.
• Kostengünstig Im Vergleich zu anderen Messgeräten sind Pyranometer kostengünstig und in der Solarenergiebranche weit verbreitet.

Nachteile:

• Direktionale Empfindlichkeit: Pyranometer reagieren empfindlich auf den Einfallswinkel des Sonnenlichts, was unter Umständen zu einer Unterschätzung der Bestrahlungsstärke unter nicht normalen Einfallsbedingungen führt.
• Spektrale Abhängigkeit: Einige Pyranometer haben eine Spektralempfindlichkeit, die nicht perfekt mit dem Sonnenspektrum übereinstimmt, was zu kleinen Messfehlern führen kann.

Referenzzellen

Referenzzellen dienen als Standard für die Kalibrierung anderer photovoltaischer Geräte. Sie bieten eine auf internationale Standards rückführbare Messung und spielen eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der Genauigkeit der Leistungsdaten von PV-Systemen.

Vorteile:

• Nachvollziehbarkeit: Referenzzellen bieten rückführbare Messungen auf internationale Standards und schaffen eine klare Kalibrierungshierarchie.
• Hohe Genauigkeit: Diese Zellen sind sorgfältig kalibriert und liefern extrem genaue Messungen der Solarstrahlung.
• Stabilität Gut gewartete Referenzzellen können ihre Genauigkeit über lange Zeiträume beibehalten.

Nachteile:

• Alterung: Auch die Referenzzelle kann altern. Der Alterungseffekt hat einen Einfluss auf die Messergebnisse und kann diese verfälschen.
• Temperaturabhängigkeit: Referenzzellen können bei Temperaturschwankungen schlechte Ergebnisse liefern, da sie stark temperaturabhängig sind.

Referenzmodule

Referenzmodule sind im Wesentlichen PV-Module, die so charakterisiert sind, dass sie genaue Messungen der Sonneneinstrahlung liefern. Sie ahmen das Verhalten von Standard-PV-Modulen unter bekannten Bedingungen nach und werden für Kalibrierungs- und Validierungszwecke verwendet.

Vorteile:

• Realitätsnahe Simulation: Referenzmodule bieten im Vergleich zu isolierten Referenzzellen eine realistischere Darstellung der PV-Systemleistung.
• Anwendungsspezifisch: Sie können auf die Eigenschaften der in einem Projekt verwendeten PV-Module zugeschnitten werden.
• Verifizierung der Kalibrierung: Die Verwendung von Referenzmodulen ermöglicht eine regelmäßige Überprüfung der Genauigkeit der Messungen der PV-Anlage.

Nachteile:

• Komplexität: Die Einrichtung und Wartung eines Referenzmoduls kann komplexer sein als die einer Referenzzelle und erfordert unter Umständen eine sorgfältigere Beachtung der Umweltbedingungen.

Messung der solaren Bestrahlungsstärke zur IV-Kennlinienmessung

Wir bei NEO Messtechnik verwenden das "LPSILICON-PYRA 04" für die IV-Kennlinienmessung. Wie auf dem Bild unten zu sehen ist, deckt dieses Pyranometer den größten Teil des nutzbaren Anteils der Sonnenstrahlung ab. Als Energieverluste werden Transmissionsverluste und Thermalisierungsverluste berücksichtigt. Bei den Transmissionsverlusten ist die Energie des einfallenden Photons zu gering, um die Bandlücke des Siliziummoduls zu überwinden. Bei den Thermalisierungsverlusten hingegen ist die Energie des Photons zu hoch, so dass ein Teil davon als Wärme verloren geht.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass jedes Instrument - Pyranometer, Referenzzellen und Referenzmodule - eine wichtige Rolle bei der genauen Messung der Sonneneinstrahlung für PV-Systeme spielt. Pyranometer bieten kostengünstige und praktische Messungen der Gesamtbestrahlungsstärke. Referenzzellen liefern rückführbare und hochgenaue Kalibrierungsstandards. Referenzmodule sind zwar komplizierter einzurichten, bieten aber eine realistischere Darstellung der PV-Systemleistung. Wenn man die Stärken und Grenzen dieser Instrumente kennt, kann man die am besten geeignete Methode für eine bestimmte Anwendung auswählen und so den Erfolg und die Effizienz von PV-Anlagen sicherstellen.

Zum Abschluss

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