Bifaziale Module unter realistischen Bedingungen analysieren

3.6.2019

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energie Systeme ISE in Freiburg hat neue analytische Modelle in die am Institut entwickelte Software SmartCalc.CTM implementiert. SmartCalc.CTM simuliert die Verluste und Gewinne in der Leistung, die bei der Integration von Solarzellen in Solarmodule entstehen (Cell to Module/CTM). Zu den erweiterten Funktionen gehört nun die Analyse bifazialer Module in beliebigen Betriebszuständen. Damit unterstützt SmartCalc.CTM die Moduloptimierung auch jenseits standardisierter Laborbedingungen für eine größere Vielfalt an Technologien.

Mit der Erweiterung der Software SmartCalc lassen sich nun auch bifaziale Module analysieren.
© Fraunhofer ISE

Mit der Erweiterung der Software SmartCalc lassen sich nun auch bifaziale Module analysieren.

Screenshot eines Wasserfalldiagramms zur Leistung aus dem Softwarepaket SmartCalc.CTM
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Screenshot eines Wasserfalldiagramms zur Leistung aus dem Softwarepaket SmartCalc.CTM des Fraunhofer ISE. Es zeigt die Leistungsgewinne und –verluste eines bifazialen Glas-Glas-Modules aufgrund vielfältiger optischer und elektrischer Effekte. Das Modul wurde bei einer Einstrahlung von 800 W/m² auf der Vorderseite und einer Temperatur von 25 °C simuliert.

Reflektionen im Inneren eines monofazialen Glas-Glas-Moduls
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Die Reflektionen im Inneren eines monofazialen Glas-Glas-Moduls (durchgängige Linie) und der Mehrertrag in einem bifazialen Modul (gestrichelte Linie). Rote Linien beschreiben Effekte durch frontseitigen Lichteinfall, blaue Linien durch rückseitige Einstrahlung.

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat eine neue Version von dem bereits vielfach genutzten SmartCalc.CTM veröffentlicht. Die Software für die Analyse von Gewinnen und Verlusten in Photovoltaik-Modulen wird für das Computer-unterstützte Design und die virtuelle Prototypen-Erstellung in der Modulentwicklung eingesetzt.

Die neue Version umfasst Bifazialität und die freie Auswahl von Betriebszuständen. Die Nutzer können nun die Auswirkungen der zweiten photovoltaisch aktiven Seite der Solarzellen im Modul untersuchen. Die Flexibilität und Nutzerfreundlichkeit der Software bleiben unverändert: Der Modulaufbau kann aus der Datenbank geladen oder direkt in einem grafischen Interface bearbeitet werden. Die neuen analytischen Modelle lassen nicht nur bifaziale Solarzellen zu, sondern auch eine detailliertere Analyse von Rückseitenfolien und deren Einfluss auf die Modulleistung. Die Wahl des Beleuchtungsspektrums, der Verteilung der Einfallswinkel und der Lichtstärke erlaubt die Evaluierung des Modulverhaltens auch jenseits der Standard-Testbedingungen (STC). 

Die Bestimmung der Arbeitstemperaturen in Solarmodulen spielt eine entscheidende Rolle bei der Beurteilung von Modulkonzepten. Ein neues thermisches Modell ermöglicht die Berechnung der Modultemperaturen in Abhängigkeit von den Einsatzbedingungen und dem Modulaufbau. Die Leistung von Halbzellen-, Schindelzellen- oder Glas-Glas-Modulen unterscheidet sich unter den meisten Einsatzbedingungen von der Leistung gewöhnlicher Module. Einige Modulkonzepte könnten einen Nachteil unter Standard-Testbedingungen (STC) haben, jedoch eine gute oder sogar höhere Leistung unter realistischen Umweltbedingungen liefern. Die neue Version von SmartCalc.CTM mit ihren überarbeiteten Modellen ermöglicht jetzt eine Bewertung solcher ertragsrelevanten Effekte.

Auch die elektrischen Modelle für Solarzelle und Zellverbinder wurden hinsichtlich der Einsatzbedingungen flexibilisiert. Schwachlicht, hohe Temperaturen und neue Verbindungskonzepte können präzise modelliert werden. Damit können Verluste sowohl auf der Zell- als auch der Modulebene direkt bewertet werden.

»Mit der Berechnung der Zelltemperatur sind die Ergebnisse wesentlich näher an der Realität. Der Mehrwert neuer Technologien für den Kunden kann so sehr präzise bewertet werden. Die Implementierung der Bifacialität ist uns genau zum richtigen Zeitpunkt gelungen, da sich diese Technologie gerade sehr schnell verbreitet und es hier ganz besonders auf eine genauen Technologievergleich ankommt. «, so Dr. Holger Neuhaus, Leiter der Abteilung Modultechnologie. »Die neuen Funktionen erweitern die Bewertung einer größeren Bandbreite an Modultypen, Verbindungs- und Zelltechnologien in vielfältigeren Betriebssituationen und stellen damit ein wichtiges Werkzeug für weitergehende Optimierungen dar. «

 »Unsere Partner aus Industrie und Forschung berichten uns, dass sie die Software erfolgreich einsetzen, um die Modulleistung zu steigern und strategische Entscheidungen zur Technologie-Roadmap vorzubereiten. Mit den neuen Funktionen unterstützen wir sie bei ihren Vorhaben durch zugängliche, flexible und zuverlässige Modelle«, sagt Max Mittag, Leiter des Teams »Moduleffizienz« am Fraunhofer ISE.