Ein Sonneneinstrahlungssensor misst die Bestrahlungsstärke, also die auf eine Fläche bezogene solare Strahlungsleistung. Der momentane Messwert wird üblicherweise in Watt pro Quadratmeter (W/m²) angegeben. In PV-Anlagen ermöglicht der Sensor den Vergleich zwischen der verfügbaren Sonneneinstrahlung und der tatsächlich erzeugten PV-Leistung.

Sonneneinstrahlungssensoren kurz zusammengefasst

• Ein Sonneneinstrahlungssensor liefert eine wichtige Referenzgröße für die Bewertung der Leistung und des Energieertrags einer PV-Anlage.
• Pyranometer und Referenzzellen nutzen unterschiedliche Messprinzipien und unterscheiden sich unter anderem hinsichtlich Spektralbereich, Genauigkeit und Kosten.
• Für aussagekräftige Messungen sollte der Sensor möglichst dieselbe Ausrichtung und Neigung wie die PV-Module aufweisen.
• Verschattung, Verschmutzung, Montagefehler, Alterung und Kalibrierabweichungen können die Messwerte beeinflussen.

Wie wird die Sonneneinstrahlung einer PV-Anlage gemessen?

Für die Bewertung eines PV-Generators wird der Sensor üblicherweise parallel zu den Modulen montiert. Dadurch erfasst er die Einstrahlung in Modulebene, die als Plane-of-Array-Irradiance beziehungsweise POA-Einstrahlung bezeichnet wird. Diese Messgröße berücksichtigt die tatsächliche Ausrichtung und Neigung der PV-Module und ist deshalb für Performance-Auswertungen meist relevanter als die Einstrahlung auf eine horizontale Fläche.

Zu den gebräuchlichen Bauarten gehören Pyranometer und Referenzzellen. Ein Pyranometer misst die solare Einstrahlung über einen breiten Spektralbereich. Je nach Geräteklasse kann es eine hohe Messgenauigkeit erreichen.

Eine Referenzzelle basiert dagegen auf einer PV-Zelle und erzeugt ein von der Einstrahlung abhängiges elektrisches Signal. Sie kann das Einstrahlungsverhalten eines PV-Moduls besonders praxisnah abbilden, wenn ihre Zelltechnologie und spektrale Empfindlichkeit ausreichend mit den verwendeten PV-Modulen vergleichbar sind. Abweichende Zelltechnologien oder spektrale Eigenschaften können die Vergleichbarkeit einschränken.

Die gemessene Einstrahlung kann zusammen mit der Modultemperatur und technischen Anlagendaten verwendet werden, um eine erwartbare PV-Leistung zu bestimmen. Weicht die gemessene Leistung deutlich von diesem Erwartungswert ab, kann dies auf Verschmutzung, Verschattung, technische Fehler, Abregelung oder andere betriebliche Einflüsse hinweisen.

Dabei ist zwischen Bestrahlungsstärke und Einstrahlungsenergie zu unterscheiden: Der momentane Wert wird in W/m² angegeben. Die über einen Zeitraum aufsummierte Einstrahlungsenergie wird dagegen in kWh/m² ausgedrückt.

Wo werden Sonneneinstrahlungssensoren eingesetzt?

• Performance-Analyse: Einstrahlung und tatsächliche PV-Leistung werden verglichen, um die Anlagenperformance unter den jeweiligen Wetterbedingungen zu bewerten.
• Fehlererkennung: Eine auffällig niedrige Leistung trotz hoher Einstrahlung kann auf technische oder betriebliche Abweichungen hinweisen.
• Ertragsbewertung: Die aufsummierte Einstrahlungsenergie unterstützt die Einordnung des gemessenen Energieertrags über Tage, Monate oder Jahre.
• Anlagenvergleich: Bei geeigneter Sensorik können unterschiedliche PV-Felder oder Teilanlagen miteinander verglichen werden.

Aussagekraft, Grenzen und technische Voraussetzungen

Die Qualität einer Performance-Auswertung hängt wesentlich von der Sensorqualität, der Montageposition, der Kalibrierung und dem Messintervall ab. Der Sensor sollte möglichst denselben Umgebungsbedingungen wie der betrachtete PV-Generator ausgesetzt sein. Lokale Verschattung, Verschmutzung oder eine abweichende Ausrichtung können das Ergebnis verfälschen.

Neben einer geeigneten Kalibrierung sind die regelmäßige Kontrolle und Reinigung des Sensors wichtig. Verschmutzungen auf der Sensoroberfläche können den Messwert reduzieren und dadurch fälschlicherweise als geringe Sonneneinstrahlung interpretiert werden.

Bei langfristigen Auswertungen müssen außerdem Alterung, Temperaturabhängigkeit und mögliche Kalibrierabweichungen berücksichtigt werden. Häufig werden deshalb zusätzlich Modultemperatur, Umgebungstemperatur und gegebenenfalls Windgeschwindigkeit erfasst.

Ein einzelner Sonneneinstrahlungssensor bildet große oder unterschiedlich ausgerichtete PV-Felder nicht immer repräsentativ ab. Bei mehreren Modulneigungen, Ausrichtungen oder deutlich unterschiedlichen Umgebungsbedingungen können zusätzliche Sensoren erforderlich sein.

Einbindung von Sonneneinstrahlungssensoren mit EcoPhi

EcoPhi kann Sonneneinstrahlungssensoren über verfügbare analoge oder digitale Schnittstellen anbinden. Die Messwerte lassen sich mit PV-Leistung, Energieertrag und Modultemperatur zusammenführen und visualisieren.

Auf dieser Datengrundlage können Soll-Ist-Vergleiche, Performance-Auswertungen und Alarmierungen bei auffälligen Abweichungen umgesetzt werden. Die konkrete Integration hängt vom Sensortyp, der Kommunikationsschnittstelle, der Datenqualität und den Anforderungen des jeweiligen Projekts ab.

Fazit: Grundlage für belastbare PV-Performance-Analysen

Ein Sonneneinstrahlungssensor schafft eine wetterbezogene Referenz für die Bewertung einer PV-Anlage. Erst die Kombination aus geeigneter Sensorik, korrekter Montage, regelmäßiger Kontrolle und ergänzenden Messwerten ermöglicht belastbare Aussagen darüber, ob die tatsächliche PV-Leistung zur vorhandenen Sonneneinstrahlung passt.

Häufig gestellte Fragen

Was misst ein Sonneneinstrahlungssensor?

Der Sensor misst die Bestrahlungsstärke, also die auf eine Fläche bezogene solare Strahlungsleistung. Der momentane Messwert wird üblicherweise in W/m² angegeben.

Was ist der Unterschied zwischen einem Pyranometer und einer Referenzzelle?

Ein Pyranometer erfasst solare Strahlung über einen breiten Spektralbereich. Eine Referenzzelle basiert auf einer PV-Zelle und kann das für PV-Module relevante Einstrahlungsverhalten praxisnah abbilden, sofern Zelltechnologie und spektrale Empfindlichkeit ausreichend vergleichbar sind.

Warum wird zusätzlich die Modultemperatur gemessen?

Die Leistung eines PV-Moduls hängt nicht nur von der Einstrahlung, sondern auch von seiner Temperatur ab. Die Modultemperatur verbessert deshalb die Berechnung einer erwartbaren PV-Leistung.

Reicht ein Sensor für jede PV-Anlage aus?

Nicht grundsätzlich. Bei großen Anlagen sowie bei unterschiedlichen Ausrichtungen, Neigungen oder Umgebungsbedingungen können mehrere Sensoren notwendig sein.