Handbuch für bifaziale PV-Anlagen
Das Handbuch Photovoltaik bifazial vertikal ist eine technische Planungshilfe für vertikal aufgestellte, bifaziale PV-Anlagen für das Schweizer Mittelland und für alpine Regionen.
Steckbrief
- Beteiligte Departemente Technik und Informatik
- Institut(e) Institut für Energie- und Mobilitätsforschung IEM
- Forschungseinheit(en) IEM / Photovoltaiksysteme
- Förderorganisation Schweizerische Eidgenossenschaft (Bundesverwaltung)
- Laufzeit (geplant) 01.01.2021 - 28.02.2022
- Projektleitung Prof. Dr. Christof Bucher
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Projektmitarbeitende
Matthias Hügi
Sebastian Tobias Koch - Partner Bundesamt für Energie BFE
- Schlüsselwörter Bifazial vertikal, Stromproduktion, Dimensionierung Mittelland / Alpin, dezentrale Stromversorgung, Ertragssimulation
Ausgangslage
PV-Anlagen auf Hausdächern haben meistens eine Modulneigung, die den Energieertrag im Sommer oder ganzjährig optimiert. Das führt dazu, dass die Anlagen im Winter wenig Energie produzieren, obwohl vor allem in dieser Jahreszeit viel Energie unter anderem für das Heizen benötigt wird. Abhilfe schaffen vertikal aufgestellte Anlagen. Diese Anlagen können auf Freiflächen oder auf Flachdächern installiert werden. Im alpinen Bereich können solche Anlagen aufgrund des Schnees und hohen Albedowerten, sowie des kaum vorhandenen Nebels einen deutlichen Mehrertrag in der Energieproduktion leisten. In diesem Handbuch werden Dimensionierungsgrafiken für bifaziale, vertikale PV-Anlagen im Mittelland und im alpinen Raum vorgestellt. Es wird zum einen die Auswirkung des Reihenabstandes auf den Flächenertrag und den spezifischen Ertrag betrachtet. Andererseits werden die Abregelungsverluste abhängig vom Nennleistungsverhältnis dargestellt.
Vorgehen
Für die Erstellung der Dimensionierungsgrafiken werden zwei Standorte ausgewählt. Einerseits Burgdorf als typischer Standort im Mittelland und andererseits Gütsch als Vertreter eines alpinen Standortes. An beiden Orten werden mit Hilfe einer vordefinierten Beispielanlage und eines Simulationstools Energieerträge für verschiedene Auslegungsfälle ermittelt. Dabei werden die Ausrichtung der Anlage und der Reihenabstand variiert. Ermittelt werden mit nachfolgenden Berechnungen der Energieertrag, der Flächenertrag und der spezifische Ertrag für verschiedene Jahreszeiten. Es werden Werte jeweils für das ganze Jahr, das Sommerhalbjahr, das Winterhalbjahr und die Wintermonate eruiert. Bei der Berechnung der Abregelungsverluste wurde untersucht, wie hoch der Energieverlust bei verschiedenen Nennleistungsverhältnissen ist. Das Nennleistungsverhältnis beschreibt das Verhältnis der Leistung des Wechselrichters (AC-Leistung) und der normiertem Modulleistung unter STC.
Ergebnisse
Als Resultat werden im Handbuch verschiedene Dimensionierungsgrafiken zu den zwei Standorten vorgestellt. Die Grafiken zum Ertrag zeigen der Verlauf des Energieertrages über das Jahr mit unterschiedlichen Reihenabständen. Bei den Grafiken zum spezifischen Ertrag ist der Energieertrag normiert mit der vorhandenen Anlageleistung ersichtlich. Die Grafiken mit dem Flächenertrag widerspiegeln den möglichen Energieertrag, der mit der simulierten Anlage pro Fläche erreicht werden kann. Hochaufgelöst bezüglich des Reihenabstandes werden der spezifische Ertrag und der Flächenertrag einander gegenübergestellt. In den Grafiken zu den Abregelungsverlusten sind die Verluste ersichtlich, die bei unterschiedlichem Verhältnis von Wechselrichterleistung und Modulleistung entstehen. Das Handbuch ist sowohl auf Deutsch wie auch auf Französisch verfügbar.
Ausblick
Das Handbuch kann nun in der Praxis eingesetzt werden. Aufgrund der stetigen Weiterentwicklung der Simulationsprogramme bezüglich Bifazialität und auch Direkt-/Diffusstrahlung werden zukünftig weitere Möglichkeiten bei der Simulation solcher Anlagen vorhanden sein.
