Performance of PV modules in arid areas - effects of soiling and module technology on yearly yield

Solkraft er i enorm vekst. Bruken sprer seg nå til store deler av verden, også områder med mye sol, men også høye temperaturer og mye sand og støv. En solcellepark består av individuelle solcellemoduler som står ute i vær og vind og omdanner sollyset til strøm i minst 25 år, kanskje mye, mye lenger. Modulene består igjen av individuelle solceller, koblet i serie og beskyttet bak et felles modulglass. Vi vet alle at det utendørs vil samle seg støv og skit på glass, som vil stenge noe av lyset ute. For et solcellepanel betyr dette at mindre strøm blir produsert. Det har derfor vært antatt at nedstøving av solcellemodulene vil kunne gi betydelige effektivitetstap om støvet ikke fjernes, spesielt i områder med tørt klima med lite regn. Hvilken løsning som er best egnet for å minimere tapet på grunn av støv avhenger både av mengde og type støv, solcelle-teknologi, vær og tilgang på vaskevann. I tillegg er prisen på løsningene selvsagt viktig. Det er behov for økt kunnskap rundt problemstillingen, men også store muligheter for nye innovative produkter tilpasset solcelleparker forskjellige steder i verden. Gjennom dette prosjektet har vi bygget en feltteststasjon i umiddelbar nærhet til Scatec Solars store solkraftverk i Kalkbult. Feltstasjonen inkluderer en svært velutstyrt værstasjon med måling av diffus og global solinnstråling, nedbør, lufttemperatur, modultemperatur og vindmåling. Med spesiallaget utstyr får vi får også data fra hele strøm-spenningskurven til solcellene. Teststasjonen har både krystallinsk silisium solceller fra ReneSola og tynnfilm solceller av typen Cadmium Tellurid fra First Solar. I tillegg undersøker vi nå hvordan tracking av modulene påvirker mengden støv på modulene. All vær og produksjonsdata fra teststasjonen blir overført trådløst slik at forskerene både fra Sør Afrika og Norge har kontinuerlig tilgang. Materialprøver av støvet som bygges opp på solcellepanelene har blitt analysert på IFE. Detaljerte taps-modeller er laget for å bestemme hvor stor effekt støvet har på solcellenes effektivitet gjennom året. Sammenligninger av de ulike teknologiene og ulike vaskerutiner som er gjennomført. Konklusjonen fra dette prosjektet er at effekten av støv er betydelig mindre enn fryktet i et tørt landskap som Kalkbult. Tap i produksjon som skyldes støv er svært små og kun detekterbare i vintermånedene når det er lite regn. Selv i disse månedene er tapene mindre enn 2% av produksjonen. Det vil sjelden være lønnsomt å vaske solcelleparker med så små produksjonstap. Maskinlæring er et nyttig verktøy for å studere sammenhengen mellom ulike værparametere og nedstøving. Regn gir naturlig vasking av modulene og motvirker dermed tap på grunn av nedstøving. Vind og luftfuktighet ser også ut til å gi en korrelasjon med nedstøving.

This project aims to develop methodology that allows prediction and optimization of the energy performance of photovoltaic systems in arid areas. The project will be based around measurements from a field test station that will be created in South Africa in the vicinity of Scatec Solar's Kalkbult plant. The field test station will monitor power output and module soiling for various PV module technologies, and supply data and dust samples to Stellenbosch University and to IFE. The field test station will be the platform for investigation of various cleaning products and procedures with regards to cleaning efficiency, time and water consumption, safety and reliability and long-term degradation. Moreover, investigation of tracking movements to reduce soilin g effects will be investigated here. Dust samples collected at the field station will be physically and chemically characterized at IFE. Moreover, the spectral and angular transmission properties of clean and dirty samples will be measured at the IFE soll ab. These measurements will be used to expand existing optical models to account for soiling losses at all angles of incidence, and will be used as input in annual yield calculations. The aim is to develop a model to improve design and operation of PV par ks that includes the effect of soiling and cleaning requirements. This model together with field measurements will form the basis of a methodology for prediction of soiling losses at new sites. The project includes exchange of personnel and building of in frastructure in South Africa. A workshop with international partners is planned in 2016 with emphasis on future expansion of the competence and infrastructure developed in this project.