Auswirkung der Verschmutzung auf den Energieertrag von PV-Modulen mit verschiedenen Gläsern 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 12./13. November 2015, Köln Dr. Werner Herrmann TÜV Rheinland Energie und Umwelt GmbH 51101 Köln [email protected] http://www.tuv.com/solarpower Inhalt Einleitung Standorte für Energieertragsmessungen Experimentelle Vorgehensweise (3 Solargläser) Ergebnisse: Transmissionsverlust durch Staubablagerung Ertragsverlust in trocken-heißem Klima (Halbwüste) Ertragsverlust in gemäßigtem Klima (Mediterran) Zusammenfassung 2 12.11.2015 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 12./13. November 2015, Köln Einleitung – Leistungsverlust durch Verschmutzung Die Staubablagerung auf der Moduloberfläche ist ein komplexes Phänomen, das hauptsächlich bestimmt wird durch: Umgebungs- sowie Wetterbedingungen, Modulmontage und Eigenschaften des Solarglases Ertragsverluste sind abhängig von Standort sowie Wartungsmaßnahmen Klimatische Einflüsse Photo: TÜV Rheinland Shanghai Glaseigenschaften/ ungleichförmige Verschmutzung Installationsbedingungen Umgebungsbedingungen/ Vegetation 3 12.11.2015 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 12./13. November 2015, Köln PV-KLIMA Projekt PV-Energieertragsmessung in verschiedenen Klimaregionen Thuwal Tempe 4 Köln Ancona Chennai Location Country Betrieb seit Köppen-Geiger Klimaklassifikation Ancona Italien 01 Nov 2013 Cfa (gemäßigt, mediterran) Tempe Arizona/USA 15 Dez 2013 Bwh (trocken-heiß) Chennai Indien 01 Feb 2014 Aw (tropische Savanne mit Trockenzeit) Köln Deutschland 01 Mär 2014 Cfb (gemäßigt) Thuwal Saudi-Arabien 11 Mär 2015 Bwh (trocken-heiß mit hohem Staubgehalt) 12.11.2015 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 12./13. November 2015, Köln PV-KLIMA Standorte Tempe / Arizona Ancona / Italien Standort TUV Rheinland PTL, LLC Tempe, AZ 85282 Loccioni 60030 Angeli di Rosora, IT Geographische Lage 33.4°N / 111.9°W 358 m ü.d.M. 13°N / 80°E 35 m ü.d.M. Aufstellwinkel PV-Module 33.5° 35° Jahressumme Globalstrahlung 2360 kWh/m² 1556 kWh/m² Jahressumme Niederschlag 219 mm 757 mm Umgebungsbedingungen Industriegebiet, Keine Vegetation Hügellandschaft mit Waldgebieten und landw. Nutzung 5 12.11.2015 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 12./13. November 2015, Köln Prüfmuster Glasvarianten und optische Eigenschaften PV-Module mit 60 poly-Si Solarzellen: Standardglas mit Mikrostruktur Standardglas mit Mikrostruktur und AR Beschichtung Tieftexturiertes Glas mit Pyramidenstruktur 6 12.11.2015 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 12./13. November 2015, Köln Prüfmuster Elektrische Eigenschaften Leistungsmessungen mit Blitzlicht-Sonnensimulator: Performance bei STC (ohne diffusen Lichtanteil) Temperaturkoeffizienten bei 1000 W/m² und 200 W/m² Wirkungsgradkurve bei 25°C Standard Voc Isc Pmax FF 37,7 V 8,66 A 247,0 W 75,6% 37,8 V 8,88 A 253,2 W 75,3% 0,31% 2,54% 2,51% -0,33% 37,8 V 8,80 A 250,5 W 75,3% 0,14% 1,59% 1,40% -0,32% AR Texturiert 7 12.11.2015 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 12./13. November 2015, Köln Monitoring von Transmissionsverlusten Standardglas Bestimmung von Transmissionsverlusten für Standardglas durch Einstrahlungsmessung mit zwei Minimodulen Kurzschlussbetrieb der Solarzelle in der Modulmitte (kalibrierte Referenzzelle) Transmissionsverlust durch Verschmutzung Geringere effektive Einstrahlung an den Solarzellen , / 1 , 25° 1000 / ² Transmissionsverlustfaktor (Soiling Loss Factor = SLF ) , , “Clean” Minimodul: Tägliche manuelle Reinigung 8 12.11.2015 “Dirty” Minimodul: Natürliche Witterungseinflüsse 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 12./13. November 2015, Köln Transmissionsverlust für Standardglas Abhängigkeit vom Einfallswinkel direkter Solarstrahlung Staubablagerung auf der Glasoberfläche verändert die Winkelcharakteristik Tempe: ca. 25% Anteil des Einfallswinkels am jährlichen Ertragsverlustes Gesamt-Ertragsverlust im 1. Betriebsjahr: Tempe: 3,7% Chennai: 2,1% Köln: < 0.2% Ancona: < 0.2% Thuwal: kein komplettes Messjahr 9 12.11.2015 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 12./13. November 2015, Köln Transmissionsunterschiede für Glasvarianten Messung der Strom-Spannungskennlinien in 10 Minuten Zeitintervallen Berechnung der effektiven Bestrahlungsstärke an den Solarzellen (Selbstreferenzierung) ISC,MOD ISC,STC TBoM = Kurzschlussstrom = kalibrierter Kurzschlussstrom bei STC aus Labormessung = Rückseitige Modultemperatur = ISC Temperaturkoeffizient Transmissionsunterschiede der Glasvarianten infolge Verschmutzung und Selbstreinigung = Verhältnis der Summenwerte der effektiven Bestrahlungsstärken im beobachteten Zeitraum 10 12.11.2015 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 12./13. November 2015, Köln Transmissionsverlust für Standardglas Tempe/Arizona: Dez 2013 – Okt 2015 Effektive Reinigung durch einzelne Regenereignisse Signifikante Unterschiede im Verschmutzungsverhalten für 1. und 2. Betriebsjahr 11 12.11.2015 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 12./13. November 2015, Köln Verschmutzung und Selbstreinigung der Glasvarianten Standort Tempe/Arizona AR Glas: Vergleichbare Verschmutzung und Selbstreinigung wie Standardglas Texturiertes Glas: Bis zu 7% höherer Verschmutzungsgrad in Trockenperioden 12 12.11.2015 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 12./13. November 2015, Köln Ertragsunterschiede für Glasvarianten Standort Tempe/Arizona AR Glas vs. Standardglas Einstrahlung in Modulebene 13 Texturiertes Glas vs. Standardglas AR Glas Texturiertes Glas >900 W/m² +0,2% -1,5% >20 W/m² +2,2% +1,2% zzgl. Isc aus Labormessung +4,7% +2,8% 12.11.2015 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 12./13. November 2015, Köln Transmissionsverlust für Standardglas Ancona/Italien: Nov 2013 – Sep 2015 Effektive Reinigung durch kontinuierlichen Niederschlag Keine Unterschiede im Verschmutzungsverhalten für 1. und 2. Betriebsjahr 14 12.11.2015 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 12./13. November 2015, Köln Verschmutzung und Selbstreinigung der Glasvarianten Standort Ancona/Italien AR Glas: Vergleichbare Verschmutzung und Selbstreinigung wie Standardglas Texturiertes Glas: Wenige Perioden mit höherem Verschmutzungsgrad 15 12.11.2015 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 12./13. November 2015, Köln Ertragsunterschiede für Glasvarianten Standort Ancona/Italien AR Glas vs. Standardglas Einstrahlung in Modulebene 16 Texturiertes Glas vs. Standardglas AR Glas Texturiertes Glas >900 W/m² +0,1% -0,1% >20 W/m² +0,5% +0,9% zzgl. Isc aus Labormessung +3,0% +2,5% 12.11.2015 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 12./13. November 2015, Köln Ausblick Reinigungsstudie am Standort Thuwal/Saudi-Arabien Die Optimierung des Energieertrages von PV Installationen in Wüstengebieten (i.e. MENA Region) erfordert eine regelmäßige Reinigung der PV-Module. Installation von 2 Modulsets: Standardglas, AR Glas, texturiertes Glas mit verschiedenen Reinigungszyklen Regelmäßige Trockenreinigung der PV-Module mit rotierendem Bürstensystem: Set 1: Tägliche Trockenreinigung Set 2: Wöchentliche Trockenreinigung Set 1 + Set 2: Manuelle Nassreinigung im Abstand von 2 Monaten Reinigungswirkungsgrad 17 12.11.2015 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 12./13. November 2015, Köln Zusammenfassung Experimentelle Studie zum Energieertragsverhalten von PV-Modulen mit drei verschiedenen Solargläsern Veränderung der Winkelcharakteristik durch Staubablagerung liefert wesentlichen Beitrag zum Transmissions- bzw. Energieertragsverlust AR Glas: Verschmutzungs- und Sellbstreinigungsverhalten von ist vergleichbar mit Standardglas. Tieftexturiertes Glas: Erhöhte Staubablagerung führt zu deutlichen Ertragsverlusten bis zu -1,5% (Halbwüste). Energieertragsgewinn infolge günstigerem Transmissionsverhalten bei großen Einfallswinkeln für AR Glas und texturiertes Glas: a) > +2% in trocken-heißem Klima b) < +1% in gemäßigtem Klima 18 12.11.2015 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 12./13. November 2015, Köln Danke für Ihre Aufmerksamkeit! [email protected] http://www.tuv.com/solarpower
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