10./ Workshop Photovoltaik-Modultechnik - Jörg Althaus

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1 10./ Workshop Photovoltaik-Modultechnik - Jörg Althaus

2 Inhalt Bauartprüfung und deren Grenzen Sand und Staub Soiling 4 Einflussfaktoren auf den Ertrag 2

3 Bauartprüfung und deren Grenzen Aus IEC / / 61730: Diese Internationale Norm legt die IEC-Anforderungen für die Bauarteignung und Bauartzulassung terrestrischer photovoltaischer Module fest, die für den Langzeitbetrieb in gemäßigten Freiluftklimaten nach IEC geeignet sind.. Besondere Belastung im Sonnengürtel: Höhere tägliche und jährliche Einstrahlung Höhere UV Belastung Höhere Temperaturen Sandstürme Staub mehr Betriebsstunden pro Tag Abbildung A1 aus IEC

4 Bauartprüfung und deren Grenzen Anzupassende Punkte in den Normen: Charakterisierung mit dem Fokus auf unterschiedliche Klimata (IEC Energiematrix) Unrealistische Nennbetriebs-Zellen-Temperatur (NOCT) bei 800 W/m² / 20 C Temperaturspanne der Tests (-45 C bis +85 C) Modultemperatur für Stresstests bei nur 75 C Maximale Bestrahlung bei Tests nur 1000 W/m² Unzureichende UV Prüfung Keine Sandabrasionsprüfung Modul- und Umgebungstemperaturen für Köln Modul Umgebung Modul- und Umgebungstemperaturen für Arizona Temperaturtest: normalisierte Temperaturen [ C] Rückseite Dose Stecker Diode 1000 W/m² / 40 C 79,3 72,1 70,2 79, W/m² / 50 C 102,6 86,6 82,2 92,9 4

5 Bauartprüfung und deren Grenzen Vorschlag einer angepassten Prüfsequenz Charakterisierung Voralterung (20 kwh/m 2 ) Visuelle Kontrolle Erdungsdurchgang Isolationstest Isolation unter Benässung Elektrolumineszenz STC-Leistung Temperaturkoeffizienten Energiematrix Spektrale Empf. (SR) Bypassdiodenprüfung bei Tm = 90 C für 96 Std. Feuchte-Wärme-Test (200 Std.) Temperaturzyklen 500 Zyklen - 25 C bis + 95 C Winkelabhängigkeit (IAM) Charakterisierung Charakterisierung Charakterisierung Charakterisierung Temperaturprüfung bei 1100 W/m² Hot-Spot-Prüfung Bypassdioden- UV (60 kwh/m²) bei 1100 W/m² Funktionsprüfung Charakterisierung Charakterisierung Charakterisierung 2x Feuchte-Frost-Prüfung 10 Zyklen Charakterisierung Mechanische Belastungsprüfung Charakterisierung Sandabrasionstest Spektrale Empf. (SR) Winkelabhängigkeit (IAM) Charakterisierung 5

6 Sand und Staub Sandabrasion - Prüfmethoden Anwendung auf eine bestimmte Region Verfügbare Normen: - MIL 810G Method DEF - STD IEC AECTP 300 Method 313 Verschiedene Regionen wurden untersucht und mit Standardparametern verglichen Parameter sind in jeder Region unterschiedlich Der Militärstandard MIL 810G deckt großen Teil der Bedingungen gut ab Bisher geringe Erfahrung mit Langzeitexponierung in Wüstenregionen Benchmarkprüfungen sind sinnvoll! Verbundprojekt Giga-PV: Systemoptimierung der Photovoltaik- Großkraftwerke für den globalen Sonnengürtel Partner: 6

7 Sand und Staub Sandabrasion - Versuchsreihen Versuchsbeschreibung PV-Modul wurde im Winkel von 25 von vorne und hinten mit Sand bestrahlt Homogene Austrittsfläche: Kreisrund Ø = 200 mm Windgeschwindigkeit: 18 m/s (bis 29 m/s Böenanteile) Sandart: SiO2 (Quarzsand) Härtegrad: Mohs 7 Konzentration: 2,2 g/m³ ± 0,5 g/m³ Belastung pro Seite: 90 min Prüflinge (ohne ARC): - Glas/Folie (Kristallin): Modul - Glas/Folie (Kristallin): Minimodul Vergleich des winkelabhängigen Isc ( ) Vergleich der spektralen Empfindlichkeit Vergleich der Isolationseigenschaften The Telegraph

8 Sand und Staub Sandabrasion - Versuchsreihen Messung der winkelabhängigen Leistung Vor und nach den Abrasionsversuchen wurde die winkelabhängige Leistung eines Modules in Anlehnung an IEC gemessen. Schritt 1: Isc Messung am Modul bei Winkeleinstellungen Schritt 2: Normierung der Ergebnisse auf AOI = 0 Schritt 3: Referenz auf Cos-Funktion (Winkelabhängigkeitskurve) 8

9 Strom [A] Sand und Staub Sandabrasion - Versuchsreihen 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 0 0,5 Spannung [V] Initial Control 9

10 Sand und Staub Sandabrasion - Versuchsreihen Messung der spektralen Empfindlichkeit Vor und nach den Abrasionsversuchen wurden SR Messungen an einem speziell präparierten Modul durchgeführt Praktisch keine Abweichungen des relativen Spectral Response (SR). 10

11 Sand und Staub Sandabrasion - Versuchsreihen Oberflächenstruktur der Rückwandfolie Fotos der Rückwandfolie in bestrahlten Bereichen zeigen Oberflächenveränderungen gegenüber unbestrahlten Bereichen. Effekte sind nach 90 Minuten Bestrahlung sichtbar Bisher noch keine genaue Bewertung der Einflüsse Lichtmikroskopie und Schichtdickenmessungen werden weitere Erkenntnisse liefern Weitere Module befinden sich zzt. in der Prüfung 11

12 Sand und Staub Soiling Abu Dhabi Masdar Projekt Vergleich kleiner Systeme mit variierenden Reinigungszyklen Bestimmung des optimalen Reinigungsintervalls Identifizierung von saisonalen Effekten Teilweise sehr kurze Intervalle notwendig (< 5 Tage) Leistungsverlust von bis zu 25 % innerhalb eines Monats Unbedingt bei Betriebskosten zu berücksichtigen 12

13 Sand und Staub Soiling Tägliche Reinigung einses Systems, keine Reinigung des anderen Sektion 1: beide System gereinigt Sektion 2,3,4: beide System nicht gereinigt Ab D Regen und keine manuelle Reinigung Reinigungsintervall [d] Leistungsverlust [%] 13

14 Zusammenfassung und Ausblick Heiße und extreme Klimata stellen besondere Anforderungen an Systemkomponenten Sand ist nur einer von vielen Stressfaktoren Auswirkung auf Transmission des Glases Auswirkung auf Rückseitenfolie Es gibt bisher keinen angepassten Prüfstandard Vorschlag liegt vor Benchmark Test möglich Erst mit einem Standard kann angepasste Produktentwicklung erfolgen Reinigungs- und Wartungskosten werden oft unterschätzt 14

15 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! TÜV Rheinland Energie und Umwelt GmbH Am Grauen Stein, Köln Dipl.-Ing. Jörg Althaus Tel , Fax Internet: 15

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