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Freifeldcharakterisierung von PV-Anlagen im Rahmen des Projektes PV- FeldLab -ein Statusbericht-
(2020)
Das Projekt PV-FeldLab verfolgt das Ziel, ein umfassendes Konzept für eine messtechnisch sehr präzise elektrische Freifeld-Charakterisierung von PV-Generatoren zu entwickeln. Es beinhaltet eine optische Untersuchung mittels drohnengestützter Thermografie und eine genaue elektrische Charakterisierung von PV-Anlagen im Freifeld, auch bei räumlicher Inhomogenität von Bestrahlungsstärke, Temperatur und bei variablen Aufbauwinkeln von Modulen im Strang. Die Verknüpfung der elektrischen und optischen Messdaten erlaubt eine effiziente Untersuchung von PV-Anlagen und ermöglicht eine Präzisierung von Ertragsanalysen. Dieser Bericht beschreibt den ersten Projektabschnitt, in welchem der Fokus vor allem auf der Initialisierung der messtechnischen Komponenten, sowie ersten Messungen und Analysen liegt.
Ziel des Projektes ist es, ein Verfahren für elektrische Vorort-Leistungsanalysen von Photovoltaik (PV)-Anlagen zu entwickeln. Dazu werden die elektrischen Parameter von PV-Strings lokal und global mit Hilfe eines neuen Feldlaboransatzes mit Indoor-Laborgenauigkeit vermessen. Das neue Messverfahren ist normgerecht und wird helfen, die Standardisierung von Feldmessungen weiterzuentwickeln. Im Projekt werden bekannte Messmethoden der Photovoltaik, (IR-Thermografie, I-U-String-Messung, digitale Datenverarbeitung mittels Selbstreferenzierung) zu einem innovativen Gesamtkonzept synthetisch zusammengeführt. Die Entwicklung des Messverfahrens wird an speziell gealterten PV-Anlagen marktbestimmender Technologien (c-Si-, CdTe-, CIGS-Muster-PV-Anlagen) vorangetrieben. So wird das Verfahren auf Erkennung spezifischer Degradationsszenarien und marginaler quantitativer Parameterveränderungen trainiert und geschärft
Outdoor-I-U-Messungen an Photovoltaik- (PV) - Modulen haben den Vorteil, dass Effekte wie „light soaking“ oder „light-induced degradation“ unter natürlichen Bedingungen untersucht werden können. Solche Outdoor-Analysen können unter Anwendung des Selbstreferenzierungsalgorithmus (SRA) die Zuverlässigkeit von Indoor-Flasher-Messungen erreichen. Dieses neue Konzept liefert I-UEigenschaften für wesentlich mehr Testbedingungen als vom Standard IEC 61853 gefordert und so können Schwachlichtkurven aller relevanten elektrischen I-U-Parameter für bestimmte Temperaturen erzeugt werden. Wir berichten über experimentelle Ergebnisse einer 6-tägigen Outdoor-Messkampagne an Dünnschicht-PV-Modulen. Wir evaluieren darüber hinaus die Möglichkeiten, Temperaturkoeffizienten, STC- und NOCT-Daten zu bestimmen und I-U-Kennlinien als Basis für Fitting-Analysen abzuleiten. Abschließend wird die Genauigkeit der neuen Outdoor-Methode untersucht.
CdS/CdTe thin film solar technology is one of the most promising concepts to accomplish high efficiencies and low costs in mass production. Further knowledge about electric parameters, such as serial resistances and recombination losses, is needed in order to improve in a systematic approach the module efficiency. The basic tool for device evaluation is the JV-measurement (current density – voltage) under standard test conditions. JVmeasurements result in rather direct determination of electric parameters, and detailed JV-analysis in indirect determination of some more relevant electric parameters. For thin film solar cells the usual 2-diode model and the responsible equation can be reduced to a 1-diode model due to significant recombination processes in the space charge region. However, the fit results suffer on imprecision of derived recombination currents (Jrec), and series resistance (Rs), due to their ambiguousness in fit routine. Direct and precise access of Rs by measurements fails for CdTe, due to its significant dependency on illumination levels. In this work we present a new method for precise Rs and Jrec determination of CdTe cells.
Outdoor or just on site analyzes of photovoltaic modules can offer some advantages in comparison to indoor Lab stud-ies. In this way the electrical performance is monitored and logged under natural operating conditions in full range of irradiation and temperature. The entirety of monitored IV data allows deriving low-light characteristics of electric parameters, temperature coefficients and root cause analysis for possible degradation. We apply so-called self-reference algorithm in order to increase the accuracy of analysis. The improved precision is due to application of effective acting irradiation and effective temperature instead of externally measured data. Effective irradiation is determined in self-referencing scheme: the short circuit current of the module is assigned to the irradiation.
Outdoor or just on site analyzes of photovoltaic modules can offer some advantages in comparison to indoor Lab studies. In this way the electrical performance is monitored and logged under natural operating conditions in full range of irradiation and temperature. The entirety of monitored IV data allows deriving low-light characteristics of electric parameters, temperature coefficients and root cause analysis for possible degradation. We apply so-called self-reference algorithm in order to increase the accuracy of analysis. The improved precision is due to application of effective acting irradiation and effective temperature instead of externally measured data. Effective irradiation is determined in self-referencing scheme: the short circuit current of the module is assigned to the irradiation. This assignment has to be calibrated, preferably at standard test conditions for irradiation. In this contribution we demonstrate a process of precise measurement of Isc under clear-sky outdoor conditions and the determination of the short circuit current for STC. The measurement method avoids errors by spectral deviations with respect to AM 1.5G spectrum, by optical reflection losses for high angles of incidence and errors by high albedo impact. In particular we investigate comparatively a CdTe module under outdoor conditions and by means a calibrated indoor Lab flasher.
