< Terug naar vorige pagina

Project

Het begrijpen en verkennen van de energieopbrengst van nextgeneration PV-modules

Het is bekend dat SiPV-modules in het veld geen prestaties van 100% hebben. De dominante factor in verliezen aan energierendement is meestal dat de moduletemperatuur van de werking aanzienlijk hoger is dan onder standaard testomstandigheden. De verminderde nullastspanning van cellen met toenemende temperatuur leidt indirect tot een lager nominaal vermogen. Een andere oorsprong van energieverliezen kunnen de niet-uniformiteiten tussen cellen zijn (leidend tot huidige mismatching in serieel verbonden cellen die de module vormen), bijvoorbeeld, niet-uniformiteiten gerelateerd aan schaduwen, wind, temperatuur en vervuilingseffecten kunnen op korte termijn significante mismatch impliceren, op de lange termijn kunnen verschillende veroudering optreden. Bij IMEC werd een bottom-up, holistische benadering van energieopbrengstmodellering ontwikkeld om de energieopbrengst van cSiPV-modules te begrijpen en te vergroten. Deze modelleringsaanpak houdt rekening met het fysieke gedrag van PV-modules. Binnen- en buitenmetingen werden uitgevoerd om meer inzicht te krijgen in het gedrag van de PV-module, modelparameters te extraheren en de modelleringsaanpak te valideren. Er werd aangetoond dat de dagelijkse energieopbrengst kan worden geëvalueerd met een RMSE van 2,82%, terwijl de modernste modelleringsmethoden die in de literatuur worden vermeld een nauwkeurigheid van 3,52% bereiken. De tool kan worden gebruikt om de energierendementsverliezenmechanismen te identificeren en te begrijpen, ook tijdens sterk variërende weersomstandigheden. Dankzij de bottom up-constructie kan het ook worden gebruikt om potentiële opbrengsten van energieopbrengsten te evalueren van nieuwe (slimme) PV-moduletechnologieën van bijvoorbeeld geavanceerde celontwerpen of nieuwe topologieën die geschikt zijn voor gedeeltelijke beschaduwing. Verder kan het worden gebruikt voor evaluaties van energierendement op korte termijn. De huidige modelleringsaanpak gaat uit van een constante verhouding tussen draaggolf en warmtegeneratie, waarbij spectrale variaties worden verwaarloosd. Om echter het effect van nieuwe materialen met verschillend optisch gedrag (bijvoorbeeld meer UV-doorlatendheid) te testen, moet de modelleringsaanpak worden uitgebreid door spectrale effecten te beschouwen. Daarnaast wordt de degradatie van de PV-module niet beschouwd. Er werd aangenomen dat de modelparameters constant bleven gedurende de simulaties. De prestaties van PV-modules nemen echter af. Verder onderzoek is nodig om op fysica gebaseerde modellen te ontwikkelen die het afbraakgedrag van PV-modules in de loop van de tijd beschrijven. Dit zal de langetermijnnauwkeurigheid van de modelleeraanpak verbeteren en biedt ook meer mogelijkheden voor verkennend onderzoek. Verder wordt de thermische respons van een PV-module, en daarmee de prestaties, sterk beïnvloed door het effect van wind. Het effect van wind is complex en hangt van veel elementen af. Windtunnel testen werden uitgevoerd en eindige elementen (FEM) modellen werden gebruikt om inzicht te krijgen in het effect van wind op de bedrijfstemperatuur van vrijstaande PV-modules. Een andere interessante ontwikkeling in de PV-maatschappij is echter de integratie van PV-apparaten in bouwelementen (bijvoorbeeld façade, dak, enz.). Voor het beschrijven van het effect van wind-PV-modules op horizontaal geplaatste PV-modules zijn aanvullende (schaalmodel) windtunneltests en FEM-modellering vereist. Ten slotte houdt de huidige modelleringsaanpak geen rekening met vervuilende effecten. Het gaat ervan uit dat al het licht dat het oppervlak raakt, wordt gereflecteerd of met een constante snelheid wordt uitgezonden. De ophoping van stof en andere aërosolen kan echter de geabsorbeerde hoeveelheid licht in de zonnecel aanzienlijk verminderen. Deze PhD-positie richt zich op het uitbreiden van de modelleringsaanpak door de bovengenoemde elementen op te nemen en deze benadering te gebruiken voor de verkenning van PV-modules van de volgende generatie. De uitbreidingen moeten gebaseerd zijn op het fysieke gedrag van PV-modules en moeten worden gevalideerd met behulp van gedetailleerde binnen- en buitenmetingen.

Datum:6 nov 2017  →  Heden
Trefwoorden:Solar PV, Energy yield modeling, Wind modeling, Computational fluid dynamics
Disciplines:Modellering, Mulitmediaverwerking, Mechanica, Mechatronica en robotica
Project type:PhD project