Einfluss der Reinigung von PV-Modulen auf die Modulfrontseite

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1 Einfluss der Reinigung von PV-Modulen auf die Modulfrontseite Nicoletta Ferretti*, Felix Schneider, Aylin Sönmez, Thomas Weber, Juliane Berghold Tel.: PI Photovoltaik-Institut Berlin AG, Wrangelstraße 100, Berlin 1 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik,

2 PI Berlin Geschäftsbereiche 2 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik,

3 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,

4 1 Motivation- Warum werden Verschmutzung, Reinigung und Abrieb interessant? [EPIA: Unlocking the Sunbelt Potential of Photovoltaics, ] 75% der Weltbevölkerung lebt in 66 Ländern entlang des Sonnengürtels Wüsten, Luftverschmutzung und niedrige Installations-Winkel verursachen starke Modulverschmutzung 4 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik,

5 2 Einleitung: Verschmutzung, Reinigung und Abrieb [Sarver et al.] Bislang fehlen PV-Standards für Verschmutzungs-, Abriebs- und Reinigungstests Feld- Ergebnisse Labor Prüfungen [pren ] Studium von Grundlagen Feld- Experimente Sensoren Lebensdauer Simulation Abriebstest [EN ] Abrieb Natürlicher Abrieb auf Beschichtung/Glas oder durch Reinigung 5 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik, Staub und Sand [IEC ] Ziel: Reproduktion von realistischen Verschmutzungs-, Abriebs- und Reinigungsbedingungen

6 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,

7 3 Feld-Ergebnisse: Israel 3.2 STC, EL ΔP mpp = 9.1% P mpp 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,

8 3 Feld-Ergebnisse: Israel 3.2 STC, EL ΔP mpp = 9.1% P mpp 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,

9 4 Verschmutzungstest 4.1 Prozedur Bewertung von: Auswirkung der Verschmutzung auf Modulleistung Selbst-Reinigungseffizienz der beschichteten Gläsern Realisierung eines Verschmutzungstests durch Anpassung der DIN EN :2011: Variable Sprühwinkel Verschmutzungslösung nach Standard Wiederholung 9 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik,

10 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 Referenz ASC 1 ASC 2 kwh/kwp 31,5 32,0 32,3 zum Ref. 1,8 2,8 Ergebnisse: ASC 2: Besserer Selbstreinigungseffekt Höhere Erträge 10 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik,

11 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 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,

13 5 Reinigung 5.3 Erstes Reinigungsgerät Manuell geführte Bürsten, mit Wasser Reflexion: Modul Typ C 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,

14 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 6,5 Pass Keine Veränderungen bei Elektrolumineszenz 14 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik,

15 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 : 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,

16 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,

17 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,

18 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 Initial 1 Initial 2 I I I I I I I I I I I I I I I Abrasion 1 Modulglas 1 m x 1,6 m Abrasion Abrasion 3 Initial 3 Initial 4 Initial 5 Initial 6 Glasabrieb basiert auf EN mit 25, 50, 250, 500, 1000 Zyklen an 3 Stellen (CS-10 Taber Abriebprüfer) Trockene Reinigung auf unterer Glasfläche mit 100, 500, 1000 Zyklen Cleaning Initial 7 Initial 8 18 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik,

19 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 Glas- Strukturierung 19 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik,

20 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,

21 7 Zusammenfassung Verschmutzung hängt stark vom Standort ab Die Verschmutzung hat eine größere Auswirkung auf die Leistung für höhere Modulwinkel Abrasion 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 Cleaning Relevante Leistungs- und Reflexionsänderungen nach manueller Reinigung Abrieb und Reinigung von 8 Gläsern mit unterschiedlichen ARC Unterschiedliche Widerstände 21 Nicoletta Ferretti, Photovoltaik-Modultechnik,

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