Ertragsoptimierung von HSAT-Systemen und 90°-bifacial Photovoltaikanlagen
Creators: name: Preisig, Janis
name: Tulinski, Lona
Publisher: name: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Year: 2024
Subjects: 333.79: Energie

description: Die vorliegende Bachelorarbeit zielt darauf ab den Energieertrag von HSAT-Systemen (Horizontal ein-achsig nachgeführten Systemen) und 90° geneigten bifacialen Photovoltaikanlagen (PVA) zu optimieren. Dies mit der für schweizer Flachdachvoraussetzungen (Knappheit von Freiflächen) spezifischen Vorgabe einen möglichst hohen Ertrag pro Fläche (kWh/m2) zu erreichen. 
Um dieses Ziel zu erreichen, wird in einem ersten Teil auf vorhergegangene Arbeiten der Autor:innen zurückgegriffen, um die daraus resultierenden Vermutungen zu Optimierungen an HSAT-Systemen mit einem hohen Flächennutzugsgrad anhand einer signifikant grösseren Datenmenge zu überprüfen. Zu diesem Zweck wurden Messdaten des Testsystems und Wetterdaten von elf Monaten mit Python aus-gewertet und analysiert. Auf die Messdaten des HSAT-Systems wurden insgesamt sieben verschiedene Trackingalgorithmen angewendet und anschliessend ausgewertet. Signifikante flächenspezifische Mehrerträge gegenüber der Referenz (0° geneigte Anlage) werden mit dem Tracking nach dem Winkel mit dem höchsten Ertrag (13.8 %) und dem implementierten Backtracking (3.5 %) erreicht. Die Analyse der Modulneigungen, durch die pro Zeitintervall oder Wetterkategorie die höchsten Erträge erzielt werden, zeigt, dass die maximalen Winkelbeträge ausschliesslich an klaren Tagen und im Sommer Werte von über 5° erreichen. Neigungswinkel > 10° werden zudem nie erreicht. 
Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit der Simulation von sechs bifacialen Anlagen mit Flächennutzungsgraden zwischen 70-95 % und einer Referenzanlage mit 0° Neigung. An diesen Anlagen wurde mit der Software PVsyst ein Backtracking simuliert. In einem ersten Schritt mit einer Beschränkung auf 5° Neigung, in einem zweiten Schritt ohne Neigungsbeschränkung um zu überprüfen, inwiefern sich die maximalen Winkelbeträge von denjenigen der realen Testanlage unterscheiden. Die Analyse der Simulationsdaten zeigt, dass mit der unbeschränkten Simulation zwar auch bei einem hohen Flächen-nutzungsgrad von 95 % Neigungswinkel > 10° angefahren werden, der flächenspezifische Mehrertrag jedoch mit 13.7 % demjenigen der HSAT-Anlage ausgesprochen ähnlich ist. 
Der dritte Teil der Arbeit befasst sich mit der Möglichkeit zur Energieertrags-Optimierung durch den Einsatz von Reflektoren. Motiviert ist dieser Ansatz durch die zur Verfügung gestellten Ergebnisse einer vorhergegangenen Untersuchung. Diese ergab Mehrerträge von ca. 30 %, allerdings auf der Grundlage einer geringen Datenmenge. Die eigenen Messungen an einem Mini-System wurden zwar durchgeführt, es kam jedoch zu einem Ausfall der Messtechnik, weshalb in dieser Arbeit keine schlüssigen Ergebnisse präsentiert werden können. 
Die Diskussion hebt hervor, dass mit der HSAT-Anlage, aufgrund ihrer aktuellen Systemvoraussetzungen, 13.8 % Mehrertrag pro Fläche gegenüber der Referenz erzielt werden kann. Umgerechnet auf die Standardausführung einer 10°-O/W geneigten Anlage mit fester Neigung ergibt sich ein prozentualer flächenspezifischer Mehrertrag von 15.1 %. Hinzu kommt der asymmetrische Aufbau des Modulrah-mens der HSAT-Anlage. Wird diese Asymmetrie ebenfalls bereinigt, ergibt sich theoretisch ein flächen-spezifischer Mehrertrag des HSAT-Systems gegenüber einer Standard-Anlage von 16.4 %.