Auswirkungen von Verschmutzung auf die Leistung von Solar-Photovoltaikanlagen

Verschmutzung auf Solarmodulen

Die lichtabsorbierenden Oberflächen von Solaranlagen bedecken weltweit eine Fläche von mehr als 3.000 km², wobei Solarmodule den Großteil ausmachen. Ein oft vernachlässigtes Problem ist die Verunreinigung dieser Oberflächen, das sogenannte „Soiling“, das insbesondere in trockenen und halbtrockenen Klimazonen mit hoher Sonneneinstrahlung zu erheblich reduzierten Energieerträgen führt. Eine unzureichende Strategie zur Soiling-Minimierung an Standorten mit hohem Solarpotenzial und Soiling-Anfälligkeit kann die beeindruckenden Fortschritte bei der Solarzelleneffizienz, die in den letzten Jahrzehnten erzielt wurden, innerhalb weniger Wochen zunichtemachen.

Vor Solarud gab es keine Einheitslösung für das Problem des Soiling, da es standortspezifische und saisonale Schwankungen, Unterschiede bei den lokalen Energiekosten sowie die Verfügbarkeit und Kosten der für die Reinigung benötigten Ressourcen wie Wasser oder Arbeitskraft gab. Tatsächlich kann häufiges Reinigen die Betriebs- und Wartungskosten sowie den Wasserverbrauch drastisch erhöhen, was einen Bedarf an wasserlosen und kostengünstigen Technologien zur Soiling-Minimierung nach sich zieht.

Das Problem

Um Strom zu erzeugen, benötigt das Solarmodul direkte Einstrahlung (was bedeutet, dass dieses Licht direkt von der Sonne kommt). Neben internen Faktoren (wie dem Brechungsindex des Glases, dem Brechungsindex von EVA, der Zusammensetzung des Glases usw.) gibt es jedoch auch verschiedene externe Faktoren, die die Menge der in das Solarmodul eintretenden Strahlung beeinflussen. Einer dieser Faktoren ist das Soiling, und der damit verbundene Leistungsverlust wird als Soiling-Verlust bezeichnet. Soiling bezieht sich auf die Ansammlung von Erde, Staubpartikeln usw. auf dem Solarmodul.

Diese Schmutzansammlung behindert das Eindringen der Sonnenstrahlung in das Solarmodul. Dies führt in erster Linie zu einer Verringerung der Leistungsabgabe des Solarmoduls. Diese reduzierte Leistungsabgabe kann bestehen bleiben, bis das Modul gereinigt wird, was möglicherweise nicht früh genug geschieht und zu Hotspot-Defekten und anderen Fehlfunktionen führt. Das Endergebnis der Verschmutzung ist, dass sie zu Geldverlusten führt, wenn sie nicht richtig bekämpft wird. In einem Markt, in dem Amortisation und Wirtschaftlichkeit so wichtig sind, kann es sich niemand leisten, Geld zu verlieren.

3 Faktoren, die die Verschmutzung und den Leistungsverlust beeinflussen:

1. Klimatische Bedingungen: Die lokalen klimatischen Bedingungen in Verbindung mit der geografischen Lage des Solarkraftwerks können einen erheblichen Einfluss auf die Verschmutzung haben. Die lokalen Bedingungen können extrem trocken/feucht oder eine Kombination aus extrem trockenem und feuchtem Wetter sein (in einigen Fällen). Dies würde zusätzlich zum ständig wehenden Wind Boden- und Staubpartikel auf das Solarmodul befördern. Auf lange Sicht kann es aufgrund wiederholter Zyklen von trockenem und feuchtem Wetter dazu kommen, dass sich diese Partikel am Modulrahmen ansammeln, was als Zementierung bezeichnet wird. Diese zementierten Staubpartikel sind (meistens) unentfernbar, was zu einer festen Verringerung der Leistungsabgabe des Moduls und einer weiteren dauerhaften Beschädigung des Moduls führt.
2. Neigungswinkel der Module: Es ist bekannt, dass der Neigungswinkel der Module die Produktion einer PV-Anlage beeinflusst. Es ist bekannt, dass der optimale Neigungswinkel dem Breitengrad eines bestimmten Ortes entspricht. Dennoch wird der Neigungswinkel aufgrund der erhöhten Schattenlänge bei solchen höheren Winkeln und/oder Platzbeschränkungen in der Regel in einem geringeren Winkel gehalten. Es ist jedoch eine weniger bekannte Tatsache, dass solche geringeren Neigungswinkel (in wenigen Fällen bis zu 5º) eine erhöhte Staubablagerung verursachen. Solarud kann ab Neigungswinkeln von nur 2 Grad arbeiten. Ein Faktor des Energieverlusts durch Verschmutzung (im Allgemeinen zwischen 3 % und 5 %) wird bei der Planung des Kraftwerks berücksichtigt, und Leistungsverluste von bis zu 10 % bis 12 % können aufgrund der Verringerung eines solchen Neigungswinkels beobachtet und gemeldet werden.

Beachten Sie, dass bei Modulen in Hochkantposition zwei Solarud-Teile in der Nähe jeder Ecke des Moduls empfohlen werden, und drei Solarud-Teile, wenn sich die Module in Querposition befinden (das dritte wird in der Mitte der Modulbreite platziert). Wenn Sie sich das obige Bild ansehen, können Sie sicherlich verstehen, warum.

3. Art der zur Reinigung verwendeten Flüssigkeit: Dieser Faktor kann direkt auf die chemische Zusammensetzung der Flüssigkeit und deren direkte Auswirkung auf die Glasoberfläche zurückgeführt werden. Einige Tröpfchen der Reinigungsflüssigkeit neigen immer dazu, am Solarglas zu haften, wenn das Modul gereinigt wird. Diese Flüssigkeit kann beim Verdunsten einige ihrer Ablagerungen hinterlassen, die normalerweise in ihrer Dicke variieren. Dies würde zu einer Verringerung der Transmission des Glases führen (wie in Grafik 1 gezeigt), was direkt zu einem Leistungsverlust des Moduls führt. Zusätzlich reagiert die variierende chemische Zusammensetzung primär mit der Glasoberfläche (und ihrer ARC), was entweder dazu führen kann, dass Staub am Glas haftet und sich absetzt.

Die oben genannten Parameter sind wichtig, da sie Aufschluss darüber geben, wie Soiling-Verluste entstehen und welche Faktoren sie beeinflussen. Wenn Soiling am Modul vorhanden ist, ist es wichtig, solche Module zu reinigen, um ihre Leistung wiederherzustellen.

Es gibt jedoch einige entscheidende Faktoren, die den Reinigungszyklus beeinflussen. Diese Faktoren sind die folgenden:

Leistungsgewinn vs. Reinigungshäufigkeit: Es ist bekannt, dass die Reinigung von Solarmodulen wichtig ist. Aber es ist notwendig zu verstehen, wie genau die Zykluszeit sein sollte, da der Reinigungszyklus immer mit Kosten verbunden ist. Das Ergebnis des Reinigungszyklus ist, dass die Energieabgabe des gereinigten Strings (und/oder des Solarkraftwerks) steigt, was zu einer Umsatzsteigerung führen würde. Es ist jedoch wichtig zu verstehen, ob eine solche Umsatzsteigerung die Reinigungskosten ausgleichen würde.

Darüber hinaus ist es wichtig zu verstehen, wie oft der Reinigungszyklus erforderlich ist und ob eine solche regelmäßige Reinigung die Kosten ausgleichen würde. Der Energiegewinn im Verhältnis zur Anzahl der Reinigungszyklen ist unten dargestellt. Es ist klar, dass ein Energieverlust von mehr als 25 % entstehen würde, wenn über einen Monat kein Reinigungszyklus durchgeführt wird. Bei einem zweiwöchentlichen, einem wöchentlichen und einem zweimal wöchentlichen Zyklus steigt die Energieabgabe entsprechend an.

Auswirkungen auf Modulkomponenten (hauptsächlich Glas, EVA): Während die beiden oben genannten Punkte physisch sichtbar und leicht zu überwachen sind, können Auswirkungen auf Modulkomponenten nicht gesehen oder gemessen werden. Dies liegt daran, dass, sobald sich Staub auf dem Glas absetzt, dieser die Qualität des Glases beeinträchtigt. Darüber hinaus besteht bei längerer Staubablagerung auf dem Glas die Gefahr, dass dieser zusammen mit Feuchtigkeit in das Modul eindringen kann.

Dieses Eindringen führt zusätzlich zum Leistungsverlust des Moduls (kurzfristig) langfristig zu einer Verschlechterung der Modulqualität und schließlich dazu, dass das Modul unbrauchbar wird. Ein solches Modul (wenn nicht sofort ausgetauscht) könnte einen erheblichen Einfluss auf die Leistungsabgabe des gesamten Strangs haben. Sie können die Energieeinsparungen mit unserer Rechner-Software berechnen.

Ein weiterer Nebeneffekt der Verschmutzung, der meist vernachlässigt wird, da er spezielle Ausrüstung (Wärmebildkamera) erfordert, um ihn zu erkennen, sind Hotspots im Frühstadium und offene Substränge auf längere Sicht.

Wenn sich Ablagerungen über dem Glas befinden, neigen sie dazu, Hotspots zu erzeugen. Diese Hotspots erzeugen einen Widerstand in den Modulzellen, und die Leistung des Moduls nimmt ebenfalls ab, was nicht nur dieses Modul, sondern manchmal den gesamten String oder die gesamte Installation je nach Standortlayout beeinträchtigt. Wenn diese Hotspots länger als vorgesehen bestehen bleiben, können sie zu größeren Defekten wie offenen Substrings oder Modul-Bypass führen.

Diese Hotspots können mit Solarud vermieden werden, besonders wenn sie durch die Ansammlung von Wasser und Staub in der Nähe des unteren Teils der Module entstehen. Wie Sie unten sehen können, entstand ein Hotspot am unteren Rand des Moduls durch Staubablagerungen. Dies hätte minimiert werden können, wenn Solarud in dieser Solaranlage verwendet worden wäre.

Auch können diese Hotspots manchmal zu Bränden führen, bei denen einige oder alle Module der Solaranlage durch das Feuer beschädigt werden und umliegende Gebäude und Personen betroffen sein können. Wenn Sie dies also minimieren oder eliminieren können, indem Sie ein einfaches Stück Plastik in der Nähe des unteren Teils der Module verwenden, warum das Risiko eingehen?

Zuletzt, aber nicht zuletzt, ist die Unterschätzung der Soiling-Verluste auch auf einen besonders heimtückischen Effekt zurückzuführen. In den meisten Fällen ist der Strahlungssensor genauso stark verschmutzt wie die Solarmodule. Folglich sinkt der gemessene Strahlungspegel, obwohl die tatsächliche Strahlung gleich bleibt. Die Abnahme der gemessenen Strahlung gleicht die Abnahme der Stromerzeugung der Module aus, wodurch die PR unverändert bleibt und die Verluste effektiv verborgen werden. Dieser letzte Kommentar wird in einem zukünftigen Blogbeitrag behandelt.

Alles Gute,
Solarud Team