專利名稱：用于太陽光強度的日射傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及確定太陽光強度作為用于評估暴露于該太陽光強度的太陽能模塊的電能的基礎的日射傳感器(insolation sensor)。本發明涉及的日射傳感器，通常并不用于基于太陽光強度產生電能。而是，僅用于測量太陽光強度以具備用于評估暴露于該相同的太陽光強度的光伏系統的太陽能模塊的標準。這種日射傳感器典型地包括有效(active)表面，其表面積僅是布置為平行于該日射傳感器的太陽能模塊的表面積的一部分。進一步地，該日射傳感器典型地布置緊密地在待評估的太陽能模塊旁邊或在其中間，并定向于與太陽能模塊相同的方向。
背景技術：
從DE 10 2008 003 272A1中已知可針對光伏系統的功能測量該光伏系統。為此目的，將運動傳感器布置于太陽能模塊。該運動傳感器允許探測盜竊的情況下的運動或由于強風、暴風雨導致的運動。進一步地，可提供溫度傳感器，其在火災情況下測量環境溫度增加。通過測量太陽能模塊產生的能量，也可識別出該光伏系統上是否落雪或任何污染物是否影響了該系統的性能。從DE 10 2006 008 178A1中已知測量太陽能驅動的發電廠的方法，該文獻中通過比較針對其各個太陽能模塊測量的能量來連續地監測所產生的能量。也可在固定的參考模塊與該太陽能模塊的至少一部分之間進行這樣的比較。優選地，該參考模塊具有與該太陽能模塊相同的物理特性并且暴露在直接接近于并與該太陽能模塊處于相同條件下的太陽光強度。在DE 10 2006 008 178A1中，由天氣條件造成對太陽能模塊的污染或損害表示為影響由太陽能模塊產生的能量的變量。從US2009/0314279A1中已知相對于遮蔽(shadowing)裝置布置的光傳感器陣列。 各個光傳感器的信號用于將與該陣列和遮蔽裝置固定布置的太陽能模塊以相對于太陽位置的最優方式進行定向。通過將由日射傳感器探測的太陽光強度與由太陽能模塊產生的電能進行比較，無法探測日射傳感器和相關聯的太陽能模塊上的均勻污染。類似地，無法通過比較兩者的方式解決影響日射傳感器和太陽能模塊兩者的所有其它外在影響。因此，仍然需要一種日射傳感器，通過該日射傳感器可探測外在影響，特別是由于降落物等造成的影響，即使這些外在影響既影響日射傳感器、又影響借助該日射傳感器測量的太陽能模塊
發明內容
一方面，本發明提供用于確定太陽光強度作為用于評估由暴露于該太陽光強度的太陽能模塊產生的電能的基礎的日射傳感器。該日射傳感器包括包括光入射窗的外表面； 測量太陽光強度的至少一個光傳感器，其布置于該光入射窗后面；以及探測該表面上的降落物(precipitation)和所導致的沉積物(cbposit)的探測器裝置。另一方面，本發明提供用于評估由暴露于太陽光強度的太陽能模塊產生的電能的系統。該系統包括用于確定該太陽光強度的日射傳感器。該日射傳感器包括包括光入射窗的外表面；測量太陽光強度的至少一個光傳感器，其布置于該光入射窗后面；以及探測該表面上的降落物和所導致的沉積物的探測器裝置。該探測器裝置包括布置于該外表面和 /或比較表面的后面的傳感器陣列，該比較表面平行于所述外表面且在所述外表面旁邊橫向布置，并且該傳感器陣列的傳感器分布在25至250cm2的表面積上并且包括彼此之間不超過5cm的距離。進一步地，該探測器裝置包括對來自各個傳感器的信號彼此進行比較的比較器裝置。通過研究下述附圖和詳細說明，本發明的其他特征和優點對于本領域技術人員而言是顯而易見的。所有這些附加的特征和優點意圖包括在本發明權利要求所限定的范圍內。
參考以下附圖將更好地理解本發明。附圖中的組成部分并不必然按比例繪制，重點在于清楚地示出本發明的原理。附圖中，同樣的附圖標記標示各個視圖中相應的部分。圖1是包括四個太陽能模塊和中心日射傳感器的光伏系統的示意俯視圖；圖2是根據圖1的光伏系統的側視圖；圖3是根據圖1和圖2的日射傳感器的光入射窗的視圖；圖4是另一日射傳感器的光入射窗的視圖；圖5是又一日射傳感器的光入射窗及布置于該光入射窗旁邊的比較表面的視圖；圖6是圖5的布置的側視圖；圖7是替代圖5和圖6的日射傳感器的實施例的側視圖；圖8是根據圖5和圖6的日射傳感器的另一替代的側視圖；以及圖9示出日射傳感器和集成有載荷單元(load cell)的相關支撐結構。
具體實施例方式根據本發明的日射傳感器中，提供有探測器裝置，該探測器裝置探測或識別在該日射傳感器的光入射窗表面上的降落物和/或由該降落物導致的持久沉積。這一信息可從日射傳感器以及由該日射傳感器初始探測的光強度中獲得。該信息可用來校正太陽光強度的測量值，因為表面上的降落物或所導致的沉積物會導致初始測量的光強度是錯誤的，即并非真實的光強度。然而，關于光入射窗表面上的降落物或所導致的沉積物的信息可專門用于例如觸發檢查或清洗措施。這些檢查或清洗措施當然不僅針對日射傳感器進行，也針對借助該日射傳感器測量的太陽能模塊進行。如果日射傳感器的表面設置為平行于被測量的太陽能模塊，則日射傳感器表面上所探測的沉積物的意義特別重大。探測日射傳感器的光入射窗的表面上的降落物或所導致的沉積物并不必需直接在該表面上發生。反而，設置為平行于并在日射傳感器的光入射窗的表面旁邊的比較表面可用于該目的。事實上，即使并沒有明確聲明，只要在單獨情況下沒有其它表明，如果在此提及“該表面”，特別是“日射傳感器的光入射窗的表面”，其總是應理解為還包括額外或可選地設置為平行于并在光入射窗的初始表面旁邊的比較表面。然而，該比較表面是用于探測光入射窗的初始表面上的降落物和/或所導致的沉積物的日射傳感器或者探測器裝置的表面，而不是借助該日射傳感器測量的太陽能模塊的表面。該日射傳感器可包括在該表面后面的傳感器陣列，傳感器的信號彼此進行比較。 不同形式的降落物，例如降雨，的特征在于其(至少在短觀察時間內)對于表面不具有均勻的影響。在下雨的情況下，這種例如由各個雨滴撞擊表面而造成的非均勻性可由設置成適當陣列的傳感器來探測。如果要盡可能地探測到和解析這種非均勻性，則認為是適當的陣列應具有一定的最小尺寸，以及各個傳感器之間的距離不能太大。傳感器陣列的面積為25 至250cm2以及其中各個傳感器設置于不超過5cm的距離證明適于用于探測例如由降雨而顯示出的相關非均勻性。所提及的250cm2的上限并不是由解析表面上的降落物的非均勻性的需要而導出的，而是表明根據本發明的日射傳感器的適當的最大尺寸。使用傳感器陣列探測的具體的非均勻性取決于降落物的類型以及所使用的傳感器的類型。然而，可應用規則來自傳感器陣列的特定信號模式對應于可由該信號模式識別的降落物的特定類型。該陣列的傳感器可以是相同的光傳感器，通過它們，根據本發明的日射傳感器還測量太陽光強度。鑒于測量平均分布在各個光傳感器上的太陽光強度合適作為一種規則， 來自各個光傳感器的信號在探測或識別降落物時將被單獨地評估或彼此比較。該陣列的傳感器也可是電容傳感器。在用于探測日射傳感器的表面上的降落物和 /或所導致的沉積物的任何探測器裝置中，電容傳感器會是有利的，因為即使沒有并排布置的傳感器提供不同的信號，也能夠識別出表面上的降落物或沉積。因此，已知的機動車雨水傳感器采用了這種電容傳感器。通過將電容傳感器布置為陣列，可收集關于降落物類型的進一步信息。根據本發明的用于探測日射傳感器的表面上的降落物和/或所導致的沉積物的探測器裝置也可監測包括該表面的日射傳感器主體的物理質量。降落物增加了該主體的質量。這一增加的時間進程以相應的降落物為特征。灰塵或空氣外的其它顆粒的降落物導致緩慢但持續的主體質量的累計增加，而降水則導致質量的暫時增加。因此，質量的暫時增加的特殊進程允許得出關于降水強度和降水的其它情況的結論。為了確定主體的質量，可以提供支撐主體的、或設置于主體的支撐物的載荷單元。例如，如果監測主體取決于其質量的本征頻率，可獲得測定主體質量的更高的靈敏度。為了該目的，探測器裝置可包括耦合至包括表面的主體上的機電轉換器。例如，該機電轉換器可借助掃描信號來詢問主體的本征頻率。這樣做時，也可以測量由沉積的污染物導致的主體的衰減，也可以得出表面上的沉積的類型。在根據本發明的日射傳感器中，還可提供機電轉換器，用于探測由于降落物激發的日射傳感器主體的撞擊聲。該撞擊聲頻譜也可得出觸及主體表面的降落物的類型。在特定實施例中，根據本發明的日射傳感器包括部分覆蓋表面的污染保護蓋。在表面的被覆蓋區域，避免了由任何類型的降落物造成的表面污染。當去除該污染保護蓋時，通過比較來自未被覆蓋的和被覆蓋的表面部分的信號，可以得出未被覆蓋的表面部分上的沉積。優選地，可通過馬達去除污染保護蓋。用于探測表面上的降落物或所導致的沉積物的根據本發明的日射傳感器的探測器裝置也可確定由表面透射的光的光譜分布。該光譜分布當然不僅取決于由于降落物導致的表面上的沉積，也取決于降落物，并且以這種方式得出該沉積。這特別應用在該光譜分布與根據本發明收集的其它信息進行比較時。該其它信息也可包括由日射傳感器的表面透射的光的方向性分布。通常，表面上的任何沉積都導致能夠在該表面后被探測的透射光的更加發散的散射。為了確定由日射傳感器的表面透射的光的方向性分布，根據本發明的日射傳感器也可具有定向于不同方向的光傳感器。另外還有利的是，用于探測表面上降落物和/或所導致的沉積物的探測器裝置包括其它傳感器，例如用于探測日射傳感器周圍環境的溫度和/或大氣濕度和/或風速和/ 或風向的傳感器。另外，可以提供標志日期和/或時間和/或位置和/或日射傳感器的定向的裝置，從而在確定表面上的降落物或所導致的沉積物中包括這些信息。根據本發明的日射傳感器，除了評估太陽能模塊的電能，當設置在根據本發明的日射傳感器中的傳感器還響應于模塊失竊的特殊情形例如振動、傾斜變化、明顯的覆蓋等時，也可針對失竊檢驗太陽能模塊。因此，該日射傳感器也用于基于其傳感器的這種響應而輸出失竊警告信號。附圖1和2中示出的太陽能系統1包括四個太陽能模塊2和布置在這些太陽能模塊2中心的一個日射傳感器3。太陽能模塊2的表面4和日射傳感器3的光入射窗的表面 5彼此平行布置，從而來自太陽7的光6的入射角度在表面4和5上是相同的。日射傳感器3用于確定來自太陽7的光6的太陽光強度。借助于該信息，可以評估太陽能模塊2的電能。該信息也可用于確定太陽能模塊2的操作條件和/或用于確定太陽能模塊2在最優操作條件下能夠提供或者應當提供多少能量。光伏系統1上的如灰塵、雨水、雪、濃霧等形式的任何降落物基本上一致地影響日射傳感器3和太陽能模塊2，至少在它們基本上具有相同的物理特性時。然而，本發明涉及探測和分析表面5上這樣的降落物或所導致的沉積物。圖3示出日射傳感器3的光入射窗8，其表面5覆蓋日射傳感器3的全部有效表面以用于數據收集。光傳感器10的陣列9位于該光入射窗8的后面。光傳感器10的集合用于確定由光入射窗8透射的太陽光強度。同時，來自各個光傳感器10的信號彼此比較以探測表面5上的變化，該變化指示表面5上的降落物。例如，雨滴可減少由位于該雨滴撞擊點后面的光傳感器10測量的光強度，而不影響由鄰近光傳感器10測量的光強度。沿單獨軌跡下流的雨水也導致由各個光傳感器探測的光強度的區別性變化。進一步地，由于采用濾色器，特別對紅、綠和藍光敏感的光傳感器的拜爾矩陣由表示光傳感器10的框中的字母R、G和B標示。這一布置對應于RGB彩色攝像機芯片中的一個光傳感器。其可收集關于由光入射窗8透射的光的光譜信息。該信息也包括表面5上降落物或所導致的沉積物的指示，特別是當其與根據本發明獲得的其它信息進行比較時。在根據圖4的日射傳感器3中，除了光傳感器10以外，電容傳感器11布置在光入射窗8后面的陣列12中。該電容傳感器11可單獨地或與光傳感器10 —起用于特征化表面5上的降落物或所導致的沉積物。在根據圖5的日射傳感器3中，也提供了光傳感器10的陣列9和電容傳感器11 的陣列12。然而在此，只有光傳感器10布置在光入射窗8的后面，而電容傳感器11布置于平行于并位于光入射窗8的表面5旁邊的比較表面13的后面。比較表面13，也算作日射傳感器3的有效表面。根據圖6的側視圖揭示了在當前實施例中，包括了其比較表面13的日射傳感器3的全部有效表面由單個主體14制成，例如玻璃板。這在附圖7示出的日射傳感器3的實施例中存在區別。在此，光傳感器10布置于具有表面5的部分主體14'后面，而比較表面13是部分主體14"的一部分。機電轉換器 15布置于該部分主體14"，通過該機電轉換器可測量取決于降落物導致的表面13上的沉積和部分主體14"的衰減的部分主體14"的本征頻率。可選地，該機電轉換器也可制成用于探測由降落物造成的部分主體14"的撞擊聲振動的撞擊聲擴音器。圖8示出日射傳感器3的實施例，其中在光傳感器10"位于其后面的表面5的一部分上方提供污染保護蓋16，而光傳感器10'位于未被污染保護蓋16覆蓋的表面5的另一部分的后面。該污染保護蓋16可通過電機沿箭頭方向去除，以利用未被表面5上的沉積影響的光傳感器10"獲得比較測量值，而光傳感器10'的測量值受到表面5上的降落物和所導致的沉積物的影響。圖9示出借助于具有電阻應變儀18形式的載荷單元15測量包括表面5的主體14 的質量變化的選項，其中電阻應變儀提供在相對于基座20支撐日射傳感器3的支撐臂19 上。可以理解載荷單元17還探測日射傳感器3上的風荷載等。
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權利要求
1.一種日射傳感器，用于確定太陽光強度作為用于評估由暴露于所述太陽光強度的太陽能模塊產生的電能的基礎，所述日射傳感器包括包括光入射窗的外表面；測量所述太陽光強度的至少一個光傳感器，所述至少一個光傳感器布置于所述光入射窗后面；以及探測所述表面上的降落物和所導致的沉積物的探測器裝置。
2.根據權利要求1所述的日射傳感器，其中所述探測器裝置包括傳感器陣列，并將來自各個傳感器的信號彼此進行比較，所述傳感器陣列布置在所述外表面和/或比較表面的后面，所述比較表面平行于所述外表面且在所述外表面旁邊橫向布置。
3.根據權利要求2所述的日射傳感器，其中所述傳感器陣列的傳感器分布在25至 250cm2的表面積上并且包括彼此之間不超過5cm的距離。
4.根據權利要求2所述的日射傳感器，其中所述傳感器陣列的傳感器包括測量所述太陽光強度的所述至少一個光傳感器。
5.根據權利要求1所述的日射傳感器，其中所述探測器裝置包括至少一個電容傳感ο
6.根據權利要求1所述的日射傳感器，其中所述探測器裝置確定所述日射傳感器的主體的物理質量，所述日射傳感器的主體包括所述外表面和/或比較表面，所述比較表面平行于所述外表面且在所述外表面旁邊橫向布置。
7.根據權利要求6所述的日射傳感器，其中所述探測器裝置包括支撐所述日射傳感器的所述主體的載荷單元。
8.根據權利要求6所述的日射傳感器，其中所述探測器裝置包括布置于支撐所述日射傳感器的所述主體的支撐結構的載荷單元。
9.根據權利要求6所述的日射傳感器，其中所述探測器裝置確定所述日射傳感器的所述主體的本征頻率。
10.根據權利要求1所述的日射傳感器，其中所述探測器裝置包括耦合于所述日射傳感器的主體的機電轉換器，所述日射傳感器的所述主體包括所述外表面和/或比較表面， 所述比較表面平行于所述外表面且在所述外表面旁邊橫向布置。
11.根據權利要求10所述的日射傳感器，其中所述機電轉換器探測激發所述日射傳感器的所述主體的撞擊聲振動。
12.根據權利要求1所述的日射傳感器，其中提供有污染保護蓋，所述污染保護蓋部分地覆蓋所述外表面和/或比較表面，所述比較表面平行于所述外表面且在所述外表面旁邊橫向布置。
13.根據權利要求12所述的日射傳感器，其中所述污染保護蓋可通過電機去除。
14.根據權利要求1所述的日射傳感器，其中所述探測器裝置確定由所述外表面和/或比較表面透射的光的光譜分布，所述比較表面平行于所述外表面且在所述外表面旁邊橫向布置。
15.根據權利要求1所述的日射傳感器，其中所述探測器裝置確定由所述外表面和/或比較表面透射的光的方向性分布，所述比較表面平行于所述外表面且在所述外表面旁邊橫向布置。
16.根據權利要求1所述的日射傳感器，其中所述探測器裝置包括選自溫度、大氣濕度、風速和風向傳感器，以及日期、時間、位置和定向指示設備中的至少一個另一單元。
17.一種用于評估由暴露于太陽光強度的太陽能模塊產生的電能的系統，所述系統包括用于確定所述太陽光強度的日射傳感器，所述日射傳感器包括 包括光入射窗的外表面；測量所述太陽光強度的至少一個光傳感器，所述至少一個光傳感器布置于所述光入射窗后面；以及探測所述表面上的降落物和所導致的沉積物的探測器裝置，所述探測器裝置包括 布置于所述外表面和/或比較表面的后面的傳感器陣列，所述比較表面平行于所述外表面且在所述外表面旁邊橫向布置，并且所述傳感器陣列的傳感器分布在25至250cm2的表面積上并且包括彼此之間不超過5cm的距離，以及對來自各個傳感器的信號彼此進行比較的比較器裝置。
全文摘要
一種日射傳感器，用于確定太陽光強度作為用于評估暴露于該太陽光強度的太陽能模塊產生的電能的基礎，包括包括光入射窗的外表面；測量太陽光強度的至少一個光傳感器，其布置于該光入射窗后面；以及探測該表面上影響日射傳感器和太陽能模塊兩者的降落物和所導致的沉積物的探測器裝置。
文檔編號G01R31/40GK102410874SQ201110207839
公開日2012年4月11日 申請日期2011年6月22日 優先權日2010年6月22日
發明者B·馬格努森 申請人:艾思瑪太陽能技術股份公司