Performance assessment of different grid-connected PV technologies utilising real outdoor measurements

Abstract

Για κάθε φωτοβολταϊκό (ΦΒ) πλαίσιο οι κατασκευαστές παρέχουν σε πρότυπες τυπικές συνθήκες ηλιακής ακτινοβολίας 1000 W/m2, μάζα αέρος (ΜΑ) 1.5 και θερμοκρασία κυττάρου 25 °C, πληροφορίες αναφορικά με τις παραμέτρους απόδοσης όπως την ισχύ στο μέγιστο σημείο, την απόδοση και τους συντελεστές θερμοκρασίας. Καθώς αυτή η σύνθεση περιβαλλοντικών συνθηκών σπάνια παρατηρείται σε εξωτερικούς χώρους, οι πληροφορίες που δίνονται στα εγχειρίδια των κατασκευαστών δεν είναι επαρκείς ως προς την ακριβή πρόβλεψη της λειτουργίας των ΦΒ κάτω από διαφορετικές κλιματολογικές συνθήκες. Ως εκ τούτου, η παρακολούθηση και αξιολόγηση ΦΒ τεχνολογιών σε εξωτερικούς χώρους κρίνεται ιδιαίτερα σημαντική. Ο κύριος στόχος και η συνεισφορά αυτής της διατριβής είναι η αξιολόγηση της απόδοσης διαφόρων ΦΒ τεχνολογιών, συνδεδεμένων στο δίκτυο, από τη συνεχή επιτήρηση των πιο σημαντικών λειτουργικών τους παραμέτρων στις κλιματολογικές συνθήκες της Λευκωσίας (Κύπρος) και της Στουτγάρδης (Γερμανία). Οι πληροφορίες που θα αντληθούν από τα περισυλλεγμένα δεδομένα και την εκτενή ανάλυση έχουν ως στόχο την ανάπτυξη της υφιστάμενης γνώσης ως προς τη λειτουργία των ΦΒ τεχνολογιών κάτω από πραγματικές συνθήκες. Η αξιολόγηση που διεξήχθη σε αυτή την έρευνα, που συμπεριλαμβάνει καταγραφή της απόδοσης και παραγωγής ενέργειας, επιρροή της θερμοκρασίας στην απόδοση των συστημάτων και υποβάθμιση, παρέχει καινοτόμα αποτελέσματα σημαντικά στην ακαδημαϊκή κοινότητα και στους επενδυτές που αποσκοπούν να αναπτύξουν την παραγωγή ενέργειας και την εγκατάσταση ΦΒ. Κυριότερα, όλα τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας αποτελούν την μοναδική απόδειξη της πραγματικής λειτουργίας των ΦΒ τεχνολογιών κάτω από πραγματικές συνθήκες εγκατάστασης.

For each photovoltaic (PV) module type, manufacturers provide typical rated performance parameter information which includes, amongst others, the maximum power point (MPP) power, efficiency and temperature coefficients, all at standard test conditions (STC) of solar irradiance 1000 W/m2, air mass (AM) of 1.5 and cell temperature of 25 °C. As this combination of environmental conditions rarely occurs outdoors, manufacturer data-sheet information is not sufficient to accurately estimate PV operation under different climatic conditions. For this reason, outdoor PV performance monitoring and evaluations are necessary. The motivation behind this work and hence its contribution was to evaluate the outdoor performance of different grid-connected PV technologies under the same climatic conditions, from acquired outdoor data both in Nicosia, Cyprus and Stuttgart, Germany. The information extracted from the investigations carried out in this work assists in developing our understanding of how different PV technologies perform according to the operating conditions they are exposed to during their lifetime. The performance evaluations undertaken in this research, which include energy yield monitoring, seasonal behaviour, estimation of produced energy, effects of temperature and performance loss, provide novel results particularly useful to the academic community and investors, which seek to optimise the output and deployment of PV systems. Most importantly, all the results obtained from this outdoor study are the only proof of the real operation and of the various performance issues of each PV technology, once installed in the field.