Tosidige solcellemoduler : påvirkningen albedo har på tosidig effektgevinst

Abstract

Tosidige solcellemoduler kan motta lysstråling på både fremsiden og baksiden. På denne måten kan stråling reflektert fra omgivelsene bli utnyttet, og en høyere effekt bli levert sammenlignet med tradisjonelle, ensidige solcellemoduler med samme areal. Effektgevinsten (BGP) fra tosidige solcellemoduler kan beregnes ved å måle effekt med og uten tildekking av baksiden. For å undersøke påvirkningen omgivelsenes albedo har på BGP, har forsøk med fire forskjellige materialer blitt utført. Eksperimentelle forsøk har bestått av målinger av elektrisk effekt fra åtte tosidige PV-moduler montert på Alfa Centauri laboratoriet ved SINTEF, Trondheim. Hvit presenning, aluminiumsdekkede takplater, grønn presenning og svart takmateriale har blitt brukt som underlag til de fire PV-modulparene. I tillegg har en modell av irradiansen som treffer et tosidig PV-modulpar blitt utviklet i COMSOL Multiphysics. Validering av modellen ble utført ved å undersøke samsvaret mellom simulerte og målte verdier av levert elektrisk effekt fra PV-modulparet.

Strålingsmodellen viste svært god overensstemmelse ved skyfrie værforhold med alle fire underlag. Svart tak som underlag førte til absolutte avvik i området 0.1% - 2.2%. Hvit presenning, aluminiumsdekkede takplater og grønn presenning førte til absolutte avvik på henholdsvis 1.1% - 4.6%, 1.0% - 4.9% og 0.3% - 6.0%. Ved skyede værforhold viste modellen mindre god overensstemmelse.

Utførte målinger viste at hvit presenning har høyest albedo, etterfulgt av aluminiumsdekkede takplater, grønn presenning og svart tak. Ulikheten i materialenes albedo gjenspeiles i målt effekt fra PV-modulene med de respektive materialene som underlag. Tosidig effektgevinst ble målt til 8.43%, 4.12%, 3.35% og 3.05% for henholdsvis hvitt, aluminium, grønt og svart underlag ved skyfrie forhold. Dobling av arealet til den hvite presenningen økte BGP til 8.86%. Dersom tosidige PV-moduler med toakset styring skal settes opp, er det altså mye energi å hente ved å ha et mer reflekterende materiale under, og i tillegg sørge for at underlaget er stort nok for optimalisering av tilbakestråling.

Bifacial PV-modules are able to receive irradiation on both front and back side. By doing so, radiation reflected from the surroundings may be utilized, and a higher power is delivered compared to traditional, monofacial PV-modules with the same area. The power gain (BGP) from bifacial PV-modules can be calculated by measuring power with and without covering the back. To investigate the impact of the albedo on BGP, experiments with four different materials have been performed. Experiments have consisted of measurements of power output from eight bifacial PV-modules mounted at the Alfa Centauri laboratory at SINTEF, Trondheim. White tarp, aluminum-covered roofing sheets, green tarp and black roofing material have been used as a base for the four PV-module pairs. In addition, a model of the irradiance reaching a bifacial PV-module pair has been developed in COMSOL Multiphysics. Validation of the model was performed by examining the correspondence between simulated and measured values of power output from the PV-module pair.

The model of irradiance showed good agreement in cloudless weather conditions with all four base materials. Black roof as a base led to absolute deviation in the range 0.1% - 2.2%. White tarp, aluminum and green tarp led to absolute deviations of 1.1% - 4.6%, 1.0% - 4.9% and 0.3% - 6.0%, respectively. In cloudy weather conditions, the model showed less agreement.

Performed measurements showed that white tarp has the highest albedo, followed by aluminum, green tarp and black roof. The difference in the materials’ albedo is shown in the measured power from the PV-modules with the respective materials as base. Bifacial gain in power was measured to 8.4%, 4.12%, 3.35% and 3.05% for white, aluminum, green and black bases in cloudless conditions, respectively. Doubling the area of the white tarp increased BGP to 8.86%. If bifacial PV-modules with two-axis tracking are to be set up, there is a lot of energy to be gained by having a more reflective material underneath, and in addition by ensuring that the surface is large enough.