Hilfsblätter zu „Photovoltaik und Solartechnik, Teil B“ - FB E+I: Home

In der Praxis wird ein Solargenerator oft zeitweise vom Horizont (Gebirge) oder durch wandartige
Strukturen beschattet. Solche Strukturen können Gebäude oder bei horizontal gestaffelten
Solargeneratoren auch eine vorne angeordneter Solargenerator sein. Mit sogenannten
Beschattungsdiagrammen [1] kann der Beschattungsfaktor kB ermittelt werden. Dieser Faktor
reduziert die eingestrahlte Energie durch die Direktstrahlung. Diffus- und Reflexionsstrahlung
werden auch gering beeinflusst. Auf eine Korrektur der Faktoren RD und RR kann im
Allgemeinen verzichtet werden.
1.4 Messung der Sonnenstrahlung
Die korrekte Messung der Sonneneinstrahlung in die Horizontalebene und in die Solargeneratorebene
erfolgt üblich mit Pyranometern.
Pyranometer bestehen aus einer Thermosäule aus vielen in Serie geschalteten Thermoelementen.
Die schwarze Empfangsfläche am einen Ende der Thermoelemente absorbiert die gesamte
eingestrahlte Energie im Wellenlängenbereich 300 nm < < 3 m. Ein doppelter halbkugelförmiger
Glasdom verhindert zusätzliche Reflexionen am Glas bei flachen Einfallswinkeln und
erschwert das Beschlagen des Glases bei ungünstigen Verhältnissen bezüglich Temperatur und
Feuchtigkeit. Die Ausgangsspannung eines Pyranometers ist mit einer gewissen Antwortzeit
proportional zur Einstrahlung. Sie ist relativ klein, da die von Thermoelementen erzeugten
Spannungen sehr klein sind. Bei G = 1 kW/m 2 liegt die Ausgangsspannung eines typischen
handelsüblichen Gerätes etwa bei 5 mV.
Diese relativ kleinen Ausgangsspannungen können nicht direkt weiter verarbeitet werden,
sondern müssen zuerst verstärkt werden. Der Aufbau von genauen Verstärkern, welche Signale ab
ca. 10 µV bis ca. 10 mV mit hoher Genauigkeit richtig verstärken, erfordert einige elektrotechnische
Kenntnisse. Bei fehlerhaftem Aufbau der Messanordnung (z.B. unkorrekte Abschirmung,
schlechten Messverstärkern, Erdschlaufen usw.) können große Messfehler auftreten.
Pyranometer CMP21 ohne und mit Abdeckung von der Firma Kipp & Zonen zur Messung
der Globalstrahlung in der Horizontalebene
Referenzzellen sind genau geeichte Silizium-Solarzellen, welche zur Strahlungsmessung eingesetzt
werden und zum Schutz vor Umwelteinflüssen gut verpackt sind. Sie sind wesentlich
preisgünstiger als Pyranometer. Bei einer Solarzelle ist der Kurzschlussstrom ISC mit guter
Genauigkeit proportional zur auf die Referenzzelle auftreffenden Bestrahlungsstärke G.
Referenzzellen verfügen oft über einen genauen Messshunt, der diesen Kurschlussstrom in eine
Spannung umwandelt (typisch ca. 30 mV bei G = 1 kW/m 2 ) und über einen eingebauten
Zusatzsensor zur genauen Messung der Zellentemperatur (z.B. PT-100-Sensor, Thermoelement,
leerlaufende zweite Zelle).
G. Schenke, 2.2012 Photovoltaik und Solartechnik FB Technik, Abt. E+I 16