Panel fotowoltaiczny z czujnikiem uszkodzen mechanicznych Przedmiotem wynalazku jest panel fotowoltaiczny z czujnikiem uszkodzen mechanicznych, który przeznaczony jest do monitorowania zestawu paneli fotowoltaicznych pod katem ich potencjalnych uszkodzen mechanicznych, czy ich kradziezy. Rozwiazanie wedlug wynalazku ma równiez zapewnic szybka identyfikacje uszkodzonego elementu, jednego z wielu wielkopowierL:chniowego zestawu paneli fotowoltaicznych. Bezawaryjna praca paneli fotowoltaicznych jest warunkiem efektywnego wytwarzania energii, dlugiej zywotnosci oraz szybkiego zwrotu inwestycji Aby zape\.vnic bezawaryjna prace wymagana jest prosta i niezawodna metoda oceny wydajnosci panelu slonecznego zarówno w procesie produkcyjnym, jak i po montazu. Obecnie powszechnie wykorzystywane sa kamery termowizyjne w badaniach paneli slonecznych zarówno w procesie produkcyjnym, jak i do badan kontrolnych i konserwacyjnych po zamontowaniu panelu. Z uwagi, iz wystepujace w panelu skazy sa wyraznie widoczne na obrazie termicznym kamery termiczne moga byc uzywane do skanowania duzych powierzchni zainstalowanych paneli slonecznych w czasie normalnej pracy. Kamery termowizyjne sa przenosne, lekkie i pozwalaja na ich zastosowanie w terenie, niemniej zawsze wymagaja skanu paneli - ich powierzchni - przez uzytkownika w miejscu ich rozlokowania. Znane jest z miedzynarodowego zgloszenia wynalazku WO2007006564A2 urzadzenie do monitorowania modulów paneli fotowoltaicznych w przypadku kradziezy lub uszkodzenia poprzez ocene sygnalów napiecia szczatkowego. Wynalazek ujawnia rozwiazanie, które bez z góry okreslonego dzialania pradu znamionowego dostarcza sygnal poprzez monitorowanie napiecia pradu stalego w przypadku uszkodzenia lub kradziezy. Zgodnie z wynalazkiem komparator okienny z zaprogramowanym napieciem odniesienia dzieli napiecie szczatkowe paneli fotowoltaicznych, które jest podawane o zmierzchu lub w nocy, na trzy kategorie. Sygnal kodowany dla kazdego panelu jest wysylany do centralnego urzadzenia alarmowego, które znajduje sie obok falownika i które ma dekoder, który uruchamia alarm dla panelu w przypadku, gdy napiecie szczatkowe generowane przez panele sloneczne spadnie do zera. Znane jest z chinskiego zgloszenia wynalazku CN114006579A urzadzenie przetwarzajace wykrywanie bledów modulu fotowoltaicznego, które zawiera: modul fotowoltaiczny zawierajacy wiele paneli ogniw polaczonych szeregowo, przy czym PL 443246 A1 2/12kazdy panel ogniw zawiera koniec wejsciowy i koniec wyjsciowy; modul samokontroli, który zawiera elementy czujnikowe, które sa polaczone równolegle z zewnetrznymi bokami paneli ogmw, przy czym elementy czujnikowe sa wykorzystywane do monitorowania, CLY panel pojedynczego ogniwa ulega usLkodzeniu. czy nie; oraz modul awaryjny, który sklada sie z kontrolerów polaczonych z elementami czujnikowymi i w którym przewody sa umieszczone miedzy koncówkami wejsciowymi a koncówkami wyjsciowymi. Na kazdym przewodzie zwierajacym jest umieszczona jednostka wlaczania i wylaczania, a kontrolery stemja odlaczaniem i podlaczaniem jednostek. Znany jest z chinskiego zgloszenia wzoru uzytkowego CN209964016U samokontrolujacy sie modul ogniwa slonecznego modulu fotowoltaicznego. Modul zawiera skrzynke polaczeniowa i plyty boczne, przy czym w skrzynce polaczeniowej sa umieszczone zespól ciagu akumulatorów i urzadzenie do samokontroli uszkodzenia pojedynczego modulu fotowoltaicznego; obwód pomiarowy jest polaczony równolegle z meskimi i zenskimi koncówkami wylotowymi przewodu glowicy kazdego pojedynczego zespolu fotowoltaicznego. Obwód pomiarowy sklada sie z plytki obwodu wykrywania i akwizycji pradu i napiecia oraz przelacznika recznego, które sa polaczone szeregowo. Znany jest z europejskiego zgloszenia wynalazku EP3407465Al sposób i system monitorowania pracy i optymalizacji zestawu paneli fotowoltaicznych umozliwiajacy detekcje predykcje uszkodzen, przy czym komunikacja modulów monitorujacych odbywa sie droga radiowa, jest liniowa dwukiemnkowa, w precyzyjnie ustawionych przedzialach czasowych, w których poszczególne adresy logiczne odpowiadaja fizycznej lokalizacji modulów monitorujacych wzgledem siebie. Koordynator sieci nadzoruje poprawna komunikacje sieciowa poprzez wysylanie ramek synchronizacji i zada11 transmisji danych, które umozliwiaja miedzy innymi obsluge modulów monitorujacych i synchronizacje pomiarów przez me wykonywanych. W sklad systemu wchodza moduly monitorujace mierzace parametry paneli fotowoltaicznych za pomoca obwodu pomiarowego napiecia oraz obwodu pomiarowego pradu i przechowujace te parametry w pamieci mikrokontrolera. Dane przesylane sa droga radiowa za pomoca modulu komunikacji bezprzewodowej z antena komunikacyjna w sposób zsynchronizowany na podstawie informacji od koordynatora s1ec1. PL 443246 A1 3/12Celem wedlug wynalazku jest wyposazenie panelu fotowoltaicznego w czujnik, który ma niska odpornosc mechaniczna, prze1ywa sciezke przewodzaca juz w przypadku pekniecia monitorowanej powierzchni oraz odpowiednio wysoka rezystancje i na odpowiednim poLiomie mierzalna wartosc jej zmiany przy uszkodzeniu obwodu pomiarowego. Rozwiazanie wedlug wynalazku ma w sposób ciagly i bezobslugowy zapewnic monitoring zestawu paneli fotowoltaicznych pod ka.tern ich potencjalnych uszkodzen mechanicznych oraz umozliwic szybka lokalizacje szybka identyfikacje uszkodzonego elementu - jednego z wielu wielkopowierzchniowego zestawu paneli fotowoltaicznych. Panel fotowoltaiczny z czujnikiem uszkodze11 mechanicznych, w którym panel fotowoltaiczny utworzony jest z ogniwa fotowoltaicznego, od góry i od dolu, pokrytego folia., przy czym na foli, która pokrywa ogniwo fotowoltaiczne od góry, umiejscowione jest szklo hartowane, które z kolei pokryte jest powloka. samoczyszczaca., wedlug wynalazku charakteryzuje sie, iz wyposazony jest w czujnik do monitorowania uszkodzen mechanicznych, który ma postac. naniesionego na panel fotowoltaiczny. co najmniej jednego paska, który utworzony jest z przewodnika elektrycznego w postaci powloki z grafenu w formie grafenu platkowego w osnowie lub tlenku grafenu w OSnOWle. Korzystnie, czujnik names1ony jest na pokrywajaca od dolu ogmwo fotowoltaiczne folie W rozwiazaniu wedlug wynalazku uszkodzenie panelu fotowoltaicznego identyfikowane jest poprzez pomiar charakterystyki pradowo-napieciowej czujnika. Czujnik dostarcza informacje o powstaniu uszkodzen mechanicznych ogmwa na podstawie spadku przeplywu pradu elektrycznego (wzrost oporu). W wyniku przeprowadzonych bada11 okazalo sie, iz grafcn i tlenek grafcnu maja pozadana dla tego typu zabezpieczen wysoka rezystancje i na pozadanym poziomie, mierzalna waitosc jej zmiany przy uszkodzeniu obwodu pomiarowego. Grafen czy tlenek grafenu charakteryzuja sie niska odpornoscia mechaniczna i brakiem sil wiazacych. Powloka z grafenu czy tlenku grafenu peka wraz z panelem w miejscach jego pekniecia czy rozbicia. Grafen lub tlenek grafenu moga byc nanoszone z roztworu wodnego w formie zawiesiny zawierajacej od 2% do 4%, korzystnie 3% wagowych grafenu/tlenku grafenu. Grafen i tlenek grafenu ze wzgledu na swoja strukture zapewniaja bardzo dobre przyleganie zwiazku do powierzchni. Grafen czy tlenek grafenu po nalozeniu i wyschnieciu tworza cienkie warstwy bardzo dobrze przylegajace do podloza. PL 443246 A1 4/12Korzystnym jest, iz nanoszenie przewodnika elektrycznego moze byc ,-vykonywane róznymi sposobami, miedzy innymi takimi jak: spin-caating. spray-caating i doctor blade. Na potrzeby wynalazku czujnik wytwarza sie w postaci cienkiej powloki, otrzymanej poprzez wytworzona warstwe grafenu platkowego lub tlenku grafenu w osnowie. Rozwiazanie zapewnia mozliwosc stosowania w dowolnych warunkach atmosferycznych, moze byc stosowane wewnatrz i na zewnatrz budynków przemyslowych i mieszkalnych. Zastosowanie grafenu luh tlenku grafenu, ze wzgledu na vvysoka rezystywnosc i na odpowiednim poziomie wysokosci wartosc jej zmiany przy uszkodzeniu obwodu pomiarowego, pozwala na diagnoze ukladu w zakresie oceny zero-jedynkowej, gdLie 1 - uklad sprawny, a O - uklad uszkodzony. Przedmiot wynalazku zostal schematycznie uwidoczniony na rysunku, na którym fig. l przedstawia panel fotowoltaiczny z czujnikiem do monitorowania uszkodzen mechanicznych, fig. 2 fragment panelu fotowoltaicznego z czujnikiem w widoku z boku. a fig. 3 przedstawia pomiar rezystancji przykladowego czujnika wedlug przykladu pierwszego i przykladu drugiego wedlug wynalazku. Panel fotowoltaiczny z czujnikiem uszkodzen mechanicznych w przykladzie wykonania pierwszym wedlug wynalazku utworzony jest z panelu fotowoltaicznego, który zbudowany jest z ogniwa fotowoltaicznego 1, które od góry i od dolu pokryte jest folia 2, 3 polimerowa EVA. Na foli 2 polimerowej EVA, która pokrywa ogniwo fotowoltaiczne I od góry, umiejscowione jest szklo hartowane 4, które z kolei pokryte jest powloka samoczyszczaca 5. Ponadto, rozwiazanie wyposazone jest w czujnik 6 do monitorowania uszkodzen mechanicznych, który ma postac naniesionego na pokrywajaca od dolu ogniwo fotowoltaiczne 1 folie 3 polimerowa EVA przewodnika clcktryc.ll1ego w postaci cienkowarstwowej powloki z tlenku grafenu w osnowie. Czujnik 6 tworza dwa paski, o grubosci w zakresie lOµm-lOOµm korLystnie 40 µmi szerokosci w zakresie od 3 do 8 mm korzystnie 5mm, które biegna wzdluz calej dlugosci panelu fotowoltaicznego. Dwa paski sensora sa usytuowane na brzegach panelu po obu jego stronach dla zwiekszenia detekcji powstalych uszkodzen na powierzchni panelu. Ich rozmiar jest podyktowany dostepna powierzchnia panelu fotowoltaicznego jak równiez wlasciwosciami elektrycznymi (kazdego paska) umozliwiajacymi odczyt ich zmian po powstaniu uszkodzenia. Tak wiec, dokladna dlugosc, szerokosc i grubosc powloki przewodnika elektrycznego ustala sie na podstawie zwyklych, dokonywanych typowym miernikiem, pomiarów rezystancji i ich zmian przy uszkodzeniu panelu fotowoltaicznego. Czujnik 6 przeznaczony jest do PL 443246 A1 /12stosowania do paneli fotowoltaicznych o wszystkich znanych wymiarach, zarówno tych o dlugosci ponizej Im jak i powyzej I m. Korzystnie osnowe tlenku grafenu stanowi celuloza albo poliwinylopirolidon w ilosci l +5% wag. Czujnik 6 od spodu pokryty jest folia polimerowa 7. Do kazdego z pasków, do utworzonych na obu jego koncach styków, przylacza sie uklad, który w sposób ciagly dokonuje pomiaru rezystancji kazdego z pasków z osobna. Folia polimerowa 7 sluzy do zafoliowania szczelnego wewnetrznych warstw panelu celem odizolowania ich od niekorzystnych warunków atmosferycznych - glównie od wilgoci. Przykladowy sposób wytwarzania czujnika 6 przebiega w nastepujacych etapach: Przygotowanie tlenku grafcnu (GO): Niewielka ilosc ekspandowalnego grafitu (gatunek 1721, Asbury Carbon) umieszcza sie w jednolitrowej zlewce i ogrzewa przez l Os w kuchence mikrofalowej. Wówczas uzyskuje sie ekspansje grafitu na poziomie 150 razy wieksza od pierwotnej objetosci. Procedure uzyskania tlenku grafenu syntetyzowano z ekspandowanego grafitu wedlug zmodyfikowanej metody Hummersa. Zmodyfikowana metoda Hummersa polega na powolnym utlenianiu grafitu [C] z wykorzystaniem nadmanganianu potasu [KMnO4] w mieszaninie kwasów: siarkowego (VI) z ortofosforowym (V) [H2SO4 + H3PO4]. Preparatyka przewiduje 24h powolne nueszame w temp. 50°C roztworu skomponowanego z: 120 cm3 kwasu siarkowego (VI) i ortofosforowego ( V) w stosunku 9: 1 I g grafitu 6 g nadmanganianu potasu. Tlenek grafenu uzyskuje sie poprzez separacje odsrodkowa (odwirowanie). Uzyskany odsacz poddawany jest przemywaniu kaskadowemu w 30% kwasem solnym [HCl], nastepnie 70~o etanolem [C2HsOH], a nastepnie (wielokrotnie) woda demineralizowana, az do uzyskania pH 7. Tak pozyskany tlenek grafenu suszy sie w temp. 60°C. Zsyntezowana dyspersja tlenku grafenu osiaga konsystencje pasty. Stezenie tlenku grafenu na poziomie 1,5% wag., okresla sie poprzez suszenie dyspersji tlenku grafenu w 80°C pod próznia przez 24 godziny. Przygotowanie dyspersji GO-hydrazyna i osnowy celulozowej: mg zsyntetyzowanego w powyzszy sposób tlenku grafenu (lub zakupionego) miesza sie z monohydratem hydrazyny (98% wag.) w stosunku I :3 (wag./wag.), calosc miesza przez dwie minuty, a nastepnie rozciencza w proporcji 150 razy woda/etanol (80:20 obj./obj.) z dodatkiem celulozy (polisacharyd czasteczek D-glukozy) w ilosci l-;-5% PL 443246 A1 6/12wagi calosci zolu. Nastepnie roztwór poddaje sie kapieli ultradzwiekowej przez jedna minute w celu uzyskania stabilnej i jednorodnej dyspersji GO-hydraLyny. Dyspersja GO-hydrazyny zachowuje stabilnosc przez co najmniej kilka tygodni. Osadzanie natryskowe na elastycznym podlozu - foli polimerowej EVA Warstwe czujnika 6 wykonuje sie w technologii spray caating method. Dyspersje GO hydrazyny z osnowa natryskuje sie na podloze polimerowe przy uzvciu ukladu aerografu z N2 (azot dwuczasteczkowy) jako gazem nosnym. Cisnienie wlotowe N2 jest na poziomic dwóch barów, a szybkosc rozpylania wynosi 3 ml/min. Odleglosc koncówki dyszy od podloza wynosi 12 cm. Osadzanie natryskowe przeprowadza sie przez przylaczenie zaworu gazu N2 do zbiornika z zolem dyspersji GO-hydrazyny i celulozy. Utworzony strumie1i aerozolu kieruje sie na podloze wstepnie ogrzane do temperatury w zakresie 20°c - 30°C. Naniesiony na panel fotowoltaiczny czujnik 6 laminuje sie folia polimerowa 7. W identyczny sposób warstwa sensoryczna moze byc naniesiona na szklo. Pomiar opornosci czujnika o dlugosci 1,0 metr, szerokosci 5mm, i grnbosci 0.04mm charakteryzowal sie rezystancja 29k Ohm, po rozbiciu rezystancja wzrosla do oo (zaleznie od rozmiaru uszkodzenia). Panel fotowoltaiczny z czujnikiem uszkodzen mechanicznych w przykladzie wykonania drugim wedlug wynalazku utworzony jest z panelu fotowoltaicznego, który zbudowany jest z ogniwa fotowoltaicznego I, które od góry i od dolu pokrytej est folia 2, 3 polimerowa EVA. Na foli 2 polimerowej EVA, która pokrywa ogniwo fotowoltaiczne 1 od góry, umiejscowione jest szklo hartowane 4, które z kolei pokryte jest powloka samoczyszczaca 5. Ponadto, rozwiazanie wyposazone jest w czujnik 6 do monitorowania uszkodzen mechanicznych, który ma postac naniesionego na pokrywajaca od dolu ogniwo fotowoltaiczne 1 folie 3 polimerowa EVA przewodnika elektrycznego w postaci powloki z grafenu platkowego w osnowie. Czujnik 6 tworza dwa paski, o grubosci w zakresie lOµm-lO0µm korzystnie 40 µm i szerokosci w zakresie od 3 do 8 mm korzystnie 5mm, które biegna wzdluz calej dlugosci panelu fotowoltaicznego. Korzystnie osnowe grafenu stanowi celuloza albo poliwinylopirolidon w ilosci 1 -:-5% wag. Czujnik 6 od spodu pokryty jest folia polimerowa 7. Do kazdego z pasków, do utworzonych na obu jego koncach styków, przylacza sie uklad, który w sposób ciagly dokonuje pomiaru rezystancji kazdego z pasków z osobna. Przygotowanie dyspersji grafen platkowy - rozcienczalnik organiczny: PL 443246 A1 7/125 czesci wagowych grafenu platkowego zakupionego komercyjnie (np. Sigma Aldrich, Graphcnc nanoplatelets, rozmiar platka 25 µm, powierzchnia aktywna 50-80 m 2 /g) laczy sie z dwoma czesciami wagowymi osnowy celulozowej (etyloceluloza) i 95 czesciami rozciericzalnika organicznego (na rozciei1czalnik organiczny sklada sie mieszanka toluenu i etanolu w stosunku 8:2). Tak przygotowana mieszanine dyspersyjna poddaje sie mieszaniu mechanicznemu w temperaturze pokojowej na mieszadle magnetycznym przez 2 godziny. Nastepnie zawiesine poddaje sie kapieli ultradzwiekowej przez 30 minut dla uzyskania jednorodnej dyspersji platków grafcnowych w zawiesinie. Warstwe sensoryczna nanosi sie poprzez osadzanie natryskowe na podlozu dielektrycznym, na przyklad na elastycznej foli polimerowej EVA (kopolimer etylenu i octanu winylu z ang. Ethylene-Yinyl Acetale). W identyczny sposób warstwa sensoryczna moze byc naniesiona na szklo. Osadzanie natryskowe na elastycznym podlozu - foli polimerowej EVA Warstwe czujnika 6 wykonuje sie w technologii spray coating method. Dyspersje grafen platkowy - rozciei1czalnik organiczny natryskuje sie na podloze polimerowe przy uzyciu ukladu aerografu z N2 (azot dwuczasteczkowy) jako gazem nosnym. Cisnienie wlotowe N2 jest na poziomie dwóch barów, a szybkosc rozpylania wynosi 3 ml/min. Odleglosc koncówki dyszy od podloza wynosi 12 cm. Osadzanie natryskowe przeprowadza sie przez przylaczenie zaworu gazu N2 do zbiornika z zolem dyspersji grafenu platkowego, rozcienczalnika organicznego i celulozy. Utworzony strumien aerozolu kieruje sie na podloze wstepnie ogrzane do temperatury w zakresie 20°C - 30°C. Naniesiony na panel fotowoltaiczny czujnik 6 laminuje sie folia polimerowa 7. Pomiar opornosci czujnika 6 o dlugosci 1,0 metr, szerokosci 5mm, i grubosci 0,04mm charakteryzowal sie rezystancja 29k Ohm, po rozbiciu rezystancja wzrosla do 00 Ujawnionymi w przykladzie wykonania pierwszym i drugim wedlug wynalazku metodami nanoszenia przewodnik elektryczny moze byc nanoszony na warstwe panelu fotowoltaicznego wytworzona z innego rodzaju materialu anizeli szklo lub wymieniona folia polimerowa EV A. PL 443246 A1 8/12Zastrzezenia patentowe 1. Panel fotowoltaiczny z czujnikiem uszkodzen mechanicznych, w którym panel fotowoltaiczny utworzony jest z ogniwa fotowoltaicznego, od góry i od dolu, pokrytego folia, przy czym na foli, która pokrywa ogniwo fotowoltaiczne od góry, umiejscowione jest szklo hartowane, które z kolei pokryte jest powloka samoczyszczaca, znamienny tym, ze wyposazony jest w czujnik (6) do monitorowania uszkodzen mechanicznych, który ma postac, naniesionego na panel fotowoltaiczny. co najmniej jednego paska, który utworzony jest z przewodnika elektrycznego w postaci powloki z grafenu w formie grafenu platkowego w osnowie lub tlenku grafcnu w osnowie. 2. Panel fotowoltaiczny wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze czujnik (6) naniesiony jest na pokrywajaca od dolu ogniwo fotowoltaiczne (lJ folie (3). PL 443246 A1 9/12·\_.1_ _Q_ Fig. 1 4 6 Fig. 2 3(LS0 - SO R [1lj dl = lUIJ cm szer=:'- mm 2('650 T6."i0 +---~-----~---~-----~ :::u JU 4U ,u 6U L lYJ Fig. 3 PL 443246 A1 /12al. Niepodleglosci 188/192 00-950 Warszawa, skr. poczt. 203 URZAD PATENTOWY RZECZYPOSPOLITEJ POLSKIEJ tel.: (+48) 22 579 OS 55 I fax: (+48) 22 579 00 01 e-mail: kontakt@uprp,gov.pl I www,uprp,gov,pl SPRAWOZDANIE O STANIE TECHNIKI DO ZGLOSZENIA NR P.-1...t-3246 Klasyfikacja zgloszenia: H02S 50/10, GCHR 31/54, G0lN 27/20 Podklasy w których prowadzono poszukiwania: H02S. G0lR. G0lN Ba,-:y komputerowe w których prowad,-:ono poszukiwania: EPODOC. WPI, ba,-:y UPRP. Google Kategoria dokumentu A A A A Dokwnenty - L podana idenly fikacja CN 110391784 A (ADV ANCED SO LAR POWER HANGZHOU INC) 29-10- 2019 CN103492864 A (SHARP KK) 01-01-2014 WO9832024 AI (FRAUNHOFER GES FORSCHUNG IDEI: SCHMIDT HERTBERT [DE]) 23-07-1998 CNI 13904624 A (HUNAN ELEC POWER DESIGN INST CHINA ENERGY ENG CORP LTD) 07-01-2022 ~ Dalszy ciag "ykazn dokumentów na nastepnej stronie A- dokument okreslaJacy ogólny stan techmkt. ktory nie Jest mrnzany za pos1ada.1acy szczególne znaczenie. E- doh.umeul stanuniac:y \\C:zesmejsLe Lgluszenie lub patenl. ale opubh.k.uwany \\ lub po dacie zglosLema, Odniesienie do zastr,-:, 1-2 1-2 1-2 1-2 L - clokumcnl. ldÓI) muL.c podda\\ ac w watpli\\ osc zastILcganc picnvsLc1i.stH o(-wa). lub pIL)' toc:zon) "'' celu u::italcnia daty publil\..ac:ji innego cy luH,anc.so dol-,.umcntu lub/. innc,:;o ~/.G1cgól11cgo po\\oclu. O clokmnent och1os7.[JC:V sie clo 11_i::ivd1ienir1 ustnego pr7.e7 zr1stosow;-mie. ''"~'stnvienie h1h 11_i::iw11ienie w inny sposóh. P - dokument opublikowmw przed data zgloszenia. ale pózniej niz zastrzegana data pierwszenstwa. T - dokument pózme.1szv. opublikowany po dacie zgloszerua lub w dacie pierwszenstwa i mebedacy" konflikcie ze zgloszemem. ale cvtowany" celu zrozunuema Lasad lub Leoni kL.acy eh u podstaw v. y nalaLh.u. X - dokumcnl o SLCLcguln) m Lnaczcniu: ~.t:,lrLcgan)' W)' 11.J.tw:t nic moze b)' c U\\ az~Ul) La HO\\)' lub nic mu Le b)'c U\\ azan)' La posiad~ilC) puLiom \\ )' n.alaLCZ), je Leli ten clotumc111 br;-iny jest pod uw;-i;;:i; s;1mocliiclnic. Y - clokmnent o "7.C7ególn~-m 7.nr1cze11iu: 7.3Stf7egrmv 1v:v1mfa7.ek nie mo7.e hyc mYr17;iny 7.rl posir1cl;i_j[Jcy poziom wy1rnfa7.C7y. _ie7.eli 1en dokument 7.0st::inie pol[!C7.ony 7 1ednym lub kilkoma tego tvpu dokumentami. a takle polaczenie bedzie oczywiste dla znawcv. i Sprawozdanie wykonal/-a: Mateusz Gawel Asesor Data: 13.09.2023 Uwagi do zgloszenia Sprawozdanie zostalo wykonane w oparciu o zastrz. z dnia 22.12.2022 r. Podpis: /podpisano kwalif'lkowanym podpisem elektronicznym/ Pismo wydane w formie dokumentu elektronicznego PL 443246 A1 11/12ZGLOSZENIE NRP.--1-432--1-6 Kontynuacja \\ y kazu dokumentów Kategoria Dokumenty - z podana identyfikacja Odniesienie do dokumentu zastrz. A PL--l-r069 Al (GIZICKI JAN [PL]) 22-11-2021 1-2 PL 443246 A1 12/12 PLPhotovoltaic panel with a mechanical damage sensor. The invention is a photovoltaic panel with a mechanical damage sensor, designed to monitor a set of photovoltaic panels for potential mechanical damage or theft. The solution according to the invention is also intended to ensure rapid identification of a damaged element, one of many large-scale photovoltaic panel arrays. Trouble-free operation of photovoltaic panels is a prerequisite for efficient energy generation, long service life, and a rapid return on investment. To ensure trouble-free operation, a simple and reliable method for assessing solar panel performance is required, both during the production process and after installation. Thermal imaging cameras are currently widely used in solar panel testing, both during the production process and for inspection and maintenance after panel installation. Because panel defects are clearly visible in a thermal image, thermal cameras can be used to scan large areas of installed solar panels during normal operation. Thermal cameras are portable, lightweight, and suitable for field use. However, they always require a user to scan the panels—their surface—at their location. International patent application WO2007006564A2 describes a device for monitoring photovoltaic panel modules in the event of theft or damage by evaluating residual voltage signals. The invention discloses a solution that, without a predetermined nominal current, provides a signal by monitoring the DC voltage in the event of damage or theft. According to the invention, a window comparator with a programmed reference voltage divides the residual voltage of photovoltaic panels, which is detected at dusk or at night, into three categories. A coded signal for each panel is sent to a central alarm device located next to the inverter and which has a decoder that triggers an alarm for the panel in the event that the residual voltage generated by the solar panels drops to zero. Chinese patent application CN114006579A discloses a photovoltaic module fault detection processing device, which comprises: a photovoltaic module comprising a plurality of cell panels connected in series, each cell panel comprising an input end and an output end; a self-monitoring module comprising sensing elements connected in parallel to the outer sides of the cell panels, the sensing elements being used to monitor whether a single cell panel is faulty or not; and an emergency module, which consists of controllers connected to sensing elements and in which wires are placed between input terminals and output terminals. Each shorting wire has an on/off switching unit, and the controllers are responsible for disconnecting and connecting the units. A self-monitoring solar cell module of a photovoltaic module is known from Chinese utility model application CN209964016U. The module includes a junction box and side panels, wherein the junction box houses a battery string assembly and a self-monitoring device for fault detection of a single photovoltaic module; a measuring circuit is connected in parallel to the male and female outlet terminals of the header cable of each individual photovoltaic assembly. The measurement circuit consists of a current and voltage detection and acquisition circuit board and a manual switch, which are connected in series. European patent application EP3407465Al describes a method and system for monitoring the operation and optimization of a set of photovoltaic panels, enabling fault detection and prediction. Communication between the monitoring modules is via radio, linear, two-way, and precisely set time intervals, with individual logical addresses corresponding to the physical location of the monitoring modules relative to each other. The network coordinator monitors correct network communication by sending synchronization frames and data transmission requests, which, among other things, enable the monitoring modules to operate and synchronize the measurements they perform. The system includes monitoring modules that measure photovoltaic panel parameters using a voltage measurement circuit and a current measurement circuit and store these parameters in the microcontroller's memory. Data is transmitted via radio waves using a wireless communication module with a communication antenna in a synchronized manner based on information from the s1ec1 coordinator. The aim of the invention is to equip the photovoltaic panel with a sensor that has low mechanical resistance, crosses the conductive path even in the event of a crack in the monitored surface, and has a sufficiently high resistance, and at an appropriate level, a measurable change in its value in the event of damage to the measuring circuit. The solution according to the invention is intended to continuously and maintenance-free monitor a set of photovoltaic panels for potential mechanical damage and enable quick localization and identification of a damaged element – one of many large-scale sets of photovoltaic panels. A photovoltaic panel with a mechanical damage sensor, in which the photovoltaic panel is formed by a photovoltaic cell, covered with a foil on the top and bottom. The foil covering the photovoltaic cell on the top is covered with tempered glass, which in turn is covered with a self-cleaning coating. The solution according to the invention is characterized by being equipped with a sensor for monitoring mechanical damage, which is in the form of at least one strip applied to the photovoltaic panel, made of an electrical conductor in the form of a graphene coating in the form of flake graphene in the matrix or graphene oxide in the matrix. Preferably, the sensor is mounted on the photovoltaic foil covering the bottom of the photovoltaic panel. In the solution according to the invention, damage to the photovoltaic panel is identified by measuring the current-voltage characteristics of the sensor. The sensor provides information about mechanical damage to the panel based on a decrease in electric current flow (increase in resistance). The conducted tests revealed that graphene and graphene oxide have high resistance, which is desirable for this type of protection, and at the desired level, a measurable change in resistance upon damage to the measuring circuit. Graphene and graphene oxide are characterized by low mechanical resistance and a lack of binding forces. The graphene or graphene oxide coating fractures along with the panel at the points of fracture or breakage. Graphene or graphene oxide can be applied from an aqueous solution in the form of a suspension containing 2% to 4%, preferably 3%, by weight of graphene/graphene oxide. Due to their structure, graphene and graphene oxide ensure very good adhesion to the surface. After application and drying, graphene or graphene oxide forms thin layers that adhere very well to the substrate. Advantageously, the electrical conductor can be applied using various methods, including spin-coating, spray-coating, and doctor blade. For the purposes of the invention, the sensor is produced as a thin coating obtained by forming a layer of flake graphene or graphene oxide in a matrix. This solution ensures the possibility of use in all atmospheric conditions and can be used inside and outside industrial and residential buildings. The use of graphene or graphene oxide, due to its high resistivity and the appropriate level of its change in the value of the resistivity upon damage to the measuring circuit, allows for the diagnosis of the system within a zero-one evaluation range, where 1 indicates a functioning system and 0 indicates a damaged system. The subject of the invention is schematically illustrated in the drawing, in which Fig. 1 shows a photovoltaic panel with a sensor for monitoring mechanical damage, Fig. 2 shows a side view of a fragment of the photovoltaic panel with the sensor, and Fig. 3 shows the resistance measurement of an exemplary sensor according to the first example and the second example of the invention. In the first embodiment, the photovoltaic panel with a mechanical damage sensor according to the invention is formed by a photovoltaic panel composed of a photovoltaic cell 1, which is covered on the top and bottom with an EVA polymer film 2, 3. Tempered glass 4 is placed on the EVA polymer film 2, which covers the top of the photovoltaic cell 1, and is covered with a self-cleaning coating 5. Furthermore, the solution is equipped with a sensor 6 for monitoring mechanical damage. This sensor is in the form of a thin-film graphene oxide coating applied to the EVA polymer film 3, which covers the bottom of the photovoltaic cell 1. Sensor 6 consists of two strips, 10-100µm thick, preferably 40 µm wide, and 3-8 mm wide, preferably 5 mm wide, which run along the entire length of the photovoltaic panel. Two sensor strips are located on both sides of the panel to enhance detection of damage to the panel's surface. Their size is dictated by the available surface area of the photovoltaic panel as well as the electrical properties (of each strip) that allow for reading their changes after damage. Therefore, the exact length, width, and thickness of the electrical conductor coating are determined based on standard resistance measurements, made with a standard meter, and their changes following damage to the photovoltaic panel. Sensor 6 is designed for use with photovoltaic panels of all known dimensions, both those with lengths below 1 m and above 1 m. Preferably, the graphene oxide matrix is cellulose or polyvinylpyrrolidone in an amount of 1 + 5% by weight. Sensor 6 is covered on the underside with a polymer film 7. A circuit is connected to each strip, connected to contacts formed at both ends of the strip, continuously measuring the resistance of each strip individually. Polymer film 7 serves to tightly seal the inner layers of the panel to isolate them from unfavorable atmospheric conditions—primarily moisture. An example method for manufacturing sensor 6 involves the following steps: Preparation of graphene oxide (GO): A small amount of expandable graphite (grade 1721, Asbury Carbon) is placed in a one-liter beaker and heated for 10000 Hz in a microwave oven. This results in graphite expansion 150 times greater than its original volume. The procedure for obtaining graphene oxide was synthesized from expanded graphite using a modified Hummers method. The modified Hummers method involves the slow oxidation of graphite [C] using potassium permanganate [KMnO4] in a mixture of sulfuric (VI) and orthophosphoric (V) acids [H2SO4 + H3PO4]. The preparation involves 24 hours of slow oxidation at 50°C of a solution composed of: 120 cm3 of sulfuric (VI) and orthophosphoric (V) acid in a 9:1 ratio, 1 g of graphite, 6 g of potassium permanganate. Graphene oxide is obtained by centrifugal separation (centrifugation). The obtained filter cake is washed in a cascade of 30% hydrochloric acid [HCl], then with 70% ethanol [C2HsOH], and then (repeatedly) with demineralized water until a pH of 7 is obtained. The graphene oxide thus obtained is dried at 60°C. The synthesized graphene oxide dispersion reaches a paste-like consistency. The graphene oxide concentration of 1.5% by weight is determined by drying the graphene oxide dispersion at 80°C under vacuum for 24 hours. Preparation of GO-hydrazine dispersion and cellulose matrix: mg of graphene oxide synthesized as above (or purchased) is mixed with hydrazine monohydrate (98% w/w) in a 1:3 (w/w) ratio, stirred for two minutes, and then diluted 150 times with water/ethanol (80:20 v/v) with the addition of cellulose (D-glucose polysaccharide) in an amount of 1-;-5% of the total sol weight. The solution is then subjected to an ultrasonic bath for one minute to obtain a stable and homogeneous GO-hydraLyne dispersion. The GO-hydrazine dispersion remains stable for at least several weeks. Spray deposition on a flexible substrate – EVA polymer film. Sensor layer 6 is performed using the spray deposition method. The GO hydrazine dispersion with the matrix is sprayed onto the polymer substrate using an airbrush system with N2 (dimolecular nitrogen) as the carrier gas. The N2 inlet pressure is 2 bar, and the spray rate is 3 ml/min. The nozzle tip distance from the substrate is 12 cm. Spray deposition is performed by connecting the N2 gas valve to a tank containing the GO-hydrazine and cellulose dispersion sol. The resulting aerosol stream is directed onto the substrate, preheated to a temperature in the range of 20°C - 30°C. A sensor 6 applied to the photovoltaic panel is laminated with a polymer film 7. The sensor layer can be applied to glass in an identical manner. A sensor measuring 1.0 meters long, 5 mm wide, and 0.04 mm thick showed a resistance of 29k Ohms. After breaking, the resistance increased to 0k Ohms (depending on the extent of the damage). The photovoltaic panel with a mechanical damage sensor in the second embodiment of the invention consists of a photovoltaic panel composed of a photovoltaic cell I, covered on the top and bottom with EVA polymer films 2 and 3. Tempered glass 4 is placed on the EVA polymer film 2, which covers the top of the photovoltaic cell 1, and is in turn covered with a self-cleaning coating 5. Furthermore, the solution is equipped with a sensor 6 for monitoring mechanical damage, which is in the form of an electrical conductor in the form of a flake graphene coating in a matrix applied to the EVA polymer film 3, which covers the bottom of the photovoltaic cell 1. Sensor 6 is formed by two strips, with a thickness in the range of 10µm-100µm, preferably 40 µm, and a width in the range of 3 to 8 mm, preferably 5 mm, which run along the entire length of the photovoltaic panel. Preferably, the graphene matrix is cellulose or polyvinylpyrrolidone in an amount of 1 -:-5% by weight. The bottom of the sensor 6 is covered with a polymer film 7. A system is connected to each strip, to the contacts formed at both ends of the strip, which continuously measures the resistance of each strip individually. Preparation of the flake graphene - organic diluent dispersion: PL 443246 A1 7/125 parts by weight of commercially purchased flake graphene (e.g., Sigma Aldrich, Graphcnc nanoplatelets, flake size 25 µm, active surface area 50-80 m2/g) is combined with two parts by weight of a cellulose matrix (ethyl cellulose) and 95 parts of an organic diluent (the organic diluent consists of a mixture of toluene and ethanol in an 8:2 ratio). The prepared dispersion mixture is mechanically stirred at room temperature on a magnetic stirrer for 2 hours. The suspension is then placed in an ultrasonic bath for 30 minutes to achieve a uniform dispersion of graphene flakes in the suspension. The sensor layer is applied by spray deposition on a dielectric substrate, for example, a flexible EVA (ethylene-vinyl acetate) polymer film. The sensor layer can be applied to glass in an identical manner. Spray deposition on a flexible EVA polymer film is performed using the spray coating method. The graphene flake-organic solvent dispersion is sprayed onto the polymer substrate using an airbrush system with N2 (dimolecular nitrogen) as the carrier gas. The N2 inlet pressure is two bar, and the spray rate is 3 ml/min. The nozzle tip is 12 cm from the substrate. Spray deposition is performed by connecting the N2 gas valve to a reservoir containing a sol dispersion of flake graphene, an organic diluent, and cellulose. The resulting aerosol jet is directed onto a substrate preheated to a temperature between 20°C and 30°C. The sensor 6 applied to the photovoltaic panel is laminated with a polymer foil 7. The resistance measurement of the sensor 6 with a length of 1.0 meter, width of 5 mm, and thickness of 0.04 mm was characterized by a resistance of 29 k Ohm, after breaking the resistance increased to 00. By the application methods disclosed in the first and second embodiments of the invention, the electrical conductor can be applied to a layer of the photovoltaic panel made of a material other than glass or the aforementioned polymer foil EV A. PL 443246 A1 8/12 Patent claims 1. A photovoltaic panel with a mechanical damage sensor, in which the photovoltaic panel is formed of a photovoltaic cell, covered with foil from the top and bottom, wherein tempered glass is placed on the foil covering the photovoltaic cell from the top, which in turn is covered with a self-cleaning coating, characterized in that it is equipped with a sensor (6) for monitoring mechanical damage, which is in the form of at least one strip applied to the photovoltaic panel, which is made of an electrical conductor in the form of a graphene coating in the form of graphene flakes in the matrix or graphene oxide in the matrix. 2. A photovoltaic panel according to claim 1. 1, characterized in that the sensor (6) is placed on the foil (3) covering the photovoltaic cell (lJ) from the bottom. PL 443246 A1 9/12·\_.1_ _Q_ Fig. 1 4 6 Fig. 2 3(LS0 - SO R [1lj dl = lUIJ cm width=:'- mm 2('650 T6."i0 +---~-----~---~-----~ :::u JU 4U ,u 6U L lYJ Fig. 3 PL 443246 A1 /12al. Niepodległości 188/192 00-950 Warsaw, PO Box 203 PATENT OFFICE OF THE REPUBLIC OF POLAND tel.: (+48) 22 579 OS 55 I fax: (+48) 22 579 00 01 e-mail: kontakt@uprp,gov.pl I www,uprp,gov,pl REPORT ON THE STATE OF TECHNOLOGY FOR NOTIFICATION NO. P.-1...t-3246 Application classification: H02S 50/10, GCHR 31/54, G0lN 27/20 Subclasses in which the search was conducted: H02S. G0lR. G0lN Computer systems in which the search was conducted: EPODOC. WPI, ba,-:y UPRP. Google Document category A A A A Documents - L identification given CN 110391784 A (ADVANCED SO LAR POWER HANGZHOU INC) 29-10- 2019 CN103492864 A (SHARP KK) 01-01-2014 WO9832024 AI (FRAUNHOFER GES FORSCHUNG IDEI: SCHMIDT HERTBERT [DE]) 23-07-1998 CNI 13904624 A (HUNAN ELEC POWER DESIGN INST CHINA ENERGY ENG CORP LTD) 07-01-2022 ~ Continuation of the document list on the next page A- a document specifying the general state of the art which is not considered to be of particular importance. E- a document specifying the state of the art which is not subject to any statutory provisions or patents but published or after the date of filing, Reference to the claim:, 1-2 1-2 1-2 1-2 L - clokumcnl. ldÓI) muL.c put in doubt to replace the picnvsLc1i.stH o(-wa). or pIL)' toc:zon) "'' in order to change the date of publication of another type of patent or other general purpose. O clokmnent oos7.[JC:V sie 11_i::iv1ienir1 oral procedure. ''"~'stnvienie h1h 11_i::i111h. P - document published before the date of filing but later than the claimed date of priority. T - document published later. published after the date of notification or on the priority date and having a "conflict with the application. X - dokumcnl o SLCLcguln) m Lnaczcniu: ~.t:,lrLcgan)' W)' 11.J.tw:t nic moze b)' c U\\ az~Ul) La HO\\)' lub nic mu Le b)'c U\\ azan)' La posiad~ilC) puLiom \\ )' n.alaLCZ), je Leli ten clotumc111 br;-iny is under uw;-i;;:i; s;1mocliiclnic. Y - the clause on "7.C7egeneral 7.No.: 7.3Stf7egrmv 1v:v1mfa7.ek cannot be used to obtain the highest level of certification. If this document is not connected with one or more of these documents, and the connection will be obvious to experts. Report prepared by: Mateusz Gawel Assessor Date: 13/09/2023 Comments on the notification The report was prepared based on the claim of 22/12/2022. Signature: /signed with a qualified electronic signature/ Letter issued in the form of an electronic document PL 443246 A1 11/12 NOTIFICATION NRP.--1-432--1-6 Continuation of the document case Category Documents - with specified identification Reference to the document claimed A PL--l-r069 Al (GIZICKI JAN [PL]) 22-11-2021 1-2 PL 443246 A1 12/12 PL