Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel dieses Projektes ist ein wissenschaftlich-technischer Vergleich verschiedener Fotovoltaik-Technologien im norddeutschen Strahlungsklima. Dazu werden 6 verschiedene Modultechnologien aufgestellt und \u00fcber einen Zeitraum von mindestens zwei Jahren messtechnisch erfasst. Die Fachwelt und die \u00d6ffentlichkeit sollen \u00fcber die Ergebnisse der Untersuchungen informiert werden.
\nIn j\u00fcngerer Zeit wurden verschiedene Fotovoltaik-Technologien auf ihren Jahresenergieertrag unter unterschiedlichen klimatischen Bedingungen untersucht, u. a. vom Institut f\u00fcr Physikalische Elektronik der Universit\u00e4t Stuttgart. Allen Messkampagnen ist gemeinsam, dass sie unter s\u00fcddeutschem Strahlungsklima durchgef\u00fchrt wurden. Um die Unterschiede zum norddeutschen Strahlungsklima zu erfassen werden in Osnabr\u00fcck diejenigen Techniken untersucht, die auch am IPE in Stuttgart analysiert werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Aufgaben des wissenschaftlich-technischen Vergleichs umfassen neben aufwendigen Messungen der Modulertr\u00e4ge \u00fcber einen Zeitraum von mindestens 2 Jahren auch die Simulation der Ertr\u00e4ge aus Kenndaten der Hersteller und eine Modellierung der Modulertr\u00e4ge unter den f\u00fcr Norddeutschland typischen Einstrahlungsverh\u00e4ltnissen. Damit werden die teilweise sehr hohen Ertragsprognosen der Hersteller \u00fcberpr\u00fcft.
\nDie Messungen umfassen:
\n\tStrahlung auf die geneigte Fl\u00e4che (Pyranometer)
\n\tStrahlung mit Si-Zelle
\n\tStrahlung horizontal, global und diffus
\n\tModultemperaturen
\n\tLeistung DC: Spannung und Strom
\n\tLeistung AC: Spannung und Strom
\n\tWindgeschwindigkeit
\n\tWebcams
\nBei der Modellierung der Modulertr\u00e4ge wird untersucht, inwieweit es notwendig ist, auf die unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit der Module bei der Simulation des Anlagenertrags R\u00fccksicht zu nehmen. Da in Norddeutschland der Anteil der Teillaststunden gegen\u00fcber s\u00fcddeutschen Standorten hoch ist, erwarten wir, dass diese Stunden hier auch nennenswert zum Jahresenergieertrag beitragen. Daher erfordern sie – trotz ihrer geringen Energiebeitr\u00e4ge – besondere Aufmerksamkeit in der Simulation. Niedrige Bestrahlungsst\u00e4rken k\u00f6nnen zum einen durch tiefe Sonnenst\u00e4nde zum anderen durch vorhandene Bew\u00f6lkung verursacht werden. Erstere bewirken eine Rotverschiebung, letztere eine Blauverschiebung des Spektrums. D\u00fcnnschicht-Solarzellen k\u00f6nnen meist nur einen kleinen spektralen Bereich zur Energieerzeugung nutzen. Daher f\u00fchren Ver\u00e4nderungen der spektralen Zusammensetzung der Einstrahlung zu einer Ver\u00e4nderung des Kurzschlussstroms und hiermit auch zu einer Ver\u00e4nderung des Betriebswirkungsgrads. Die \u00c4nderungen im Spektrum werden bei der Modellierung indirekt \u00fcber zwei Parameter erfasst: die Bew\u00f6lkung, ausgedr\u00fcckt durch den Clearsky-Index bzw. Clearness-Index, und die Sonnenh\u00f6he. Diese Parameter sind auch in der markt\u00fcblichen Software unmittelbar verf\u00fcgbar.
\nDar\u00fcber hinaus bildet die Information der \u00d6ffentlichkeit einen Schwerpunkt dieses Projekts. Dies geschieht mit Hilfe eines Visualisierungskonzeptes, das die Unterschiede verschiedener Solarzellenkonzepte und deren Einsatzm\u00f6glichkeiten leicht verst\u00e4ndlich zeigt. Die vollst\u00e4ndigen Vergleichsdaten mit Einzelertr\u00e4gen werden visualisiert. Es wird eine Internetpr\u00e4sentation mit computergest\u00fctzter Online-Datenabfrage erstellt. Diese erm\u00f6glicht den Zugriff durch Stadt Osnabr\u00fcck, Fachhochschule, Schulen, Gemeinden etc.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Auf dem Flachdach des Stadthauses Osnabr\u00fcck wurden sechs netzgekoppelte 1,8 kW Fotovoltaikanlagen mit unterschiedlichen Modultypen installiert. Dazu wurde eine innovative Aufst\u00e4nderung gew\u00e4hlt. Alle Anlagen speisen ihren Strom \u00fcber den Wechselrichter SMA Sunny Boy 1700 ins Netz ein. Um Aussagen \u00fcber m\u00f6gliche Unterschiede zwischen Nord- und S\u00fcddeutschland treffen zu k\u00f6nnen wurden \u00fcberwiegend Modultechniken eingesetzt, die auch am Institut f\u00fcr Physikalische Elektronik in Stuttgart vermessen werden. Zur Erfassung der Ertrags-, Wetter- und anderer Daten wurde eine umfangreiche Messtechnik installiert. Ab Ende April 2010 stand der \u00fcberwiegende Teil der Messtechnik kontinuierlich zur Verf\u00fcgung. Die sechste der Fotovoltaikanlagen wurde erst am 10.8.2010 in Betrieb genommen (Aleo).
\nIn zwei Bachelorarbeiten wurden die Messungen aller sechs Anlagen ausgewertet und miteinander verglichen. Ein Vergleich der Ertragsdaten hat nur Sinn, wenn die Ertr\u00e4ge aller sechs Anlagen auf 1 kWp Nennleistung reduziert werden. Dazu mussten alle Ertragsdaten durch die Nennleistung der jeweiligen Anlage dividiert werden. Das erste Jahr vergleichender Messungen hat ergeben: Die Behauptung, dass D\u00fcnnschicht-Module gerade bei schr\u00e4gem Einfall bzw. gro\u00dfen Einfallswinkeln des Sonnenlichts (morgens und nachmittags) relativ mehr Leistung bringen als kristalline, kann nicht best\u00e4tigt werden.
\nIm Gegenteil: Die CIS-Module von W\u00fcrth sind morgens, mittags und abends gleich gut, die a-Si-Module von Schott sind oft sogar mittags besser als morgens und abends, immer im Vergleich zur Konkurrenz der kristallinen Module. Von daher kann durch diese Untersuchung auch nicht die Behauptung best\u00e4tigt werden, dass D\u00fcnnschicht-Module bei Abweichung von der S\u00fcdrichtung (E, W, SE, SW, gr\u00f6\u00dfere Ein-fallswinkel) bessere Ertr\u00e4ge erreichen sollten als kristalline.
\nDie Schott-Anlage aus amorphem Silizium zeigte sich – wie auch die Werbung sagt – in allen drei Jahreszeiten bei schw\u00e4cherer Einstrahlung ihren Konkurrenten signifikant \u00fcberlegen. Im ganzen Messzeitraum erbrachte sie – im Vergleich zu den kristallinen Konkurrenten und zu CIS – im Sommer und Herbst gute bis sehr gute, im strahlungsreichen Fr\u00fchling 2011 dagegen auch nur durchschnittliche bis gute Ertr\u00e4ge. Die CIS-Anlage von W\u00fcrth dagegen zeigte sich entgegen der herk\u00f6mmlichen Annahme in allen drei Jahreszeiten bei st\u00e4rkerer Strahlung der kristallinen Konkurrenz \u00fcberlegen und bei schw\u00e4cherer unterlegen.
\nEin Vergleich der hier erhaltenen Ergebnisse mit denen des Instituts f\u00fcr Physikalische Elektronik (IPE) der Universit\u00e4t Stuttgart [5] zeigt, dass auch dort das amorphe Silizium von Schott am besten abge-schnitten hat. Die Ertr\u00e4ge der Sunpower-Anlage (in dieser Untersuchung mit den schw\u00e4chsten Ertr\u00e4gen) liegen in Stuttgart im mittleren Bereich, ebenso die HIT-Technologie von Sanyo und das pc-Si von Solon, die hier im FLINS-Projekt ebenfalls im Mittelfeld liegen. Alle diese Aussagen beziehen sich auf den zur\u00fcckliegenden Jahreszeitraum mit besonders strahlungsstarkem Fr\u00fchjahr und strahlungsarmem Sommer; sie sind daher in ihrer Bedeutung zu relativieren. Die Messungen werden fortgef\u00fchrt.
\nZur Beantwortung der Frage, ob D\u00fcnnschichtsolarzellen mit einer schmalen spektralen Empfindlichkeit (aSi bzw. CdTe) durch Nutzung des blauen Anteils des Spektrums einen anderen Ertrag liefern als kristalline Module, wurde ein neues Modell zur Berechnung der spektralen Einstrahlung auf eine geneigte Fl\u00e4che erarbeitet. Mit diesem Modell ist es m\u00f6glich den Einfluss des Spektrums auf die Moduleffizienz zu ermitteln. Die Einbindung des Modells in Simulationssoftware ist erprobt, aber noch nicht abschlie\u00dfend behandelt worden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Ein wichtiges Ziel des Projekts ist es, die \u00d6ffentlichkeit \u00fcber die Ergebnisse der Untersuchungen umfassend zu informieren, um schnell Entscheidungshilfen zu geben, welche Technologie sich f\u00fcr das norddeutsche Strahlungsklima am besten bew\u00e4hrt. Dazu wurden die folgenden Ma\u00dfnahmen durchgef\u00fchrt:<\/p>\n
1.\tDer Online-Ertragsvergleich geschah zun\u00e4chst \u00fcber das AS-Portal unter (www.flins-projekt.de) und war ab 19.1.2010 in Betrieb. Diese Onlinedarstellung f\u00fcr Laien und Experten wird seit 9.4.2010 als Datenbankabruf der Daten-Bank der HS-Osnabr\u00fcck grafisch dargestellt. Die Messwerte der 6 Anla-gen sind verf\u00fcgbar unter http:\/\/flins-projekt.ecs.fh-osnabrueck.de.
\n2.\tIm Foyer des Stadthauses wurde ein moderner LED-Bildschirm mit LED Backlight installiert, auf dem Informationen zum Projekt und die Ertr\u00e4ge der Anlagen grafisch dargestellt sind. Diese Pr\u00e4sentation st\u00f6\u00dft bei vielen Besuchern des Stadthauses auf Interesse und soll durch erkl\u00e4rende Poster erg\u00e4nzt werden.
\n3.\tFilm: Fotovoltaik-Leistungsvergleich im Norddeutschen Strahlungsklima, Beracon in Zusammenarbeit mit SkyMineMedia Werbeagentur und Medienproduktion GmbH, September 2011. Dieser Film soll im Stadthaus, auf den Homepages von www.flins-projekt.de und www.solarenergieverein.de und auf der OTTI-Fachtagung (als 60sec-Version) gezeigt werden. Zudem werden die Sender OS1.TV und OSF1.DE angesprochen den Kurzfilm auszustrahlen. Weiterhin kann er 2012 auch auf den Osnabr\u00fccker Messen Bauen und Wohnen der Sparkasse und der Energiemesse im Zentrum f\u00fcr Umweltkommunikation der DBU gezeigt werden.
\n4.\tDie Information der Fachwelt geschah \u00fcber die Teilnahme an Fachtagungen und Symposien. Diese sind hier aufgelistet:
\n21.4.2009\tPressemitteilungen und Pressekonferenz in Osnabr\u00fcck
\n19.6.2009\tPosterpr\u00e4sentation beim Nieders\u00e4chsischen Photovoltaik Symposium ISFH, Hameln,\t\t\tAnnette Hammer
\nJuli 2009\tGestaltung einer Internetseite: http:\/\/www.flins-projekt.de
\nDez. 2009\tInterviews\/Inhalte zum Artikel Eine Frage des Standorts Sonne Wind & W\u00e4rme 2\/2010
\n19.01.2010\tOnline-Ertragsvergleich \u00fcber das AS-Portal auf http:\/\/www.flins-projekt.de
\nM\u00e4rz 2010\tPosterbeitrag und Artikel f\u00fcr den Tagungsband zur OTTI Photovoltaik-Tagung, Mike Voss
\n09.04.2010\tDie Onlinedarstellung f\u00fcr Laien und Experten steht. Sie wird als Datenbankabruf der FH-D\t\tDaten-Bank grafisch dargestellt. Die Messwerte der ersten 5 Anlagen sind verf\u00fcgbar unter
\n\t\thttp:\/\/flins-projekt.ecs.fh-osnabrueck.de.
\nSept. 2010\tPosterbeitrag und Artikel f\u00fcr den Tagungsband zur Tagung EUMETSAT 2010, Jethro Betcke
\n17.11.2010\tInnovationsrunde der Handwerkskammer Oldenburg und Jade-Hochschule in Oldenburg \t\tzu Planung von Photovoltaikanlagen – Entwicklungen und Trends: Teilnehmer: Mike Voss, Matthias Franke und Jethro Betcke. Pr\u00e4sentation des Projekts im Rahmen eines Vortrags.
\nM\u00e4rz 2011\tPosterbeitrag und Artikel f\u00fcr den Tagungsband zur OTTI Photovoltaik-Tagung, Jan Harling
\nM\u00e4rz 2012\tPosterbeitrag und Artikel f\u00fcr den Tagungsband zur OTTI Photovoltaik-Tagung, Klaus Kuhnke<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Der Ertragsvergleich ist f\u00fcr die \u00d6ffentlichkeit zug\u00e4nglich gemacht worden. Die in diesem Projekt erarbeitete Datenbasis wird durch die Fortf\u00fchrung der Messungen erweitert. Dadurch werden Anschlussarbeiten erm\u00f6glicht.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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