Neuartiges Testverfahren für gekrümmte fahrzeugintegrierte Photovoltaik-Oberflächen (VIPV)

Die Task Force 17 des Photovoltaic Power Systems Program (IEA-PVPS) der Internationalen Energieagentur hat kürzlich einen Bericht veröffentlicht, der einen neuen Testaufbau für gekrümmte, fahrzeugintegrierte Photovoltaikoberflächen (VIPV) vorstellt.

Diese Forschungsarbeit basiert auf den Ergebnissen einer achttägigen Studie, die im August 2023 in Le Bourget Dirac, Frankreich, durchgeführt wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass die Krümmung von VIPV-Oberflächen zu Inhomogenitäten der Bestrahlungsstärke von bis zu 261 W/m² bzw. Temperaturinhomogenitäten von bis zu 13 °C führen kann.

Den Forschern zufolge verloren VIPVs mit einem Krümmungsradius von 3 Metern bei sonnigem Wetter 17 % und bei Regen 6 % ihrer Energie im Vergleich zu flachen Photovoltaikflächen.

Während des Experiments maß das Team jede Minute einzelne Zellen. Es analysierte außerdem, wie sich das gewölbte PV-Dach auf Leistung, Gleichmäßigkeit der Sonneneinstrahlung und Temperatur auswirkte.

Die Forscher schlugen vor, dass die VIPV-Produktteams zur Optimierung des Energieertrags die Anzahl der MPPT-Kanäle (Maximum Power Point Tracking) erhöhen und eine flachere Gestaltung der PV-Oberfläche in Betracht ziehen könnten, um die Energiegewinnung auf natürliche Weise zu optimieren.

Jede der Optimierungsempfehlungen birgt jedoch Herausforderungen. Bertrand Champion, Co-Autor der französischen Kommission für alternative Energien und Atomenergie (CEA), erklärte gegenüber PV Magazine: „Ein zu flaches Dach widerspricht dem Trend in der Automobilindustrie. Darüber hinaus erhöhen mehr MPPT-Kanäle die Modulkosten und die Systemkomplexität.“

Chambion sagte, der Bericht sei veröffentlicht worden, um Erstausrüster (OEMs), Automobilhersteller, Interessenvertreter und Forscher der PV-Branche für die Faktoren zu sensibilisieren, die die Leistung von VIPVs beeinflussen, sowie für mögliche Lösungen.

Der im Bericht der Task Force 17 beschriebene PV-Überwachungsprüfstand für den Außenbereich wurde speziell für gekrümmte Solarflächen von Personenkraftwagen entwickelt. Das Team nutzte ihn zur Überwachung von Sonneneinstrahlung und Temperatur sowie zur Erfassung von Daten zur Messung der Auswirkungen und Inhomogenitäten des Einfallswinkels auf die Oberfläche eines VIPV-Moduls.

Beim Aufbau des Testaufbaus entschied sich das Team für die Entwicklung einer einzelnen Solarzellenmatrix anstelle kommerzieller Fotodioden. „Das ist einfacher, leichter zu integrieren und repräsentativer für die endgültige Anwendung“, erklärt Champion. „Die resultierenden Messungen können zur Validierung des Modells verwendet werden.“

Das Gerät nutzt M6-große PERC-Solarzellen mit neun Doppelstäben, die in einer 5×5-Matrix angeordnet sind und mit Thermoelementen sowie Strahlungs- und Temperatursensoren ausgestattet sind. Darüber hinaus sind Mehrkanal-Datenlogger, Multiplexer, ein VIPV-Dachmodell und ein spezielles Energiemanagementsystem (EMS) zur minutengenauen Überwachung der Strahlungs- und Temperaturdaten vorhanden.

Die Messungen an einzelnen Zellen werden minütlich durchgeführt. Das Testpanel wurde an einem freien Standort drei Wetterszenarien ausgesetzt: Regen, Sonne und Bewölkung. Es war nach Süden ausgerichtet und so montiert, dass die zufällige Ausrichtung des Fahrzeugs während der Parkphase repräsentativ war.

Für die Zukunft empfehlen die Forscher ein einjähriges Projekt zur Erhebung repräsentativer Daten und weisen darauf hin, dass Tests auch an anderen Standorten durchgeführt werden sollten.