13. SYMPOSIUM ENERGIEINNOVATION. Leistungssteigerung von Photovoltaikanlagen durch Modulkühlung. DI (FH) DI Alois Niederl Graz, Februar 2014
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1 13. SYMPOSIUM ENERGIEINNOVATION Leistungssteigerung von Photovoltaikanlagen durch Modulkühlung DI (FH) DI Alois Niederl Graz, Februar 2014
2 Agentur für Erneuerbare Energie, Energiesparen, Klimaschutz und Haustechnik. weil wir (Energie) weiter denken
3 Vorstellung LEA GmbH Gründung 1996, GmbH seit 2008 Technisches Büro für erneuerbare Energie und Haustechnik 13 Mitarbeiter Spektrum der Geschäftsbereiche:
4 Überblick Zielsetzung Methodik Ergebnisse Schlussfolgerungen
5 Zielsetzung Ermittlung der Leistungssteigerung von PV-Anlagen durch Modulkühlung Grundlagen zur Modellierung des Temperaturverhaltens von PV-Modulen Auswirkungen einer Modulkühlung im Realbetrieb Wirtschaftlichkeit einer Modulkühlung
6 Methodik Literaturrecherche Simulation des statischen und dynamischen Temperaturverhaltens von PV-Modulen Empirische Untersuchung mittels Versuchsanlage 2 identische PV-Anlagen, jeweils 22 Module (poly) und 4,84 kwp Regenwasserberegnungsanlage, Datenerfassung Referenzmessungen und 2 Jahre Kühlbetrieb (Mai bis August) Ökofonds-Forschungsförderung des Landes Steiermark Dynamische Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
7 Temperaturabhängigkeit der Leistung von PV-Anlagen Strom steigt leicht mit zunehmender Temperatur Spannung sinkt mit zunehmender Temperatur => Leistung sinkt mit zunehmender Temperatur Quelle: Haselhuhn & Hemmerle, 2005
8 Modellierung des Temperaturverhaltens (statisch) Wärmeleitung von der Zelle zur Moduloberfläche 1,57-fach höherer thermischer Widerstand an der Modulfrontseite Quelle: Glotzbach et al., 2011
9 Modellierung des Temperaturverhaltens (statisch) Wärmeleitung von der Zelle zur Moduloberfläche Quelle: eigene Berechnungen
10 Modellierung des Temperaturverhaltens (statisch) Wärmeübertragung an der Moduloberfläche (Rückund Frontseite) Strahlung gegenüber Himmel / Boden Konvektion Energiebilanz bei NOCT-Bedingungen [%] Quelle: eigene Berechnungen Quelle: Krauter, 2008
11 Modellierung des Temperaturverhaltens (dynamisch) Zeitlicher Verlauf der Modultemperatur Änderung der solaren Einstrahlung Einfluss einer aktiven Wasserkühlung an der Modulfrontseite Zeitkonstante des PV-Moduls 51 Sekunden Reduktion der Einstrahlung von 800 W/m 2 auf 300 W/m 2 Quelle: eigene Berechnungen
12 Modellierung des Temperaturverhaltens (dynamisch) Wasserkühlung an der Modulfrontseite Zeitkonstante des PV-Moduls (NOCT-Bedingungen) Ca. 11 Minuten bei einer Wassertemperatur von 20 C Ca. 12 Minuten bei einer Wassertemperatur von 10 C Quelle: eigene Berechnungen
13 Versuchsanlage Modulkühlung (Schema, Impressionen)
14 Versuchsanlage Modulkühlung (Ergebnisse 9. Juli 2011) Temperaturreduktion 24 K Leistungssteigerung real: ca. 9,4% (11,3% theoretisch) Leistungssteigerung Juni 2011: ca. 3,8%
15 Versuchsanlage Modulkühlung (Ergebnisse) Zunehmende Verschmutzung nach 2-3 Monaten Regenwasser Verschmutzung, da Wassercontainer im Freien Nach Reinigung: ursprüngliche Leistungssteigerung Benötigte Pumpenergie 20% vom Mehrertrag Quelle: eigene Berechnungen (Juli 2011)
16 Dynamische Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Annahme: Begrenzung der Modultemperatur auf einen Maximalwert = Kühltemperatur Quelle: eigene Berechnungen
17 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Ergebnis (Kühltemperatur 25 C) Amortisation nach 8 Jahren (statisch) bzw. 9 Jahren (dynamisch) Interne Verzinsung von ca. 10% Sensitivitätsanalyse für die Leistungssteigerung bei unterschiedlichen Kühltemperaturen Quelle: eigene Berechnungen
18 Schlussfolgerungen Derzeit kaum Methoden zur Leistungssteigerung (starke Preisreduktion PV) Modellierung des Temperaturverhaltens Arbeit liefert Grundlagen für statische / dynamische Simulation Gute Übereinstimmung der Simulation mit Ergebnissen aus Literatur Thermisches Gleichgewicht zwischen Modulfront- und Modulrückseite kann nur idealisiert angenommen werden Reale Versuchsanlage Deutliche Leistungssteigerung erzielbar, aber Modulverschmutzung Gute Übereinstimmung bzgl. der Pumpenergie mit Literaturangaben Weiterführende Arbeiten mit niedrigerer Wassertemperatur Wirtschaftlichkeit im Bereich der Werte von PV-Anlagen Evtl. neue Produkte / Dienstleistungsangebote Ästhethischer Prozess, Neugierde,
19 13. SYMPOSIUM ENERGIEINNOVATION Leistungssteigerung von Photovoltaikanlagen durch Modulkühlung DI (FH) DI Alois Niederl Graz, Februar 2014
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