Nennleistung und Standardtestbedingungen (STC)
Die Leistung eines Photovoltaikmoduls wird im Allgemeinen unter Standardtestbedingungen (STC) gemessen, die in der Norm IEC 60904-1 definiert sind:
- Bestrahlungsstärke von 1000 W/m² (optimale Sonneneinstrahlung)
- Modultemperatur bei 25°C
- Standardisiertes Lichtspektrum (IEC 60904-3)
Bifaziale Module, die Licht auf beiden Seiten einfangen, können durch Bodenreflexion (Albedo) die Produktion verbessern. PVGIS modelliert diese Module noch nicht, aber ein Ansatz besteht darin, BNPI (Bifacial Nameplate Irradiance) zu verwenden, definiert als: P_BNPI = P_STC * (1 + φ * 0,135), wobei φ der Bifazialitätsfaktor ist.
Einschränkungen bifazialer Module: Ungeeignet für gebäudeintegrierte Installationen, bei denen die Rückseite des Moduls blockiert ist. Variable Leistung je nach Ausrichtung (z. B. Nord-Süd-Achse mit Ost-West-Ausrichtung).
Schätzung der tatsächlichen Leistung von PV-Modulen
Die tatsächlichen Betriebsbedingungen von PV-Modulen weichen von den Standardbedingungen (STC) ab, was sich auf die Ausgangsleistung auswirkt. PVGIS.COM wendet mehrere Korrekturen an, um diese Variablen einzubeziehen.
1. Reflexion und Einfallswinkel des Lichts
Wenn Licht auf ein PV-Modul trifft, wird ein Teil davon reflektiert, ohne in Strom umgewandelt zu werden. Je spitzer der Einfallswinkel ist, desto größer ist der Verlust.
- Auswirkungen auf die Produktion: Im Durchschnitt verursacht dieser Effekt einen Verlust von 2 bis 4 %, der bei Solar-Tracking-Systemen reduziert ist.
2. Einfluss des Sonnenspektrums auf die PV-Effizienz
Solarmodule reagieren empfindlich auf bestimmte Wellenlängen des Lichtspektrums, die je nach PV-Technologie variieren:
- Kristallines Silizium (c-Si): Empfindlich gegenüber Infrarot und sichtbarem Licht
- CdTe, CIGS, a-Si: Unterschiedliche Empfindlichkeit, mit reduzierter Reaktion im Infrarotbereich
Einflussfaktoren auf das Spektrum: Morgen- und Abendlicht ist rötlicher.
Bewölkte Tage erhöhen den Blaulichtanteil. Der spektrale Effekt beeinflusst direkt die PV-Leistung. PVGIS.COM nutzt Satellitendaten zur Anpassung dieser Schwankungen und integriert diese Korrekturen in seine Berechnungen.
Abhängigkeit der PV-Leistung von Einstrahlung und Temperatur
Temperatur und Effizienz
Der Wirkungsgrad von PV-Modulen nimmt je nach Technologie mit der Modultemperatur ab:
Bei hoher Einstrahlung (>1000 W/m²), Modultemperatur steigt: Effizienzverlust
Bei geringer Einstrahlung (<400 W/m²)Der Wirkungsgrad variiert je nach Typ der PV-Zelle
Modellieren in PVGIS.COM
PVGIS.COM Passt die PV-Leistung basierend auf der Einstrahlungsstärke (G) und der Modultemperatur (Tm) mithilfe eines mathematischen Modells an (Huld et al., 2011):
P = (G/1000) * A * eff(G, Tm)
Die für jede PV-Technologie (c-Si, CdTe, CIGS) spezifischen Koeffizienten werden aus experimentellen Messungen abgeleitet und angewendet PVGIS.COM Simulationen.
Modellierung der Temperatur von PV-Modulen
- Einflussfaktoren auf die Modultemperatur (Tm)
- Umgebungslufttemperatur (Ta)
- Sonneneinstrahlung (G)
- Belüftung (W) – Starker Wind kühlt das Modul
-
Temperaturmodell in PVGIS (Faiman, 2008):
Tm = Ta + G / (U0 + U1W)
Die Koeffizienten U0 und U1 variieren je nach Installationsart:
| PV-Technologie | Installation | U0 (W/°C-m²) | U1 (Ws/°C-m³) |
|---|---|---|---|
| c-Si | Freistehend | 26.9 | 26.9 |
| c-Si | BIPV/BAPV | 20.0 | 20.0 |
| CIGS | Freistehend | 22.64 | 22.64 |
| CIGS | BIPV/BAPV | 20.0 | 20.0 |
| CdTe | Freistehend | 23.37 | 23.37 |
| CdTe | BIPV/BAPV | 20.0 | 20.0 |
Systemverluste und Alterung von PV-Modulen
Alle vorherigen Berechnungen liefern die Leistung auf Modulebene, es müssen jedoch andere Verluste berücksichtigt werden:
- Umwandlungsverluste (Wechselrichter)
- Verkabelungsverluste
- Leistungsunterschiede zwischen Modulen
- Alterung der PV-Module
Laut der Studie von Jordan & Kurtz (2013) verlieren PV-Module durchschnittlich 0,5 % der Leistung pro Jahr. Nach 20 Jahren ist ihre Leistung auf 90 % ihres ursprünglichen Wertes reduziert.
- PVGIS.COM empfiehlt, für das erste Jahr einen anfänglichen Systemverlust von 3 % anzugeben, um Systemverschlechterungen zu berücksichtigen, dann 0,5 % pro Jahr.
Andere Faktoren, die in nicht berücksichtigt wurden PVGIS
Einige Effekte beeinflussen die PV-Produktion, sind jedoch nicht darin enthalten PVGIS:
- Schnee auf den Paneelen: Reduziert die Produktion drastisch. Hängt von der Häufigkeit und Dauer des Schneefalls ab.
- Ansammlung von Staub und Schmutz: Verringert die PV-Leistung je nach Reinigung und Niederschlag.
- Teilverschattung: Hat einen starken Einfluss, wenn ein Modul verschattet ist. Dieser Effekt muss bei der PV-Installation berücksichtigt werden.
Abschluss
Dank der Fortschritte in der Photovoltaik-Modellierung und bei Satellitendaten PVGIS.COM ermöglicht eine präzise Abschätzung der Ausgangsleistung von PV-Modulen unter Berücksichtigung von Umwelt- und Technologieeffekten.
Warum verwenden? PVGIS.COM?
Erweiterte Modellierung von Einstrahlungsstärke und Modultemperatur
Korrekturen basierend auf Klima- und Spektraldaten
Zuverlässige Schätzung von Systemverlusten und Panelalterung
Optimierung der Solarproduktion für jede Region