NL1039098C2

NL1039098C2 - Werkwijze en inrichting voor het testen van een zonnepaneel.

Info

Publication number: NL1039098C2
Application number: NL1039098A
Authority: NL
Inventors: Bas Vet; Laurens Jurgen Timpert; Markus Johan Jansen
Original assignee: Kema Nederland B V; Ecn
Priority date: 2011-10-11
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2013-04-15
Also published as: EP2581755A1

Description

Werkwijze en inrichting voor het testen van een zonnepaneel

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het testen van een zonnepaneel, waarbij parameters van het 5 zonnepaneel worden gemeten in een onbelichte toestand en in een toestand waarbij het zonnepaneel wordt belicht met behulp van een lichtbron met bekende parameters. Onder een zonnepaneel wordt daarbij verstaan elke inrichting die tot doel heeft om op basis van het foto-elektrisch effect 10 zonlicht om te zetten in elektrische energie.

Volgens de stand der techniek wordt een te testen zonnepaneel homogeen over het volledige oppervlak belicht met behulp van een lichtbron waarmee de straling van de zon 15 wordt nagebootst. De gebruikte parameters zijn doorgaans 1000 Watt/m2 en een zogenaamd AM 1.5 spectrum, terwijl de temperatuur van het zonnepaneel op 298K wordt gehouden. Genoemde parameters zijn vastgelegd in het IEC 60904 voorschrift.

20

Een belangrijk nadeel van de bekende werkwijze is dat vooral voor zeer grote zonnepanelen een lichtbron voor het volledig belichten van de zonnepanelen uiterst kostbaar is. De werkwijze volgens de uitvinding komt aan dit bezwaar 25 tegemoet en heeft als kenmerk, dat achtereenvolgens verschillende delen van het zonnepaneel worden belicht en dat daarbij steeds de parameters van het zonnepaneel worden gemeten, waarna de gemeten parameters op een vooraf bepaalde wijze worden gecombineerd, ter verkrijging van een 30 schatting van de parameters die zouden zijn gemeten bij een volledige belichting van het zonnepaneel. De gemeten parameters zijn doorgaans de afgegeven spanning, de afgegeven stroom en een spannings-stroom curve, waarmee het maximaal afgegeven vermogen kan worden bepaald.

35

Een gunstige realisatie van de inventieve werkwijze heeft 1039098 2 als kenmerk, dat de verschillende delen althans nagenoeg volledig disjunct zijn, zodat de afgegeven spanning, de totaal afgegeven stroom en het totaal afgegeven vermogen met behulp van een relatief eenvoudig vervangingsschema 5 kunnen worden berekend. Experimenteel blijkt dat de zo bepaalde parameters van een zonnepaneel nauwkeurig overeenstemmen met de parameters zoals die worden gemeten bij een volledige belichting van het zonnepaneel.

10 Een gunstige realisatie waarbij het vervangingsschema belangrijk kan worden vereenvoudigd heeft als kenmerk, dat verschillende delen identieke aantallen in serie geschakelde en parallel geschakelde zonnecellen omvatten. Daarbij wordt het zonnepaneel dus verdeeld in disjuncte, 15 identieke delen.

Een verdere gunstige realisatie heeft als kenmerk, dat de verschillende delen het zonnepaneel althans nagenoeg volledig bedekken, zodat feitelijk voor het gehele 20 oppervlak de parameters van het zonnepaneel worden gemeten.

Een verdere zeer gunstige realisatie heeft als kenmerk, dat voor elk zonnepaneel de gemeten parameters voor de verschillende delen tevens onderling worden vergeleken, 25 waarbij de onderlinge spreiding kan worden bepaald voor de afgegeven spanning, de afgegeven stroom en het maximaal afgegeven vermogen. Dit kan belangrijke aanwijzingen opleveren betreffende de kwaliteit van het productieproces van het zonnepaneel. Meer in het bijzonder kan een 30 toenemende spreiding van een van de parameters een aanleiding vormen voor het vroegtijdig aanpassen van het productieproces, waardoor afkeur kan worden voorkomen.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting 35 voor het testen van een zonnepaneel, omvattende een gekalibreerde lichtbron voor het belichten van het 3 zonnepaneel, alsmede een meetorgaan voor het meten van parameters van het zonnepaneel. De inrichting is meer specifiek bedoeld voor het testen van een zeer groot zonnepaneel, waarvoor een testinrichting en/of een 5 gekalibreerde lichtbron die het zonnepaneel volledig kan belichten niet voorhanden is en/of veel te duur is. De inventieve inrichting heeft daartoe als kenmerk, dat ze tevens een masker omvat, in een gebruikstoestand geplaatst tussen de lichtbron en het zonnepaneel, alsmede een met het 10 masker en/of het zonnepaneel verbonden aandrijving, ingericht voor het achtereenvolgens belichten van verschillende delen van het zonnepaneel, alsmede een met het meetorgaan verbonden computer, geprogrammeerd voor het combineren van de gemeten parameters, zodanig dat een 15 schatting wordt verkregen van de parameters van het zonnepaneel bij volledige belichting.

Een gunstige uitvoeringsvorm van de inrichting heeft als kenmerk, dat de aandrijving zodanig is ingericht dat de 20 achtereenvolgens belichte delen althans nagenoeg volledig disjunct zijn, waardoor voor het zonnepaneel de afgegeven spanning, de totaal afgegeven stroom en het totaal afgegeven vermogen met behulp van een relatief eenvoudig vervangingsschema door de computer kunnen worden berekend. 25 Experimenteel blijkt dat de zo berekende parameters van een zonnepaneel nauwkeurig overeenstemmen met de parameters zoals die worden gemeten bij een volledige belichting van het zonnepaneel.

30 Een verdere gunstige uitvoeringsvorm waarbij de berekening belangrijk kan worden vereenvoudigd heeft als kenmerk, dat de achtereenvolgens belichte delen identieke aantallen in serie geschakelde en parallel geschakelde zonnecellen omvatten.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm heeft als kenmerk, dat 35 4 de aandrijving zodanig is ingericht dat de achtereenvolgens belichte delen het zonnepaneel althans nagenoeg volledig bedekken, zodat voor de bepaling van de parameters van het zonnepaneel de voor het volledige oppervlak gemeten 5 parameters in de berekening worden meegenomen.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm heeft als kenmerk, dat het masker een lengte heeft van tenminste twee keer een lengte van het zonnepaneel en/of een breedte heeft van twee 10 keer een breedte van het zonnepaneel, waardoor op eenvoudige wijze wordt voorkomen dat niet bewust belichte delen van het zonnepaneel strooilicht opvangen.

Een verdere zeer gunstige uitvoeringsvorm heeft als 15 kenmerk, dat de computer tevens is geprogrammeerd voor het onderling vergelijken van de voor de achtereenvolgens belichte delen van een zonnepaneel gemeten parameters.

Zo kan bijvoorbeeld voor de achtereenvolgens belichte delen het maximaal afgegeven vermogen worden bepaald. Als dit 20 voor een van de achtereenvolgens belichte deel kleiner is, dan kan dit er op duiden dat de lichtgevoelige laag ter plaatse te dun is, wat aanleiding kan zijn voor het vroegtijdig aanpassen van het productieproces. Als volgens de stand der techniek het volledige oppervlak in één keer 25 wordt gemeten, dan wordt een geringe afwijking niet opgemerkt, waardoor het productieproces niet tijdig kan worden bijgestuurd.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand 30 van de volgende figuren, waarbij:

Fig. 1 schematisch een mogelijke uitvoeringsvorm van een zonnecel weergeeft;

Fig. 1B een vereenvoudigd vervangingsschema voor een 35 zonnecel op basis van kristallijn silicium weergeeft; 5

Fig. 1C een vereenvoudigd vervangingsschema voor een zonnecel op basis van amorf silicium weergeeft;

Fig. 2 schematisch een mogelijke uitvoeringsvorm van een 5 zonnepaneel met 624 zonnecellen weergeeft;

Fig. 3A schematisch in bovenaanzicht dit zonnepaneel met een masker in een eerste positie weergeeft;

Fig. 3B schematisch in bovenaanzicht dit zonnepaneel met het masker in een tweede positie weergeeft; 10 Fig. 4A schematisch in zijaanzicht een meetopstelling met het masker en een lichtbron in de eerste positie weergeeft;

Fig. 4B schematisch in zijaanzicht een alternatieve uitvoeringsvorm van een meetopstelling weergeeft. 15

Fig. IA geeft schematisch een mogelijke uitvoeringsvorm van een op zich bekende zonnecel 1 weer, bestaande uit een substraat 2 uit halfgeleidermateriaal zoals bijvoorbeeld silicium, aan een bovenzijde voorzien van een in de figuur 20 niet zichtbare transparante laag en een eerste elektrodestructuur 3 via welke een opgewekte stroom verliesarm kan worden afgevoerd, aan een onderzijde voorzien van een in de figuur niet zichtbare reflecterende laag en een tweede elektrodestructuur 4 via welke de 25 opgewekte stroom verliesarm kan worden afgevoerd. Een zonnepaneel is doorgaans opgebouwd uit een groot aantal zonnecellen 1, die zodanig in serie en parallel zijn geschakeld dat in een gebruikstoestand een vooraf bepaalde spanning en stroom wordt afgegeven.

30

Fig. 1B geeft een mogelijk vervangingsschema 5 voor een zonnecel 1 op basis van kristallijn silicium weer, waarmee de eigenschappen van een zonnepaneel bestaande uit een aantal in serie en parallel geschakelde zonnecellen 35 eenvoudig kunnen worden bepaald. Het vervangingsschema omvat een stroombron 6 die de door het foto-elektrisch 6 effect opgewekte stroom weergeeft, een schakelaar 7 die aangeeft of zonnecel 1 al dan niet wordt belicht, een diode 8 die de optredende donkerstroom representeert als zonnecel 1 niet belicht wordt, een shuntweerstand 9 die wordt 5 veroorzaakt door imperfecties ontstaan tijdens het productieproces en een serieweerstand 10 die de weerstand van het halfgeleidermateriaal, de elektrodestructuur en de bedrading van zonnecel 1 representeert. Voor elk type zonnecel kunnen de waarden van bovengenoemde componenten op 10 een in het vakgebied bekende wijze worden bepaald. De eigenschappen van het zonnepaneel kunnen vervolgens worden berekend, waarbij tevens rekening dient te worden gehouden met de weerstand van de bedrading die de zonnecellen onderling verbindt.

15

Fig. 1C geeft een mogelijk vervangingsschema 11 voor een zonnecel 1 op basis van amorf silicium weer, waarmee de eigenschappen van een zonnepaneel bestaande uit een aantal in serie en parallel geschakelde zonnecellen eenvoudig 20 kunnen worden bepaald. Het vervangingsschema omvat weer een stroombron 6 die de door het foto-elektrisch effect opgewekte stroom weergeeft, een schakelaar 7 die aangeeft of zonnecel 1 al dan niet wordt belicht, een diode 8 die de optredende donkerstroom representeert als zonnecel 1 niet 25 belicht wordt, een shuntweerstand 9 die wordt veroorzaakt door imperfecties ontstaan tijdens het productieproces en een serieweerstand 10 die de weerstand van het halfgeleidermateriaal, de elektrodestructuur en de bedrading van zonnecel 1 representeert. Bovendien omvat vervangings-30 schema 11 een additionele diode 12, die een correctiestroom representeert, overeenkomend met de extra recombinatie in het amorfe silicium. Ook hier geldt dat voor elk type zonnecel de waarden van bovengenoemde componenten op een in het vakgebied bekende wijze kunnen worden bepaald. De 35 eigenschappen van het zonnepaneel kunnen vervolgens worden berekend, waarbij weer rekening dient te worden gehouden 7 met de weerstand van de bedrading die de zonnecellen onderling verbindt.

Fig. 2 geeft schematisch een mogelijke uitvoeringsvorm van 5 een zonnepaneel 13 met 624 zonnecellen weer, waarbij steeds kolommen van 13 zonnecellen in serie zijn geschakeld en waarbij de 48 kolommen via bedrading 14a,14b parallel zijn geschakeld. Om zonnepaneel 13 te testen wordt volgens de stand der techniek gebruik gemaakt van een commercieel 10 verkrijgbare, gekalibreerde lichtbron die bijvoorbeeld 1000 watt/m2 afgeeft met een zogenaamd AM 1.5 spectrum, terwijl de temperatuur van het zonnepaneel op 298K wordt gehouden. Voor het op grote schaal opwekken van zonne-energie is het voordelig de zonnepanelen zeer groot te maken. Een 15 belangrijke stap hierbij is de ontwikkeling van zonnepanelen op basis van amorf silicium, opgedampt op een kunststof membraan. Bevestigd op bijvoorbeeld een bitumen • laag kunnen dergelijke zonnepanelen worden gebruikt als dakbedekking. Zonnepanelen van dit type kunnen een lengte 20 hebben van bijvoorbeeld 10 meter. Het probleem is dat voor zeer grote zonnepanelen een lichtbron, geschikt voor het testen ervan niet voorhanden is, terwijl het ontwikkelen van een dergelijke lichtbron zeer kostbaar is. Volgens de uitvinding kan een zonnepaneel worden getest door achter-25 eenvolgens verschillende delen van het zonnepaneel te belichten en met behulp van de daarbij gemeten spanning, stroom en het maximaal afgegeven vermogen de spanning, de stroom en het maximaal afgegeven vermogen van het volledige zonnepaneel te berekenen, op basis van een model 30 beschikbaar voor één zonnecel en van de weerstand van de bedrading van het zonnepaneel. Voor het belichten van een deel van de zonnecel wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van een masker met een opening die dit deel vrijlaat, terwijl naburige zonnecellen onbelicht blijven. Een beschikbare, 35 commercieel verkrijgbare lichtbron kan daarbij boven de opening worden geplaatst.

8

Fig. 3A geeft schematisch in bovenaanzicht een zonnepaneel 13 weer, bedekt door een masker 15 met een opening 16 die een eerste groep van 12 kolommen van zonnepaneel 13 vrijlaat, zodat de zonnecellen van deze kolommen belicht 5 kunnen worden.

Fig. 3B geeft schematisch in bovenaanzicht dit zonnepaneel met masker 15 in een tweede positie weer, waarbij opening 16 een tweede groep van 12 kolommen vrijlaat. Geheel 10 overeenkomstig kunnen ook een derde en een vierde groep kolommen worden gemeten. Vervolgens wordt de donkerstroom gemeten van het zonnepaneel, waarbij masker 15 het zonnepaneel volledig bedekt. Daarna kunnen de parameters van het zonnepaneel worden bepaald op basis van het model 15 van de gebruikte zonnecel en de weerstand van de bedrading van het zonnepaneel. Voor zeer grote zonnepanelen kan men desgewenst een relatief klein aantal groepen van kolommen meten en van de daarbij gemeten parameters de spreiding bepalen. Bij een geringe spreiding kunnen de parameters 20 voor het gehele zonnepaneel nauwkeurig worden geschat op basis van de gemeten parameters.

Fig. 4A geeft schematisch in zijaanzicht een mogelijke uitvoeringsvorm van een meetopstelling weer, bestaande uit 25 een vast opgestelde tafel 17 waarop zonnepaneel 13 is gefixeerd. Tafel 17 is voorzien van een temperatuurregeling 18 die de temperatuur op 298K houdt. Boven tafel 17 is een masker 15, voorzien van een opening 16 verschuifbaar gemonteerd, gepositioneerd boven de eerste groep van 16 30 kolommen van zonnecellen, overeenkomstig Fig. 3A. Op masker 15 is een lichtbron 19 vast gemonteerd, zodanig dat opening 16 uniform wordt belicht. Parameters van zonnepaneel 13 worden gemeten met een op zich bekende meetopstelling 20, voorzien van een computer die de parameters opslaat en die 35 vervolgens een aandrijving 21 aanstuurt, waarmee masker 15 wordt verschoven, zodat achtereenvolgens het gehele 9 zonnepaneel 13 is gemeten en de computer de parameters van zonnepaneel 13 kan berekenen. De computer kan tevens de spreidingswaarden van de gemeten parameters berekenen en een waarschuwing afgeven als deze 5 spreidingswaarden vooraf bepaalde waarden overschrijden.

Fig. 4B geeft schematisch in zijaanzicht een alternatieve meetopstelling weer, die geheel overeenkomt met de in Fig. 4A weergegeven meetopstelling, maar waarbij tafel 17 10 verschuifbaar is opgesteld en aandrijving 21 aan tafel 17 is bevestigd, waardoor masker 15 en lichtbron 19 vast gemonteerd kunnen worden.

1039098

Claims

1. Werkwijze voor het testen van een zonnepaneel, waarbij parameters van het zonnepaneel worden gemeten in een 5 onbelichte toestand en in een toestand waarbij het zonnepaneel wordt belicht met behulp van een lichtbron met bekende parameters, met het kenmerk, dat achtereenvolgens verschillende delen van het zonnepaneel worden belicht en dat daarbij steeds de parameters van het zonnepaneel worden 10 gemeten, waarna de gemeten parameters op een vooraf bepaalde wijze worden gecombineerd, ter verkrijging van een schatting van de parameters die zouden zijn gemeten bij een volledige belichting van het zonnepaneel.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verschillende delen althans nagenoeg volledig disjunct zi jn.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat 20 verschillende delen identieke aantallen in serie geschakelde en parallel geschakelde zonnecellen omvatten.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de verschillende delen het zonnepaneel althans nagenoeg 25 volledig bedekken.

5. Werkwijze volgens conclusie 2,3 of 4, met het kenmerk, dat voor elk zonnepaneel de gemeten parameters voor de verschillende delen tevens onderling worden vergeleken. 30

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat 10 de aandrijving zodanig is ingericht dat de achtereenvolgens belichte delen althans nagenoeg volledig disjunct zijn.

6. Inrichting voor het testen van een zonnepaneel, omvattende een gekalibreerde lichtbron voor het belichten van het zonnepaneel, alsmede een meetorgaan voor het meten van parameters van het zonnepaneel, met het kenmerk, dat de 35 inrichting tevens een masker omvat, in een gebruikstoestand geplaatst tussen de lichtbron en het zonnepaneel, alsmede 1039098 een met het masker en/of het zonnepaneel verbonden aandrijving, ingericht voor het achtereenvolgens belichten van verschillende delen van het zonnepaneel, alsmede een met het meetorgaan verbonden computer, geprogrammeerd voor 5 het combineren van de gemeten parameters, zodanig dat een schatting wordt verkregen van de parameters van het zonnepaneel bij volledige belichting.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de achtereenvolgens belichte delen identieke aantallen in 15 serie geschakelde en parallel geschakelde zonnecellen omvatten.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de aandrijving zodanig is ingericht dat de achtereenvolgens 20 belichte delen het zonnepaneel althans nagenoeg volledig bedekken.

9. Inrichting volgens een der conclusies 6 t/m 8, met het kenmerk, dat het masker een lengte heeft van tenminste twee 25 keer een lengte van het zonnepaneel en/of een breedte heeft van twee keer een breedte van het zonnepaneel.

10. Inrichting volgens een der conclusie 6 t/m 9, met het kenmerk, dat de computer tevens is geprogrammeerd voor het 30 onderling vergelijken van de voor de achtereenvolgens belichte delen van een zonnepaneel gemeten parameters. 1039098