Titelaufnahme

Titel
Machbarkeitsstudie für einen energieautarken Sensor zur Messung der solaren Einstrahlung für den Monitoringeinsatz bei PV-Anlagen
Weitere Titel
Feasibility study for a self-powered sensor for measuring the solar irradiation for monitoring use in PV systems
VerfasserKummerer, Alexander
GutachterPetz, Andreas
Erschienen2014
Datum der AbgabeJuni 2014
SpracheDeutsch
DokumenttypBachelorarbeit
Schlagwörter (DE)Einstrahlungssensor / Energieautarker Einstrahlungssensor / Energiekritisch / Energiesparmodus / Maximum Power Point Tracking / Solare Einstrahlungsstärke / Temperaturkompensation / Überbrückungsspannungsquelle
Schlagwörter (EN)irradiance sensor / energy autark irradiance sensor / Critical energy / Energy saving mode / Maximum Power Point Tracking / Solar irradiance / temperature compensation / Bridge voltage source
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Wenn man die aktuell auftretende solare Einstrahlung quantifizieren will, benötigt man dafür Einstrahlungssensoren. Diese Sensoren nehmen die solare Einstrahlungsstärke auf und können diesen auch wiedergeben. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Machbarkeit eines solchen Sensors. In der Machbarkeitsstudie geht es darum, einen Einstrahlungssensor zu entwerfen, der mit geringen finanziellen Mitteln realisierbar ist. Trotzdem soll der Sensor umfangreichere Eigenschaften besitzen, als die üblichen Detektoren, die man derzeit erwerben kann. Der Sensor kommt ohne externe Stromversorgung aus, da er die benötigte Energie selber generiert. Zu diesem Zweck arbeitet der Sensor unabhängig von jeder ausgelagerten Energiequelle und wird nur durch die von den Einstrahlungssensoren bereitgestellte Energie versorgt. Daraus ergibt sich ein großes Einsatzgebiet für die Überwachung der Einstrahlungsstärke. Man kann den Sensor nicht nur direkt bei der PV-Anlage nutzen, sondern auch die Einstrahlung an noch nicht erschlossenen Orten überprüfen. Damit ein solcher autark arbeitender Einstrahlungssensor realisiert werden kann, werden nur energiesparende Komponenten verwendet. Das gilt vorrangig für den Mikrocontroller. Diese Arbeit zeigt auf, welche Maßnahmen getroffen werden können, um den Energieverbrauch so gering wie möglich zu halten. Sie beschäftigt sich weiters mit der Realisierung eines Energiespeichers, der das System auch bei niedriger oder ohne solarer Einstrahlung aufrecht erhalten kann. Dabei ist zu beachten, dass der Sensor eine Ladeschaltung benötigt, um den Energiespeicher aufzuladen. Um ein möglichst genaues Abbild der solaren Einstrahlungsstärke zu bekommen erfolgt die Realisierung des Sensors mittels Solarzellen. Dabei ist zu beachten, dass die Temperatur Einfluss auf die Messergebnisse hat. Deshalb setzt sich diese Arbeit auch damit auseinander was es braucht um temperaturkompensierte Messergebnisse zu erhalten. Ein weiterer Punkt, der auf seine Machbarkeit hin untersucht wird ist, wie Sensoren, die durch Umwelteinflüsse beeinträchtigt sind, erkannt werden können und aus den Ergebnissen der Messwerte eliminiert werden können. Deshalb wird die solare Einstrahlungsstärke nicht nur mit einer Solarzelle gemessen, sondern mit mehreren. Damit unterscheidet sich der Sensor von gängigen Einstrahlungssensoren, bei denen nicht genau nachvollzogen werden kann, ob der Sensor defekt, durch Verschmutzung beeinträchtigt, oder ob es gerade wenig solare Einstrahlung gibt. Eine weitere Eigenschaft des Sensors besteht darin, dass er seine aufbereiteten Messdaten abspeichert, damit man sie zu einem späteren Zeitpunkt auswerten kann. Dabei ist es notwendig, dass jeder einzelne Messwert mit einem Timestamp versehen wird um den zeitlichen Verlauf der solaren Einstrahlungsstärke nachvollziehbar zu machen. Zusammengefasst soll der Sensor mit diesen Eigenschaften autonom arbeiten und präzise Messwerte über die auftretende solare Einstrahlung geben

Zusammenfassung (Englisch)

To determine the solar radiation, the usage of a sensor which enables the quantification of radiation is necessary. This sensor provides similar amounts of strength in solar irradiation. This document deals with the creation of a feasibility study for a solar sensor. It covers the process of designing a sensor at lower costs, while having more comprehensive performance compared to currently available detectors in the market. The possibilty of operating without an external power supply represents an additional task. As a result the necessary energy should be generated by the solar sensor itself, providing a bigger area of application for monitoring of solar radiation. Not only could the sensor be used by placing the sensor beside the Photovoltaic construction, but also for controlling the radiation in undeveloped areas. Such a self-sufficient irradiation sensor has to be developed, therefore energy-saving components should be used for the microcontroller. The feasibility study outlines measures, which minimize the energy consumption to the lowest possible level. Furthermore this feasibility study also deals with the realization of further energy storage, which enables the system to maintain itself with little or no solar radiation. It should be noted that the sensor requires a charging circuit to charge the energy storage device. To get an accurate picture of the solar radiation, solar cells should be used for that sensor. Because of this matter, there is no temperature compensation. Due to that fact it is not possible to get measurement results including the temperature compensation. Another point in this study is to look at measurement results delivered by a sensor corrupted by environmental influences. One possibility deals with solar radiation measured by more than one solar cell, causing the sensor to differ from other irradiation sensors. In this case it is not possible to distinct a damaged sensor from low solar irradiation. A further feature of the sensor is the ability to store measured data to be evaluated at a later time. It is necessary that each individual measurement is provided with a timestamp, so you can trace the course of the solar irradiation. All in all, the sensor could work with these features automatically and would give exact measurements of the current solar irradiation.