Spectral simulation tools as valid instruments to determine spectral effects on photovoltaic systems

Das Spektrum des einfallenden Sonnenlichtes beeinflusst die Stromerzeugung und die Leistungsfähigkeit von Photovoltaik-Systemen (PV). Das Ausmaß dieses spektralen Effektes ist von der PV-Technologie und standortbedingten Eigenschaften wie der Variabilität des Solarspektrums abhängig. Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit liegt bei der Entwicklung einer neuen Methode, um spektrale Effekte in PV-Systemen zu bewerten und so die Schätzungsgenauigkeit des Leistungsverlustes über die Lebensdauer dieser Systeme zu verbessern. Diese neue Methode kann simulierte Solarspektren umfassen. Tatsächlich steigt die Verwendung von radiative transfer models (RTM) bei der Simulation von Spektralstrahlung. Diese Studie soll darüber hinaus das Wissen über die Verwendungsmöglichkeiten derartiger Modelle verbessern. Einerseits wurde analysiert wie unterschiedliche RTM und verschiedene Eingabe-Parameter die Simulationsergebnisse beeinflussen, andererseits eine statistische Analyse mit Hilfe der Monte Carlo Methode durchgeführt, um die RTM-Ungenauigkeit zu ermitteln. Spektrale Simulationsmethoden sind eine zuverlässige Alternative zu Spektralmessungen, wenn die verwendeten Eingabe-Parameter von einem Satelliten mit hoher zeitlicher Frequenz und hoher räumlicher Auflösung stammen. Sie können daher im PV-Sektor genutzt werden, um spektrale Effekte auf bestehende oder geplante PV-Anlagen zu detektieren und zu evaluieren. Insbesondere konnte gezeigt werden, dass diese Methode zur Bewertung der Leistungsverlustraten -insbesondere bei Technologien, die auf kristallinem Silizium basieren- eine Verbesserung zu anderen Methoden darstellt. Die vorliegende Studie trägt zur Bewertung und Verminderung von Ungenauigkeiten bei der Beurteilung der, für die Umwandlung in Elektrizität verfügbaren Sonnenstrahlung und zur Evaluierung der Leistungsverlustraten von PV-Systemen bei. Dieses Wissen ist ein Mehrwert für die gesamte PV Wertschöpfungskette und letztendlich für die Rentabilität.The spectrum of incoming sunlight affects the generation of current and the performance of photovoltaic (PV) systems. The magnitude of these spectral effects depends upon the PV technology and the characteristics and variability of the solar spectrum in a specific location. The present doctoral work focuses on the development of a novel methodology to evaluate the spectral effects in PV systems, in order to increase the accuracy of the estimation of the performance loss that occurs during their lifetime. This novel methodology can involve simulated solar spectra. In fact, the use of radiative transfer models (RTM) to simulate spectral irradiance is increasing. This study also attempts to deepen knowledge in the use of these simulation tools. On the one hand, an evaluation is made of how the use of different RTM and of different sources of input parameters affects the simulation results. On the other, a systematic and rigorous analysis of RTM uncertainty is carried out using the Monte Carlo statistical technique. Summarizing the results, it can be stated that spectral simulation tools are a good and reliable alternative to spectral measurements when the input parameters fed into the model are measured, or retrieved from satellite with high temporal frequency and spatial resolution. They can be therefore used in the PV sector to detect and evaluate spectral effects on existing or planned PV systems. In particular, it is demonstrated that a method for the estimation of the performance loss rates that takes spectral effects into account represents an improvement compared to other common methodologies, especially for crystalline-silicon based technologies. The present study contributes to evaluate and reduce uncertainty in the estimation of the solar radiation available for conversion into electricity, and of the performance losses of PV systems. This is in turn beneficial for the entire PV value chain and, in the last instance, for the bankability of PV projects.submitted by Dipl.-Ing. Giorgio BelluardoAbweichender Titel laut Übersetzung des Verfassers/der VerfasserinUniversität für Bodenkultur Wien, Dissertation, 2016OeBB(VLID)193034