Einfluss von Sonnenspektrum und Klima auf die Performance von c-Si, a-Si und CdTe Modulen SOLAR RADIATION 1 Institut for Meteorology, Universität für Bodenkultur (BOKU), Wien, Österreich 2 Österreichisches Forschungs- und Prüfzentrum Arsenal Ges.m.b.H., Wien, Österreich 3ACT – Austrian Clean Technology, Mödling, Österreich contact: jochen.wagner@boku.ac.at J.E. Wagner1 , P. Weihs1, M. Rennhofer2, S. Zamini2, F. Brence, G. Fallent3, E. Feitzinger Zusammenfassung Im Rahmen des Projektes PV-SPEC soll im Jahr 2010 die Performance von c-Si, a-Si und CdTe Modulen regional für Österreich abgeschätzt werden. Nach Charakterisierung der spektralen Empfindlichkeit der drei Modultypen im Labor soll im Rahmen von Freilandversuchen an einem urbanen Standort (Wien) und einem alpinen Standort (Kanzelhöhe, 1526m ü. NN) der Einfluss der spektralen Bestrahlungsstärke und meteorologischer Einflussgrößen (Temperatur, Bewölkung, Wind) auf den Fotostrom bestimmt werden. Um die während der Messungen im Jahr 2010 zu erwartenden Fotoströme abzuschätzen, wurden in dieser Studie meteorologische Messwerte (Globalstrahlung, Bedeckungsgrad) der beiden Standorte (Wien und Kanzelhöhe) aus dem Jahr 2009 verwendet. Mithilfe eines komplexen Strahlungstransfermodells wurden spektrale Bestrahlungsstärken (300nm bis 1200nm, 1nm Auflösung) bestimmt. Mit diesen Daten und der spektralen Empfindlichkeit der drei Modultypen (c-Si, a-Si und CdTe) wurde der unter realen meteorologischen Bedingungen zu erwartende Fotostrom bestimmt. Abbildung 2: Der zu erwartende Fotostrom für drei Modultypen (c-Si, a-Si, CdTe) am Standort Wien ist für einen wolkenlosen Wintertag (9.Jänner 2009, dünne Linien) und einen bis zum frühen Nachmittag wolkenlosen Sommertag (14. Juni 2009, dicke Linien) dargestellt. Abbildung 4: Analog zu Abbildung 2 für einen bedeckten Wintertag (12. Jänner 2009) und Sommertag (23. Juni 2009) in Wien. IV. Ergebnisse Um einen Überblick über die im Tagesgang zu erwartenden Fotoströme in Wien und am Standort Kanzelhöhe zu bekommen, wurden jeweils Beispieltage mit den Situationen wolkenlos und bedeckt betrachtet. Weiterhin wurde jeweils ein Beispieltag im Jänner und ein Beispieltag im Juni ausgewählt. Es ergeben sich somit vier Abbildungen (2,3,4,5). Fast immer ist der Fotostrom im Juni höher als im Jänner. In allen Situationen ergeben sich die höchsten Fotoströme für die c-Si Module, während die CdTe-Module die geringsten Fotoströme erzielen. Das Verhältnis der Fotoströme scheint nicht von der Jahreszeit und Bewölkung abhängig zu sein. Da der Einfluss der Wolken in dieser Studie als spektral konstant angenommen wurde ist dieses Ergebnis nicht unerwartet. III. Material und Methoden Es wurde die spektrale Charakteristik (SR) der drei Modultypen (c-Si, a-Si und CdTe) im Labor bestimmt (Abbildung 1). Die spektrale Bestrahlungsstärke wurde mit dem eindimensionalen Strahlungstransfermodell DISORT (DIScrete Ordinates Radiative Transfer Solver) für den wolkenlosen Fall berechnet (Stamnes et al. , 1988). Anschließend wird der Modellwert mit einem Wolkenkorrekturfaktor (CMF) multipliziert. In der Regel führt Bewölkung zu einer Abschwächung der Globalstrahlung. Kurzzeitig kann es aber auch zu einer Strahlungsüberhöhung kommen (CMF >1). Abbildung 1: Die Spektrale Empfindlichkeit für die drei untersuchten Modultypen (amorphes Silicium - a-Si, monokristallines Silicium - c-Si und Cadmium-Tellur - CdTe) ist dargestellt (linke Ordinate). Punkte - im Labor vermessene Werte, Linien – Splineinterpolation für die anderen Wellenlängen. Die extraterrestrische Bestrahlungsstärke (Kurucz, 1992) ist als schwarze dünne gestrichelte Linie eingetragen (siehe Legende, rechte Ordinate). II. Einleitung Der Ertrag, den ein PV System erzielt hängt hängt unter anderem von der gesamten Energiemenge, die am Standort zur Verfügung steht und der Effizient der PV Module ab. Die Effizienz der PV Module ist stark von der Wellenlänge abhängig. Deshalb werden beide Faktoren in dieser Studie spektral aufgelöst für zwei Standorte in Österreich untersucht. Zudem unterscheidet sich die Effizienz zwischen verschiedenen Modultypen erheblich. Um die Unterschiede zwischen verschiedenen Modultypen zu erfassen wurde c-Si, a-Si und CdTe Module verwendet. Abbildung 5: Analog zu Abbildung 2 für einen bedeckten Wintertag (21. Jänner 2009) und Sommertag (23. Juni 2009) am Standort Kanzelhöhe. Figure 3: Analog zu Abbildung 2 für einen wolkenlosen Wintertag (9.Jänner 2009, dünne Linien) und einen bis zum frühen Nachmittag wolkenlosen Sommertag (14. Juni 2009, dicke Linien) am Standort Kanzelhöhe. Danksagung Diese Studie wird durch den Klima- und Energiefond des Bundes – verwaltet durch die Österreichische Forschungsfördergesellschaft (FFG) finanziert. Quellenangabe Kurucz, R., 1992: Synthetic infrared spectra, in infrared solar physics. IAU Symp. 154. Edited by D.M. Rabin and J.T. Jefferies, Kluwer, Acad. Stamnes, K., Tsay, S., Wiscombe, W., Jayaweera, K., 1988: Numerically stable algorithm for discrete-ordinate-method radiative transfer in multiple scattering and emitting layered media. Applied Optics 27, 2502–2509.