Großer Durchbruch für die Energiewirtschaft: Neues System misst Solarleistung langfristig.

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Suns Voc Strom-Spannungs-Prüfung für den systemweiten Einsatz angepasst.

Ein neues System zur langfristigen Messung der Solarleistung in skalierbaren Photovoltaiksystemen, das von Forschern der Arizona State University entwickelt wurde, stellt einen Durchbruch bei den Kosten und der Langlebigkeit der vernetzten Stromversorgung dar.

Wenn Solarzellen entwickelt werden, werden sie im Labor auf “Strom-Spannung” getestet, bevor sie in Panels und Systemen im Freien eingesetzt werden. Einmal im Freien installiert, werden sie normalerweise nicht noch einmal getestet, es sei denn, das System wird größeren Problemen ausgesetzt. Das neue Testsystem, Suns-Voc, misst die Spannung des Systems als Funktion der Lichtintensität in der Außenumgebung und ermöglicht so Leistungsmessungen in Echtzeit und eine detaillierte Diagnose.

“Innerhalb des Labors wird jedoch alles kontrolliert”, erklärte Alexander Killam, ein ASU-Doktorand der Elektrotechnik und wissenschaftlicher Mitarbeiter der ASU. “Unsere Forschung hat eine Möglichkeit entwickelt, Suns-Voc zur Messung der Degradation von Solarpaneelen zu verwenden, sobald sie sich in der realen Welt im Freien befinden und von Wetter, Temperatur und Feuchtigkeit beeinflusst werden”, sagte er.

Aktuelle Photovoltaikmodule sind für eine Lebensdauer von 25 Jahren bei einem Wirkungsgrad von 80 Prozent ausgelegt. Ziel ist es, diesen Zeitrahmen auf 50 Jahre oder länger zu erweitern.

“Dieses Überwachungssystem wird den Photovoltaik-Herstellern und großen Energieversorgungsunternehmen die Art von Daten liefern, die notwendig sind, um die Designs anzupassen, um die Effizienz und Lebensdauer zu erhöhen”, sagte Killam, der Hauptautor von “Monitoring of Photovoltaic System Performance Using Outdoor Suns-Voc” für Joule.

Bei den meisten Techniken zur Messung der Sonneneffizienz im Freien ist es beispielsweise erforderlich, die Verbindung zum Stromversorgungsmechanismus zu trennen. Der neue Ansatz kann automatisch täglich während des Sonnenauf- und Sonnenuntergangs messen, ohne die Stromversorgung zu stören.

“Als wir vor 20 Jahren die Photovoltaik entwickelten, waren Paneele teuer”, sagte Stuart Bowden, ein außerordentlicher Forschungsprofessor, der die Siliziumabteilung des Solarenergie-Labors der ASU leitet. “Jetzt sind sie billig genug, so dass wir uns über die Kosten der Paneele keine Sorgen mehr machen müssen. Wir sind mehr daran interessiert, wie sie ihre Leistung in verschiedenen Umgebungen aufrechterhalten.

“Ein Banker in Miami, der ein Photovoltaik-System zeichnet, möchte in Dollar und Cent wissen, wie das System in Miami und nicht in Phoenix, Arizona, funktionieren wird.

“Die Wetterauswirkungen auf Photovoltaiksysteme in Arizona werden sich erheblich von denen in Wisconsin oder Louisiana unterscheiden”, sagte Joseph Karas, Koautor und Doktor der Materialwissenschaften, der jetzt am National Renewable Energy Lab promoviert hat. “Die Fähigkeit, Daten aus einer Vielzahl von Klimazonen und Standorten zu sammeln, wird die Entwicklung von universell wirksamen Solarzellen und -systemen unterstützen”.

Das Forschungsteam konnte seinen Ansatz in der Anlage des ASU-Forschungsparks testen, wo das Solarlabor hauptsächlich solarbetrieben ist. Für seinen nächsten Schritt verhandelt das Labor mit einem Kraftwerk in Kalifornien, das sein Leistungsprofil um ein Megawatt Silizium-Photovoltaik erweitern möchte.

Das System, das die Zuverlässigkeit und Lebensdauer größerer, miteinander verbundener Systeme aus der Ferne überwachen kann, wird ein wichtiger Durchbruch für die Energiewirtschaft sein.

“Die meisten Solardachanlagen für Privathaushalte gehören nicht dem Hauseigentümer, sondern einem Versorgungsunternehmen oder Makler, der ein persönliches Interesse an der Überwachung der photovoltaischen Effizienz hat”, sagte Andre’ Augusto, Leiter der Silizium-Heteroübergangsforschung am ASU-Solarenergie-Laboratorium und Mitautor des Artikels.

“In dem Maße, wie Entwickler von Einkaufszentren oder sogar geplanten Wohngemeinschaften damit beginnen, Solarenergie in ihre Bauprojekte zu integrieren, wird auch das Interesse an der Überwachung in großem Maßstab zunehmen”, sagte Augusto.

Laut Bowden dreht sich alles um die Daten, vor allem, wenn sie automatisch und aus der Ferne überwacht werden können – Daten für die Banker, Daten für die Bauträger und Daten für die Versorgungsunternehmen.

Wenn die intelligente Stadt von Bill Gates, die etwa 30 Meilen von Phoenix entfernt in Buckeye, Arizona, geplant ist, die Messtechnik des Teams nutzt, “könnte sie zum IoT der Photovoltaik werden”, sagte Bowden.

Referenz: 4. Dezember 2020, Joule.
DOI: 10.1016/j.joule.2020.11.007

Dieses Material basiert auf Arbeiten, die hauptsächlich von der National Science Foundation (NSF) und dem Department of Energy (DOE) unter NSF CA Nr. EEC-1041895 unterstützt werden.

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