Aluminiumfolie senkt Temperatur von Doppelglas-PV-Modulen um bis zu 6 °C

Ein Forscherteam unter der Leitung der chinesischen Nanchang-Universität hat vorgeschlagen, Photovoltaikmodule mit Aluminiumfolie (Al) zu versehen, um deren Wärmeleitfähigkeit in der Ebene zu verbessern und sie von innen zu kühlen. Das Team schlug zwei Methoden zur Platzierung der Aluminiumfolien vor, stellte diese her und verglich sie mit einem Referenzgerät ohne künstliche Intelligenz.

„Passive Kühlmethoden wie Phasenwechselkühlung und Strahlungskühlung leiten Wärme von der Oberfläche des PV-Moduls ab, ohne den Wärmeübergang in der Ebene nahe der Solarzelle zu berücksichtigen“, so der Wissenschaftler. „In dieser Arbeit integrieren wir Aluminiumfolie mit guter Wärmeleitfähigkeit in die PV-Modulstruktur, um die Wärme seitlich abzuleiten und gleichzeitig die Temperaturgleichmäßigkeit in der Ebene des PV-Moduls zu verbessern.“

Im ersten Strukturmodell wurde eine 0,5 mm dicke Aluminiumfolie zwischen der c-Si-Solarzelle und der Vinylacetat-Schicht (EVA) (CAE) platziert, im zweiten Strukturmodell zwischen EVA und Glasschicht (EAG). Ein Referenzmodul wurde auch ohne Aluminiumfolienschicht hergestellt. Die Fläche aller Schichten betrug 250 mm x 250 mm, mit Ausnahme der Zelle, deren Fläche 156 mm x 156 mm betrug. An der Rückseite jedes Moduls wurde ein Thermoelement angebracht.

Standard-PV-Module, EAG- und CAE-PV-Paneele wurden gleichzeitig auf einem um 30° nach Süden geneigten Ständer platziert. „Im Februar 2024 wurden Freilandversuche auf dem Dach des Materialgebäudes der SCU durchgeführt. Temperaturdaten wurden von Temperaturloggern im Minutentakt erfasst.“

Im bewölkten Testaufbau betrugen die maximalen und durchschnittlichen Kühleffekte der EAG-PV-Module im Vergleich zur Referenz 2,9 °C bzw. 1,9 °C. Die entsprechenden Kühleffekte der CAE-PV-Module lagen bei 2,3 °C bzw. 1,5 °C. An sonnigen Tagen betrug der maximale Kühleffekt 4,7 °C und der durchschnittliche Kühleffekt 2,4 °C für EAG-PV sowie 3,6 °C und 1,5 °C für CAE-Module.

Um den Einfluss der Aluminiumfolie auf die thermische Gleichmäßigkeit innerhalb der Oberfläche des PV-Mikromoduls zu bewerten, wurde am Rand jedes Moduls ein zusätzliches Thermoelement angebracht. Der maximale Temperaturunterschied betrug 20 °C beim Referenzmodul, 14,6 °C beim EAG und 14,9 °C beim CAE.

Basierend auf diesen Ergebnissen führte das Team Finite-Elemente-Simulationen der Module durch. Diese zeigten zwar Abweichungen vom Versuchsaufbau, waren aber „im Großen und Ganzen konsistent“. Das Team konzentrierte sich auf die deutlich effektivere und elektrisch sicherere EAG-Struktur und simulierte ein kommerzielles Modul. Es verwendet PERC-Zellen mit einer 6 × 10-Struktur. Sie stellten fest: „Die Ergebnisse zeigen, dass die Aluminiumfolie den Temperaturunterschied im PV-Modul um 6.170 Grad Celsius reduziert und die Temperaturgleichmäßigkeit im Vergleich zum Referenz-PV-Modul verbessert.“

Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift Next Energy im Artikel „Temperature reduction of single-sided double-glass photovoltaic modules by improving in-plane thermal conductivity“ veröffentlicht. Die Studie wurde von Forschern der Nanchang University in China und des chinesischen Photovoltaik-Herstellers Jiangxi Rainbow PV durchgeführt.