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Blitzlichtgewitter – Homogenitätsauswertung an Blitzlicht-Sonnensimulatoren

Im Fertigungsprozess von Solarmodulen werden sogenannte Blitzlicht-Sonnensimulatoren eingesetzt, deren Lichtblitze strengen Anforderungen hinsichtlich ihrer Homogenität unterliegen. Die Blitze, die von diesen Flashern erzeugt werden, haben eine Dauer von wenigen Millisekunden bei einer Bestrahlungsstärke im Bereich von 1000 W/m².

Zielsetzung
Es muss die Homogenität der Lichtverteilung über eine größere Prüffläche detailliert bestimmt werden. Die Hauptanforderungen an dieses Messsystem sind einerseits eine große Anzahl von Sensoren, die die Intensität der Lichteinstrahlung auf einer großen Fläche aufnehmen können, andererseits wird eine genaue und schnelle Messwerterfassung, welche die Lichtblitze genügend fein auflöst, benötigt.

Die Hardware
Als Sensoren werden 55 Solarzellen verwendet, die in 5 Reihen zu je 11 Zellen in einem Solarmodul zusammen gefasst sind. Die Stärke der Lichteinstrahlung kann hiermit auf einer Fläche von ca. 50x110 cm als zweidimensionale Messwertmatrix aufgenommen werden. Gleichzeitig wird eine Referenzzelle vermessen, die zur Kalibrierung der Messwerte eingesetzt wird.

Die verwendete Messhardware basiert auf der PXI–Produktpalettevon National Instruments. Eingesetzt werden zwei, über den RTSI–Bus synchronisierte, Multifunktionskarten PXI-6071E. Mit dieser Konfiguration wird die messtechnische Voraussetzung unterboten. Es werden Abtastraten von ca. 25 Mikrosekunden bei 56 Messkanälen und einem Jitter < ± 0,1% realisiert.

Die Software
Die Sonnensimulatoren sind so montiert, dass deren Blitze typischerweise eine Fläche ausleuchten, welche die Größe des Messmoduls um ein Vielfaches übersteigt. Daher müssen an verschiedenen Positionen der Prüffläche Einzelmessungen mit aufeinanderfolgenden Blitzen vorgenommen und gemeinsam zu einem späteren Zeitpunkt ausgewertet werden.
Zu diesem Zweck wird die Prüffläche des Prüfstands in eine 2D-Matrix aufgeteilt, deren einzelne Elemente separat mit dem Solarmodul vermessen werden. Jede Einzelmessung kann abgespeichert und zu einem beliebigen Zeitpunkt einem Element der Matrix zugewiesen werden. Nachdem die Gesamtfläche vermessen wurde, kann die Homogenität der Bestrahlungsstärke ausgewertet werden. Hierzu kann ein frei definierbarer Zeit- und Flächenbereich des Lichtblitzes herangezogen werden.

Das Gesamt-Projekt ist im März 2004 unter dem Arbeitstitel „Leistungsmessung von PV-Modulen mit Sonnen-Simulatoren - Bewertung der Lichtqualität mit neuartiger Messtechnik“ auf dem „19. Symposium Photovoltaische Solarenergie“ als eines von 57 Projekten vorgestellt worden und hat dort den Innovationspreis gewonnen
 
 
     
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