Temperaturkoeffizient und Solarmodule: Warum ist es so wichtig in der Solarenergie?

Sonnige Tage sind perfekt für die Erzeugung von Solarenergie, aber alle Solarmodule verlieren einen Teil ihrer Leistung, wenn Sonnenlicht von zu viel Hitze begleitet wird. Dies muss berücksichtigt werden, wenn Sie Solarmodule auswählen und die langfristigen Einsparungen bei den Energiekosten berechnen. Um die Leistung eines bestimmten Solarmoduls bei hohen Temperaturen auszudrücken, verwenden Solarmodulhersteller eine Messung, die als „Temperaturkoeffizient“ bezeichnet wird. Je niedriger der Temperaturkoeffizient, desto besser wird das Solarmodul bei heißem Wetter funktionieren. In diesem Artikel werden wir die Definition und Arten von Temperaturkoeffizienten erforschen und warum sie so entscheidend für Solarmodule sind.

Was ist der Temperaturkoeffizient?

Im Bereich der Leistung von Solarmodulen ist der Temperaturkoeffizient ein wichtiger, aber oft übersehener Parameter. Er ist weit mehr als nur ein technisches Maß, denn dieser Koeffizient enthüllt die Anpassungsfähigkeit von Solarmodulen an unterschiedliche Temperaturen. Er quantifiziert spezifisch den Leistungsverlust, wenn die Temperatur eines Solarmoduls die Basislinie von 25°C (77°F) unter Standard-Testbedingungen (STC) übersteigt. Typischerweise wird der Temperaturkoeffizient als prozentuale Änderung pro Grad Celsius (%/°C) oder pro Grad Fahrenheit (%/°F) ausgedrückt.

Betrachten Sie beispielsweise ein Solarmodul mit einem Temperaturkoeffizienten von -0,35%/°C. Dies bedeutet, dass mit jedem Grad Celsius Temperaturanstieg über den 25°C der STC die maximale Leistungsausgabe des Moduls um 0,35% sinkt.

Es ist wichtig zu erkennen, dass der Temperaturkoeffizient unter STC bestimmt wird, was eine Modultemperatur von 25°C, eine solare Einstrahlung von 1000 W/m² und eine Luftmasse von 1,5 umfasst. Dieser Koeffizient dient als entscheidender Indikator dafür, wie stabil die Leistung eines Solarmoduls unter verschiedenen Temperaturbedingungen ist. Praktisch bedeutet dies, dass die Leistungsausgabe des Moduls in Umgebungen beeinflusst wird, deren Temperaturen erheblich von 25°C abweichen.

Was sind die Hauptarten von Temperaturkoeffizienten?

Der Temperaturkoeffizient spielt eine bedeutende Rolle bei der Effizienz der Stromerzeugung von Solarmodulen. Ein gründliches Verständnis der Temperaturkoeffizienten, insbesondere jener, die für Voc (Leerlaufspannung), Isc (Kurzschlussstrom) und Pmax (Maximalleistung) relevant sind, ist entscheidend für die Maximierung der Energieausbeute. Die folgende Diskussion geht auf diese drei Temperaturkoeffizienten und ihre Auswirkungen ein:

Temperaturkoeffizient der Leerlaufspannung (Voc):

Positiver/Negativer Koeffizient: Der Voc-Temperaturkoeffizient kann sowohl positiv als auch negativ sein. Während ein positiver Koeffizient, der eine Zunahme der Leerlaufspannung bei steigender Temperatur anzeigt, relativ selten ist, ist ein negativer Koeffizient häufiger. Dies bedeutet, dass die Leerlaufspannung typischerweise mit steigender Temperatur abnimmt.

Auswirkung: Mit einem allgemeinen Bereich von -0,3% bis -0,5% pro Grad Celsius unterstreicht der negative Temperaturkoeffizient von Voc die Notwendigkeit, die Auswirkungen der Temperatur auf die Leerlaufspannung sowohl in der Entwurfs- als auch in der Betriebsphase von Solarmodulen zu antizipieren und zu mildern.

Temperaturkoeffizient des Kurzschlussstroms (Isc):

Negativer Trend: Ähnlich wie beim Voc zeigt der Isc-Temperaturkoeffizient normalerweise einen negativen Trend, was darauf hindeutet, dass der Kurzschlussstrom mit steigender Temperatur abnimmt.

Numerischer Bereich: Der Isc-Temperaturkoeffizient liegt häufig zwischen -0,04% und -0,5% pro Grad Celsius und hebt die kritische Notwendigkeit hervor, den Kurzschlussstrom im Hinblick auf Temperaturschwankungen zu bewerten.

Temperaturkoeffizient der Maximalleistung (Pmax):

Umfassende Betrachtung: Der Pmax-Koeffizient vereint die Auswirkungen der Voc- und Isc-Koeffizienten. Er bietet eine ganzheitliche Perspektive darauf, wie die maximale Leistungsausgabe durch Temperaturveränderungen beeinflusst wird. Der Temperaturkoeffizient der Maximalleistung (Pmax) ist als das am häufigsten referenzierte Maß hervorzuheben, um die Auswirkungen der Temperatur auf die Effizienz von Solarmodulen zu beurteilen.

Negativer Prozentsatz: Typischerweise in einem Bereich von -0,2% bis -0,5% pro Grad Celsius ausgedrückt, ist dieser Koeffizient entscheidend für die Bewertung der Gesamtauswirkungen der Temperatur auf die Effizienz von Solarmodulen.

Wie berechnet man den Temperaturkoeffizienten?

Der Prozess der Berechnung des Temperaturkoeffizienten für Solarmodule umfasst mehrere Schritte. Hier ist eine umfassende Anleitung:

Formeln anwenden:

Verwenden Sie die folgenden Formeln für jeden Koeffizienten:

Temperaturkoeffizient der Leerlaufspannung (αVoc):

αVoc = [(Voc – Vocref) / Vocref] / (T – Tref)

Temperaturkoeffizient des Kurzschlussstroms (αIsc):

αIsc = [(Isc – Iscref) / Iscref] / (T – Tref)

Temperaturkoeffizient der Maximalleistung (αPmax):

αPmax = [(Pmax – Pmaxref) / Pmaxref] / (T – Tref)

Hinweis:

T steht für die aktuelle Temperatur.

Tref ist die Referenztemperatur (typischerweise 25°C).

Vocref, Iscref und Pmaxref sind die jeweiligen Referenzwerte bei Tref.

Normalerweise können wir diesen Indikator auf der Produktdetailseite oder im Datenblatt des Solarmoduls finden. Das Diagramm unten zeigt den Temperaturkoeffizienten der Maysun Solar IBC vollschwarzen Solarmodule:

Warum ist der Temperaturkoeffizient für Solarmodule wichtig?

Unter Hochtemperaturbedingungen (40°C Umgebungstemperatur) vergleichen wir die Leistungsdegradation von IBC-Solarmodulen mit einem Temperaturkoeffizienten von 0,29%/°C und PERC-Solarmodulen mit einem Temperaturkoeffizienten von 0,34%/°C. Zunächst müssen wir mehrere Schlüsselfaktoren berücksichtigen, die zum Anstieg der Arbeitstemperatur von Solarmodulen beitragen. Diese Faktoren umfassen:

Hohe Umgebungstemperatur: Erhöht direkt die Anfangstemperatur der Module.
Intensive Sonneneinstrahlung: Verursacht, dass die Module mehr Wärme aufnehmen und erhöht so weiter die Temperatur.
Unzureichende Kühlung: Inadäquate Kühlung kann zu höheren Modultemperaturen führen.
Dichte Installation oder Hindernisse: Diese können lokalisierte Temperaturerhöhungen der Module verursachen.
Unter Berücksichtigung dieser Faktoren können wir die Arbeitstemperaturen beider Arten von Solarmodulen in einer 40°C-Umgebung schätzen und dann ihre Leistungsdegradation berechnen.

1. Schätzung der Arbeitstemperatur:

Umgebungstemperatur von 40°C.

Die Arbeitstemperatur könnte den normal geschätzten Anstieg von 25°C überschreiten und möglicherweise 40°C oder mehr erreichen.

Daher könnte die Arbeitstemperatur 80°C oder höher sein.

Um die Auswirkungen hoher Temperaturen auf die Leistung von Solarmodulen genau zu bewerten, können wir eine einfache Formel verwenden, um die Leistungsdegradation zu schätzen. Die Formel lautet:

Leistungsdegradation = (Tatsächliche Arbeitstemperatur – STC-Temperatur) × Temperaturkoeffizient

2. IBC-Solarmodule (Temperaturkoeffizient von 0,29%/°C):

Anstieg der Arbeitstemperatur: 80°C – 25°C = 55°C.

Leistungsdegradation = 55°C × 0,29%/°C = 15,95%.

3. PERC-Solarmodule (Temperaturkoeffizient von 0,34%/°C):

Anstieg der Arbeitstemperatur: 55°C.

Leistungsdegradation = 55°C × 0,34%/°C = 18,7%.

Unter solchen Hochtemperaturbedingungen beträgt die Leistungsdegradation von IBC- und PERC-Solarmodulen 15,95% bzw. 18,7%. Dies zeigt, dass IBC-Solarmodule relativ weniger Leistungsabfall unter hohen Temperaturen aufweisen. Außerdem vergrößert sich die Lücke in der Leistungsdegradation zwischen den beiden Arten von Modulen, je höher die Arbeitstemperatur steigt. Daher ist der Temperaturkoeffizient von Solarmodulen ein wichtiger Faktor für die Energieeffizienz und langfristige Betriebsstabilität in Hochtemperaturumgebungen.

In diesem Zusammenhang bieten Maysun Solars IBC-Solarmodule mit ihrem außergewöhnlichen Temperaturkoeffizienten von -0,29%/°C einen signifikanten Vorteil. Dieser überlegene Temperaturkoeffizient reduziert die Auswirkungen hoher Temperaturen auf die Funktionalität der Module und minimiert den Effekt auf die Stromerzeugung.