Forschende der Curtin University in Malaysia entwickeln Temperaturmodell für schwimmende Photovoltaikzellen – Vorhersageerfolg 11/12

de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam der Curtin University in Malaysia hat ein vereinfachtes Modell zur Betriebstemperatur von Zellen für schwimmende Photovoltaiksysteme (FPV) entwickelt. Das Modell ist mit dem bestehenden Modell der nominalen Betriebstemperatur von Zellen (NOCT) kompatibel und kann daher in bestehende Photovoltaiksoftware integriert werden.

Der korrespondierende Autor des Teams, Ramanan Chidambaram Jayaraj, erklärte, dass das FPV-NOCT-Modell auf dem standardmäßigen NOCT-Photovoltaikmodell basiert und durch die Einbeziehung der Wassertemperatur die Temperatur von Solarzellen, die auf Gewässern schwimmen, abschätzt. Sein entscheidender Vorteil liegt darin, dass es weiterhin mit bestehenden Photovoltaik-Temperaturmodellen kompatibel ist, lediglich die Wassertemperatur als zusätzliche Daten benötigt und die Einfachheit des ursprünglichen NOCT-Rahmens beibehält. Jayaraj gab an, dass er derzeit an der Verbesserung des Modells arbeitet, um die Vorhersagegenauigkeit zu erhöhen, und plant, die Entwicklung des Zelltemperaturmodells auf aufkommende Solarzellentechnologien auszuweiten.

Im Rahmen der Forschung kombinierte das Team Feldmessungen, numerische Strömungsmechanik (CFD), statistische Analysen und theoretische Modellierung. Zunächst sammelten sie auf zwei maßgeschneiderten FPV-Systemen in Malaysia minütlich Daten, wobei die verwendeten Module eine Leistung von 100 Watt hatten und in Höhen von 250 mm bzw. 800 mm über der Wasseroberfläche installiert waren. Mithilfe dieser Messdaten leitete das Team experimentelle Regressionsmodelle ab und validierte ein in Ansys Fluent entwickeltes zweidimensionales CFD-Modell.

Anschließend verwendete das Team die statistische Taguchi-Analyse, um CFD-Regressionsmodelle mit 10 Faktoren und 7 Faktoren zu generieren und so die Auswirkungen von Umwelt- und Designvariablen zu bewerten. Basierend auf diesen Ergebnissen entwickelten die Forschenden ein speziell auf FPV zugeschnittenes NOCT-Modell, das die Umgebungswassertemperaturdifferenz einbezieht, und ergänzten darauf aufbauend eine Version mit einem Windkorrekturfaktor.

Die Forschenden verglichen fünf Modelle – das experimentelle Regressionsmodell, die CFD-Taguchi-Regressionsmodelle mit 10 und 7 Faktoren, das FPV-NOCT-Modell sowie das FPV-NOCT-Modell mit Windkorrekturfaktor – mit den experimentellen Daten. Anschließend validierten sie die robustesten Kandidatenmodelle, insbesondere das FPV-NOCT-Modell, mithilfe unabhängiger FPV-Datensätze vom Passaúna-See in Brasilien sowie aus Windsor und Oakville in Kalifornien. Das basische FPV-NOCT-Modell zeigte die beste Gesamtleistung. Jayaraj erläuterte, dass das Modell bei Tests mit Daten schwimmender Photovoltaikanlagen am Passaúna-See die beobachteten Zelltemperaturen in 11 von 12 Monaten erfolgreich vorhersagte, während es mit dem Windkorrekturfaktor in allen 12 Monaten erfolgreich war. Ähnliche Muster wurden in Windsor und Oakville beobachtet, wo das FPV-NOCT-Modell in einem Fall eine Vorhersagegenauigkeit von 92,3 % erreichte. Für Photovoltaiksysteme, die auf Gewässern schwimmen, schnitt das vorgeschlagene Modell besser ab als das standardmäßige NOCT-Zelltemperaturmodell.

Die entsprechenden Ergebnisse wurden als wissenschaftlicher Artikel mit dem Titel „Water cooling effect in solar cell temperature estimation for floating photovoltaics modeling" (Einfluss der Wasserkühlung auf die Schätzung der Solarzellentemperatur für die Modellierung schwimmender Photovoltaik) in der Fachzeitschrift Solar Energy veröffentlicht.