Monolithisch integriertes IC und PV-Klemme ermöglichen Monitoring von PV-Anlagen
Intelligente Leistungsanalyse von Solarpanels
In Zusammenarbeit mit Infineon hat Rutronik ein monolithisches IC (ein so genanntes System on Chip) entwickelt, das über verschiedenen Methoden die Leistung von Solarzellen und Panels analysieren kann. Im Zusammenspiel mit einer intelligenten PV-Panel-Anschlussklemme lässt sich so die Fernanalyse von PV-Anlagen zu erschwinglichen Kosten durchführen.
Im Energiemix der Zukunft etabliert sich die Photovoltaik zum festen Bestandteil. Alleine in Deutschland soll die installierte PV-Leistung von aktuell 9,8 GW auf 80 GW in 2020 gesteigert werden. Voraussetzung, dass die Energieerzeugung dezentral und auf allen Spannungsebenen stattfinden kann, ist ein ebenenübergreifendes Netzmanagement. Neue Technologien treiben die bestmögliche Nutzung des Solarstroms enorm voran, dabei rückt die Analyse der Komponenten in den Fokus.
Auch in der Photovoltaik hält die Fernanalyse von Anlagen zusehends Einzug. Im integrierten Kommunikationsnetz zur lastabhängigen Energieverwaltung übernimmt die Anlagenkommunikation eine Schlüsselfunktion. Einen einfachen Ansatz zur Anlagenüberwachung bietet die Bluetooth-Technologie, weil sich Bluetooth-kompatible Geräte selbstständig und schnell zu einem zuverlässigen Funk-Netzwerk vernetzen. Um benachbarte Anlagen voneinander trennen zu können, gilt es zunächst, für alle Wechselrichter einer Anlage eine einheitliche Netzwerk-Identifikation festzulegen, so dass sie ein gemeinsames Funknetzwerk bilden. Im nächsten Schritt lässt sich das Monitoring per Fernzugriff über jedes Smart-Phone einfach umsetzen. Akkubetriebene Bluetooth-Module garantieren die tageszeitunabhängige Überwachungsfunktion und Ertragsanzeige.
Genau für diese Anwendung hat Rutronik exklusiv mit Infineon Technologies ein System-on-Chip (SoC) mit der Bezeichnung MD8710 entwickelt. Es ist das erste monolithisch integrierte IC, das den größten Teil der Analyse einzelner Solarzellen oder Panels auf einem Chip realisieren kann. Neben einer USB-Schnittstelle und verschiedenen Analysefunktionen bietet es interessante Features:
- Integrierte Anlagenkommunikation
- Modul-zu-Modul-Kommunikation
- Smartphone Connectivity via Bluetooth
- Analoges Frontend für Metering und Analysefunktionen
- Charakterisierung einzelner Solar Panels mittels Impedanzspektroskopie und Intensitäts-Modulations-Photostrom-Spektroskopie
- Photostrom-Spannungskurve
- Kurzschlussstrom Isc
- Leerlauf-Spannung Voc
- MPP Maximaler Arbeitspunkt des einzelnen Panels
- Füll Faktor (Fill Factor), beschreibt das Verhältnis des MPP zu den Leerlaufund Kurzschluss-Parametern
- Alterungs- und Degradierungsverhalten der einzelnen Panels und innerhalb des Strings
- Temperaturmessung
- Diebstahlerkennung und/oder Erkennung von Veränderungen im Netzwerk
Impendanzspektroskopie
Im Zusammenspiel mit einer intelligenten PV-Panel-Anschlussklemme ermöglicht das neue SoC eine Leistungsanalyse der Solarpanels mit Hilfe der Impedanzspektroskopie. Die Impedanzspektroskopie ist eine Methode, um den stationären Zustand der Solarzelle näher zu charakterisieren. Die Impedanz einer Solarzelle beschreibt die Stromantwort der Zelle auf eine kleine, periodisch-modulierte Störspannung in Abhängigkeit der Störfrequenz f. Hierzu wird der Solarzelle bei vorgegebenen, stationären Betriebsbedingungen (bei einem beliebigen Betriebspunkt auf der Kennlinie) eine geringfügige, sinusförmige Wechselspannung der Störfrequenz f überlagert und der resultierende Wechselstrom gemessen. Dies geschieht über einen relativ großen Frequenzbereich (hier von 100 mHz bis 100 kHz). Dabei werden das Amplitudenverhältnis und die Phasenverschiebung zwischen dem vermessenen Wechselstrom und der angelegten Wechselspannung bestimmt. Die Frequenzabhängigkeit der Impedanz liefert zusätzliche Informationen. Insbesondere können unterschiedliche Prozesse in der Solarzelle verschiedene Zeitkonstanten aufweisen und sich somit in unterschiedlichen Frequenzbereichen äußern.
- Intelligente Leistungsanalyse von Solarpanels
- Kinetik elektrochemischer Reaktionen
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