Messergebnisse Juni 2018 bis Mai 2019 Versuchsanlage Totalp
Creators: name: Anderegg, Dionis
name: Strebel, Sven
name: Rohrer, Jürg
Publisher: name: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Year: 2020
Subjects: Photovoltaik
Bifaziale Module
Alpin
Energieertrag
Schneebedeckung
Winterstrom
621.3: Elektro-, Kommunikations-, Steuerungs- und Regelungstechnik

description: Die ZHAW betreibt eine Photovoltaik-Versuchsanlage auf der Totalp in Davos. Diese befindet sich auf 2'500 m.ü.M. und wurde im Jahr 2017 in Betrieb genommen. Die Anlage ist nach Süden ausgerichtet und verfügt über sechs Anlagensegmente, für welche beliebige Neigungswinkel gewählt werden können. Sie sind momentan zwischen 30° und 90° geneigt. Die Segmente wurden so ausgelegt, dass ein direkter Vergleich von monofazialen und bifazialen Modulen mit jeweils gleichem Anstellwinkel möglich ist.
Über ein gesamtes Jahr zwischen Juni 2018 und Mai 2019 zeigen die Messergebnisse, dass die Anlage wesentlich mehr Energie erzeugen kann als übliche Anlagen im Mittelland. Die Erträge vor Ort sowie deren saisonale Verteilung unterschieden sich aufgrund der Anstellwinkel und der Modultechnologien (monofazial, bifazial, rahmenlos und mit Rahmen) teilweise drastisch. Die höchsten Energieerträge können für den Messzeitraum in den bifazialen Anlagensegmenten ausgemacht werden. Die Energieproduktion lag gleichstromseitig zwischen 1869 kWh/kWp (70° bifazial) und 1726 kWh/kWp (90° bifazial) für die ertragsstärksten Segmente und 1379 kWh/kWp (90° monofazial) beim ertragsschwächsten Segment. Im Vergleich zu einer typischen Mittellandanlage mit einem durchschnittlichen AC-Ertrag von 975 kWh/kWp konnte die Energieproduktion im besten Fall beinahe verdoppelt werden.
In Bezug auf die saisonale Verteilung zeigt sich der Anteil des Winterstroms an der Gesamtstromproduktion besonders vorteilhaft. Während der Anteil im Winterhalbjahr bei 30° Modulneigung und monofazialen Modulen im Messzeitraum bei 42% liegt, können bei Modulneigungen ab 70° mehr als 50% der Energie im Winterhalbjahr produziert werden. Der höchste Winterstromanteil besteht bei 90° geneigten monofazialen Modulen mit 56%. Den höchsten absoluten Ertrag im Winterhalbjahr verzeichnen mit 937 kWh/kWp die bifazialen Module mit 70° Neigung, was beinahe der Ertragserwartung einer Mittellandanlage für das gesamte Jahr entspricht.
Durch eine Gegenüberstellung zweier Zeiträume mit identischer Sonnenbahn, wobei zu einem der Zeiträume eine Schneebedeckung der Umgebung herrschte und während dem anderen nicht, kann aufgezeigt werden, dass die Schneebedeckung während dieser Zeiträume zu Mehrerträgen von 3 bis 47% führte. Die höchsten Mehrerträge können bei steil geneigten, bifazialen Modulen gemessen werden, sodass bei 90° Neigung und bifazialen Modulen ein Mehrertrag von 47% entsteht, respektive 32% bei 70° mit bifazialen Modulen.
Zwei Segmente mit gleicher Modulneigung (30°), aber unterschiedlichem Modultyp, können während sieben Monaten miteinander verglichen werden. Die Modultypen unterscheiden sich lediglich in Bezug auf die Ausführung mit Rahmen oder als rahmenlose Glas-Glas-Varianten. Die Variante mit Glas-Glas-Ausführung führt zu geringeren Jahreserträgen. Ein Grund dafür ist das veränderte Abrutschverhalten von Schnee aufgrund von Lücken zwischen den Modulen. Des Weiteren lassen die Auswertungen vermuten, dass das dickere Frontglas der Glas-verbundmodule die Reflexion der Solarstrahlung steigert, wobei dieser Effekt bei flachen Einstrahlungswinkeln und hohem Diffusstrahlungsanteil vermehrt auftritt.
Die Ertragsverluste durch Schneebedeckung betragen für den Messzeitraum zwischen 1.5 und 6.5% des effektiv gemessenen Jahresertrags. Diese vergleichsweise geringen Verluste, trotz einem schneereichen Winter 2018/2019, kommen durch das Montagesystem und die steile Aufständerung der Module zustande. Durch die Montage der Module mehrere Meter über dem Boden kann der Schnee ungehindert abrutschen und ist zudem dem Wind ausgesetzt. Im Gegensatz zu Dach-Anlagen kann eine Ansammlung von Schnee im unteren Bereich der Modulsegmente umgangen werden.