Der Einfluss von Staub auf die Temperatur und Leistung von PV-Modulen

Ein Team internationaler Forscher hat untersucht, wie sich Staubansammlungen auf die Effizienz von Solarmodulen in zwei unterschiedlichen Klimazonen Pakistans auswirken. Sie haben die Staubansammlung auf den Platten sorgfältig gemessen und deren Zusammensetzung und Partikelgröße untersucht.

In Islamabad, der Hauptstadt Pakistans, installierten sie eine Anlage auf dem Dach eines Gebäudes. Islamabad genießt ein sauberes, warmes Klima mit einer Jahresdurchschnittstemperatur von 20,3 °C und regelmäßigen Niederschlägen, was dazu beiträgt, dass die Sonnenkollektoren sauber bleiben. Im Gegensatz dazu ist das Klima in Bahawalpur, einer Stadt im Süden in einem Wüstengebiet, trocken mit wenig Niederschlag, aber häufigen Wind- und Staubstürmen und einer Durchschnittstemperatur von 26,1 °C.

Für das Experiment wurden polykristalline 40-W-Panels verwendet, einschließlich Referenzpanels, die routinemäßig gereinigt wurden. Alle Paneele waren nach Süden ausgerichtet und in einer Neigung von 34 Grad auf Metallständern befestigt.

Die Forscher sammelten Daten zur Sonneneinstrahlung sowie zur Spannung und Stromstärke jedes Panels. Außerdem befestigten sie Glasscheiben an den Modulen, um Staub zu sammeln und zu analysieren.

Nach sechs Wochen beobachteten sie einen deutlichen Rückgang der Effizienz aufgrund unterschiedlicher Staubdichten in Islamabad und Bahawalpur. Die Staubansammlung betrug 6,388 g/m2 (Tagesdurchschnitt 0,152 g/m2) in Islamabad und 10,254 g/m2 (Tagesdurchschnitt 0,244 g/m2) in Bahawalpur. Die SEM-Analyse ergab, dass sich die Staubpartikel in beiden Städten in Größe, Form und Anordnung unterschieden.

Der Staub aus Islamabad bestand hauptsächlich aus Kohlenstoff (55,8 %), gefolgt von Sauerstoff, Silizium und Kalzium. Andere Elemente wie Aluminium, Eisen, Kalium, Magnesium und Natrium waren in geringeren Mengen vorhanden. In Bahawalpur war Sauerstoff der vorherrschende Bestandteil (46,9 %), wobei auch Kohlenstoff, Silizium und Aluminium in erheblichem Maße vorhanden waren.

Beim Vergleich von sauberen und staubigen Modulen stellten die Forscher in Islamabad einen Leistungsrückgang von 15,08 % und in Bahawalpur von 25,42 % fest.

Sie kamen zu dem Schluss, dass die verringerte Leistung auf die Abschirmwirkung von Staub zurückzuführen ist, der das Sonnenlicht blockiert, und auf das Phänomen der „Staubtemperatur“. Dieser Effekt wird durch eine staubverändernde Wärmeübertragung auf den Paneelen verursacht, die zu Hotspots führt.