de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam der Fachhochschule Aachen hat erfolgreich ein dynamisches Modell für die Sprühkühlung schwimmender Photovoltaiksysteme entwickelt. Der korrespondierende Autor Nico Oles sagte gegenüber pv magazine: „Diese Studie analysiert die Sprühkühlung aus einer Systemperspektive. Die Kühltechnik selbst ist nicht neu, aber unser Fokus liegt auf dem Entwurf eines einfachen, kostengünstigen Sprühsystems für die praktische Anwendung. Es kombiniert dynamische Modellierung mit Validierung und wurde unter verschiedenen Klimabedingungen getestet, wobei sich zeigte, dass die Leistung und optimale Betriebsweise stark vom konkreten Standort abhängen.“
Das Modell integriert das thermische Verhalten schwimmender PV-Anlagen, deren elektrische Leistung und aktive Kühlmechanismen. Es nimmt Wetterdaten als Eingabe, berechnet die Sonneneinstrahlung, Konvektion, Strahlungskühlung sowie Verdunstungs- und Kondensationseffekte, um die Modultemperatur zu bestimmen. Diese Temperaturdaten werden dann in ein elektrisches Modell eingespeist, in dem der Wirkungsgrad mit steigender Temperatur abnimmt. Wenn die Temperatur einen festgelegten Schwellenwert überschreitet, wird das Sprühkühlungsmodell aktiviert. Dieses quantifiziert den fühlbaren und latenten Wärmeentzug, wenn Wassertropfen auf die PV-Module treffen, berücksichtigt den Energieverbrauch der Pumpe und bewertet letztendlich die Nettoenergieauswirkungen unter verschiedenen Klima- und Betriebsbedingungen.
Das Team validierte das Modell vor Ort an einem Reservoir in Weeze im Nordwesten Deutschlands, indem es die Modellausgaben mit Messdaten einer echten schwimmenden PV-Anlage verglich. Die Anlage hat eine Gesamtleistung von etwa 750 Kilowatt und nutzt 395-Watt-Module mit einem Wirkungsgrad von 19,5 %. Der Sprühkühlungsabschnitt wurde im zentralen Bereich der Anlage installiert, wobei die Module in Ost-West-Ausrichtung angeordnet sind. Angetrieben wird er von einer 2,2-Kilowatt-Tauchpumpe, die mit landwirtschaftlichen Sprühdüsen verbunden ist. Der Betriebsdruck beträgt 2,3 Bar, die Sprühlänge 23 Meter und der Durchfluss 10,4 Kubikmeter pro Stunde. Die Übereinstimmung zwischen Modell und Experiment war hoch, mit einer durchschnittlichen absoluten Abweichung von 0,98 Grad Celsius.
Die Forscher führten außerdem Jahreszeitsimulationen für Anlagen am See Genezareth in Israel, am Gardasee in Italien, am Lake Tahoe in den USA und für die Anlage in Weeze durch. Die Ergebnisse zeigen, dass die Sprühkühlung die Modultemperatur an allen Standorten signifikant senkte, mit einer jährlichen durchschnittlichen Reduktion von 12 % bis 22 % und Spitzenwertreduktionen von bis zu 42 %. Der Kühleffekt und der daraus resultierende Energiegewinn variierten je nach Klima: Der See Genezareth erzielte den höchsten relativen Energiegewinn von 3,8 %, der Gardasee und Lake Tahoe lagen bei 2,7 % bis 3,1 %, während Weeze mit 1,9 % den geringsten Gewinn aufwies.
Oles fügte hinzu, dass die Sprühkühlung neben der Temperatursenkung auch zur Reinigung, Schneeverhinderung und Brandbekämpfung bei schwimmenden PV-Anlagen eingesetzt werden könnte. Das Team plant Langzeittests, um die Ergebnisse weiter zu validieren und andere Anwendungsfälle sowie Umweltauswirkungen, z. B. auf Seeökosysteme und Verdunstung, zu untersuchen.
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