Einfluss der Reinigung von PV-Modulen auf die Modulfrontseite Nicoletta Ferretti*, Felix Schneider, Aylin Sönmez, Thomas Weber, Juliane Berghold *[email protected], Tel.: +49 30 8145264-119 PI Photovoltaik-Institut Berlin AG, Wrangelstraße 100, 10997 Berlin 1 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015 PI Berlin Geschäftsbereiche 2 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015 Übersicht 1. Motivation 2. Einleitung 3. Ergebnisse aus der PV Anlage 4. Verschmutzungstest Wie kann Verschmutzung simuliert und das Selbstreinigungsverhalten überprüft werden 5. Auswirkung der Reinigung auf Module 6. Vergleich von ARCs Inwiefern werden Beschichtungen vom Abrieb beschädigt 7. Zusammenfassung 3 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015 1 Motivation- Warum werden Verschmutzung, Reinigung und Abrieb interessant? [EPIA: Unlocking the Sunbelt – Potential of Photovoltaics, 2011-03] 75% der Weltbevölkerung lebt in 66 Ländern entlang des Sonnengürtels Wüsten, Luftverschmutzung und niedrige Installations-Winkel verursachen starke Modulverschmutzung 4 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015 2 Einleitung: Verschmutzung, Reinigung und Abrieb [Sarver et al.] Bislang fehlen PV-Standards für Verschmutzungs-, Abriebs- und Reinigungstests FeldErgebnisse Studium von Grundlagen FeldExperimente Labor Prüfungen [prEN 1096-5] Lebensdauer Simulation Sensoren Abrieb Abriebstest [EN 1096-2] Natürlicher Abrieb auf Beschichtung/Glas oder durch Reinigung Staub und Sand [IEC 60068-2-68] Ziel: Reproduktion von realistischen Verschmutzungs-, Abriebs- und Reinigungsbedingungen 5 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015 3 Feld-Ergebnisse: Israel 3.1 Infrarot • Felduntersuchungen bei neuer 40 MW Anlage • 100% Infrarot-Scanning • Viele Module mit heißen Stellen • Isc Inhomogenität > 10% Hot Spot 6 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015 3 Feld-Ergebnisse: Israel 3.2 STC, EL ΔPmpp = 9.1% • Pmpp Messungen auf Gruppen von 30 Modulen an 13 Standorten homogen verteilt • Leistungsverluste bis 28% • Alle Module zeigen Leitungsverluste größer als 5% im Vergleich zum Label • Nach Verschmutzungsgradkorrektur zeigen 63% der Module keine Leistungsverluste größer als 5% mehr 7 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015 3 Feld-Ergebnisse: Israel 3.2 STC, EL ΔPmpp = 9.1% • Pmpp Messungen auf Gruppen von 30 Modulen an 13 Standorten homogen verteilt • Leistungsverluste bis 28% • Alle Module zeigen Leitungsverluste größer als 5% im Vergleich zum Label • Nach Verschmutzungsgradkorrektur zeigen 63% der Module keine Leistungsverluste größer als 5% 8 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015 4 Verschmutzungstest 4.1 Prozedur Wiederholung Bewertung von: • Auswirkung der Verschmutzung auf Modulleistung • Selbst-Reinigungseffizienz der beschichteten Gläsern Realisierung eines Verschmutzungstests durch Anpassung der DIN EN 1096-5:2011: • Variable Sprühwinkel • Verschmutzungslösung nach Standard 9 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015 4 Verschmutzungstest 4.2 Ergebnisse : Anti-Soiling-Coatings (ASC) Vergleich von zwei Beschichtungen auf mc-Modulen mit Referenz Modul: – ASC 1: Titan Dioxid – ASC 2: Zink/Silber Dioxid Spezifischer Energieertrag kWh/kWp Referenz ASC 1 ASC 2 31,5 32,0 32,3 1,8 2,8 ∆ zum Ref. Ergebnisse: ASC 2: Besserer Selbstreinigungseffekt Höhere Erträge 10 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015 5 Reinigung 5.1 Art der Reinigung [HomePower.com] • Verschiedene Lösungen auf dem Markt verfügbar • Manuelle vs. automatisierte Reinigung 11 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015 5 Reinigung 5.2 Prüfung von Reinigungsoptionen • Beschleunigter Belastungstest um eine bestimmte Anzahl vom Betriebsjahren zu reproduzieren • Die Angewendete Reinigungsfrequenz und der Verschmutzungsgrad sind ortsspezifisch • Prüfung von zwei unterschiedlichen kommerziellen Reinigungsgeräten: • Manuell betrieben, mit Wasser • Automatischer Roboter, trocken • Vergleich mit manueller Reinigung • Evaluierung an verschieden Modultypen 12 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015 5 Reinigung 5.3 Erstes Reinigungsgerät Reflexion: Modul Typ C • Manuell geführte Bürsten, mit Wasser • In der PV-Anlage: 10 Monate pro Jahr/4 Zyklen pro Monat • Simulation von 20 Betriebsjahren: 800 Reinigungszyklen, Streuung von 10 g Sand bei jedem 4. Zyklus • Fünf Modultypen getestet (A bis E) Reflexionsmessungen: – Vier Punkte pro Modul – Kriterium: Änderung < 30% mittlere Reflexionsänderung = 1,1 % 13 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015 5 Reinigung 5.3 Erstes Reinigungsgerät Veränderungen von Pmpp und Reflexion: Hersteller Zeit ∆Pmpp (%) ∆Refl. (%) Ergebniss A 20 Jahre -0,3 25,0 Pass B 20 Jahre -0,6 18,1 Pass C 20 Jahre +0,1 1,1 Pass D 20 Jahre -0,9 62,8 Fail E 20 Jahre -0,9 1,4 Pass Weichere Bürsten für Modul D: D 20 Jahre 0 Keine Veränderungen bei Elektrolumineszenz 14 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015 6,5 Pass 5 Reinigung 5.4 Zweites Reinigungsgerät • Automatisierter Roboter, rotierende Mikrofaserlappen, trocken • In der PV-Anlage: 2 Richtungen täglich / 45 Sandstürme pro Jahr • Simulation von 20 Betriebsjahren : 14638 Reinigungszyklen / Streuung von 2,5 g Sand 10-mal pro Stunde • Modul Typ F Hersteller Zeit ∆Pmpp (%) ∆Refl. (%) Ergebniss F 20 Jahre -0,4 +49 Fail Keine Veränderungen bei Elektrolumineszenz 15 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015 5 Reinigung 5.4 Zweites Reinigungsgerät Simulierte Zeit reduziert Fokus auf die Auswirkung der Reinigungsprozedur auf das ARC • In der PV-Anlage: Eine Richtung täglich / 18 Sandstürme pro Jahr • Simulation der Verschmutzung: Streuung von 2,5 g Sand bei jedem 20. Zyklus Hersteller Zeit ∆Pmpp (%) ∆Refl. (%) Ergebniss G 1 Monat -0,5 4,2 Pass G 1 Jahr -0,6 4,9 Pass G 2 Jahre -0,4 5,4 Pass Keine Veränderungen bei Elektrolumineszenz 16 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015 5 Reinigung 5.5 Manuelle Reinigung • In der PV-Anlage: 9 Mal pro Jahr / 18 Sandstürme pro Jahr • Verschmutzung Prozedur: (Dämpfung, Streuung von 2,5 g Sand, Trocknung) x2 vor jeder Reinigung Hersteller Zeit ∆Pmpp (%) ∆Refl. (%) Ergebniss G Ref. -0,9 11,0 Pass G 2 Jahre -4,3 58,8 Fail G 4 Jahre -8,8 129,9 Fail Ergebnisse: • Keine Veränderungen bei Elektrolumineszenz • Sichtbare Kratzer auf dem Glas Leistungsveränderung • Ähnliche Tendenz bei Isc und Reflexionsänderung 17 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015 6 Vergleich von ARC 6.1 System und Methode • Vergleich von der Beständigkeit von 8 unterschiedlichen ARCs auf leicht strukturierten Gläsern • Reflexionsmessungen vor und nach Abrieb und Reinigung Modulglas 1 m x 1,6 m Initial 1 IIIII IIIII IIIII 25 50 250 500 1000 25 50 250 500 1000 25 50 250 500 1000 Abrasion 1 Abrasion 2 Abrasion 3 Initial 3 Initial 4 Initial 5 Initial 6 • Glasabrieb basiert auf EN 1096-2 mit 25, 50, 250, 500, 1000 Zyklen an 3 Stellen (CS-10 Taber Abriebprüfer) • Trockene Reinigung auf unterer Glasfläche mit 100, 500, 1000 Zyklen 18 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015 Initial 2 Cleaning Initial 7 Initial 8 6 Vergleich von ARC 6.2 Initiale Ergebnisse • Unterschiedliche Gläser wurden nacheinander auf dem gleichen c-Si Modul befestigt IV Kennlinien-Messungen • Vergleich von initialer Reflexionsmessung mit Transmission des Glases Glas-Transmission = Isc (Modul + Glas) / Isc (Modul) R+T=1 • Ähnliche Tendenz • Auswirkungen von Beschichtungen auf STC Leistungsmessungen aufgrund von GlasStrukturierung 19 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015 6 Vergleich von ARC 6.3 Ergebnisse nach Abrieb und Reinigung • Für einige Gläser: Entfernung von ARC nach 250 Zyklen Abrieb • Geringere Reflexionsänderungen nach Reinigung Abriebsbeständigkeit Reflexionsänderung zwischen 1000 und 25 Zyklen Reinigung Resitivität Reflexionszunahme nach 1000 Reinigungszyklen Glas H Bessere Leistung 25% Entfernung der Beschichtung nach 1000 Reinigungszyklen 20 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015 7 Zusammenfassung • Verschmutzung hängt stark vom Standort ab • Die Verschmutzung hat eine größere Auswirkung auf die Leistung für höhere Modulwinkel Soiling • Die Auswirkung von Reinigungsgeräten auf die Module wurde durch beschleunigte Reinigungstests geprüft – Reflexionsänderungen Abrieb der Beschichtungen – Keine relevanten Änderungen der Leistung unter STC und bei Elektrolumineszenz • Relevante Leistungs- und Reflexionsänderungen nach manueller Abrasion Cleaning Reinigung • Abrieb und Reinigung von 8 Gläsern mit unterschiedlichen ARC Unterschiedliche Widerstände 21 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, 12.11.2015
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