Belastungen von Modulen in heißen Klimazonen

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Marta Weiner
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1 Belastungen von Modulen in heißen Klimazonen Markus Schweiger TÜV Rheinland Energy GmbH T markus.schweiger@de.tuv.com

2 Inhalt Einleitung Quantifizierung von Temperaturbedingungen Einfluss auf elektrischen Größen Zusammenfassung 2

3 Einleitung: Weltweite Freifeld-Messplätze 3

4 Einleitung: Aufstellungs- und Umgebungsbedingungen Location Country Operation since Köppen-Geiger climate classification Inclin ation angle Annual in-plane global solar irradiation Average annual rainfall Annual transmission loss due to soiling Ancona Italy 01 Nov 2013 Cfa (mediterranean) kwh/m² 757 mm Year 1: -3.7% Year 2: -1.4% Tempe Arizona/U SA 15 Dec 2013 Bwh (hot dessert) kwh/m² 219 mm Year 1: -2.1% Year 2: -7.5% Chennai India 01 Feb 2014 Cologne Germany 01 Mar 2014 Aw (tropical savanna, hothumid/dry) kwh/m² 1597 mm negligible Cfb (temperate) kwh/m² 774 mm negligible Thuwal Saudi- Arabia 11 Mar 2015 Bwh (hot desert, sandstorm impact) kwh/m² 70 mm N/A Periodical cleaning 4

5 Einleitung: Temperatur Messungen Messung der Umgebungstemperatur: Pt100 ventiliert Messung der Modultemperatur: Foliensensor Equivalent cell temperature (ECT) nach IEC ECT 1 V = 25 C + β V OC, meas OC, STC G 1 a ln 1000W meas / m² 5

6 Temperaturbedingungen: Monatsmittelwerte G PoA > 15 W/m² 6

7 Temperaturbedingungen: Umgebungstemperatur Location Cologne (Germany) Ancona (Italy) Chennai (India) Tempe (USA) Thuwal (Saudi- Arabia) Ambient temperature range (G > 15 W/m²) Average -4.6 C to 34.1 C 15.2 C -1.3 C to 35.5 C 18.1 C 17.0 C to 42.7 C 30.3 C -0.5 C to 44.8 C 27.4 C 13.2 C to 44.3 C 31.1 C 7

8 Temperaturbedingungen: Modultemperatur Location Cologne (Germany) Ancona (Italy) Chennai (India) Tempe (USA) Thuwal (Saudi- Arabia) Module temperature range (G > 15 W/m²) Average -7.5 C to 60.4 C 21.5 C -4.3 C to 59.4 C 25.6 C 14.1 C to 69.8 C 41.1 C -5.1 C to 68.4 C 39.6 C 10.2 C to 68.6 C 41.8 C 8

Temperaturbedingungen: Modultemperatur 70 Entstehung von Extremwerten: 65 60 Hohe

1100 1000 900 800 G PoA [W/m²] 700 600 500 400 300 200 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 7:12 7:40 8:09 8:38

9 Temperaturbedingungen: Modultemperatur 70 Entstehung von Extremwerten: Hohe Bestrahlungsstärken Hohe Umgebungstemperaturen T Mod [ C] Windstille Leerlauf G PoA [W/m²] :12 7:40 8:09 8:38 9:07 9:36 10:04 Windspeed [m/s] 10:33 11:02 11:31 12:00 12:28 12:57 13:26 13:55 14:24 14:52 15:21 15:50 16:19 9

10 Temperatureinfluss: Energieertrag 30% 10

11 Temperatureinfluss: Energetisch gewichtete Modultemperatur Unterschied zwischen getesteten Modultypen: 3.4 C in Chennai, 5.0 C in Tempe, 4.9 C in Ancona, 3.7 C in Cologne T BoM, G = T T T BoM G G PoA PoA dt dt 11

12 Temperatureinfluss: Temperaturkoeffizienten Relative Temperatur Koeffizienten [%/K] Positiv für I SC (α) Negativ für V OC (β) und P Max (γ) Beste Werte bei a-si und CdTe 12

13 Temperatureinfluss: Temperaturkoeffizienten 13

14 Temperatureinfluss: Prozentualer Energieertragsverlust Standort Energieertragsminderung durch Temperatur Germany -1.2 % to -3.7 % Italy -2.6 % to -5.3 % India -5.3 % to -9.6 % Arizona -5.1 % to % T G dt BoM PoA T MPR TEMP = γ 25 C G dt PoA T 14

15 Temperatureinfluss: Leistungsstabilität PMax = Pt / Pt =

Zusammenfassung Extremwerte von maximal 70 C bei freier Aufständerung höhere Werte bei mangelnder Hinterlüftung Unterschied des Temperaturverhaltens und der Temperaturverluste verschiedener

16 Zusammenfassung Extremwerte von maximal 70 C bei freier Aufständerung höhere Werte bei mangelnder Hinterlüftung Unterschied des Temperaturverhaltens und der Temperaturverluste verschiedener Modultypen und Hersteller signifikant Modultemperatur ist größter witterungsbedingter Einflussfaktor auf den Energieertrag (mehr als -10% Ertragsverlust möglich) Optimierungspotential hoch Temperatur kann Anfangsstabilisierung, Metastabilität und Langzeitstabilität von PV Modulen beeinflussen (negativ und positiv) Die Überwachung der Leistungsfähigkeit von PV Modulen in verschiedenen Klimazonen ist sehr wichtig für die Qualitätskontrolle. Alle für den Energieertrag relevanten Einflussgrößen werden berücksichtigt durch das TÜV Rheinland Energy Rating Label 16

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 17 ACKNOWLEDGEMENT: This work is supported by the German Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWi) as part of contract no B.

18 Literaturhinweise [1] W. Herrmann: Solar simulator measurement procedures for determination of the angular characteristic of PV modules, 29 th EU PVSEC, Amsterdam, [2] IEC , Photovoltaic (PV) module performance testing and energy rating - Part 1: Irradiance and temperature performance measurements and power rating, [3] IEC , Photovoltaic (PV) module performance testing and energy rating - Part 2: Spectral response, incidence angle and module operating temperature measurements (IEC 82/774/CDV), [4] Schweiger, M.; Herrmann, W.; Gerber, A.; Rau, U. (2016): Understanding the Energy Yield of Photovoltaic Modules in Different Climates by Linear Performance Loss Analysis. Submitted in IET Renewable Power Generation. [5] IEC 60891: `Photovoltaic devices. Procedures for temperature and irradiance corrections to measured current voltage characteristics, [6] Schweiger, M., Herz, M., Kämmer, S., Herrmann, W.: ` Fabrication Tolerance of PV-Module I-V Correction Parameters for Different PV-Module Technologies and Impact on Energy Yield Prediction. 29th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Amsterdam, 2014, pp [7] Schweiger, M., Bonilla, J., Herrmann, W., Gerber, A., Rau, U.: `Performance Stability of Photovoltaic Modules in Different Climates, manuscript in preparation. [8] Herrmann, W., Schweiger, M.: `Soiling and self-cleaning of PV modules under the weather conditions of two locations in Arizona and South-East India. 42nd Photovoltaic Specialist Conference (IEEE PVSC), New Orleans, United States, 2015, pp [9] M. Schweiger, W. Herrmann: Energy rating label for PV modules to improve energy yield prediction in different climates, 30th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, September 2015, Hamburg, Germany. 18

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