2001 A.Hunter Fanney, Brian P. Doughterty, Mark W. Davis – ‚Measured Performance of Building Integrated Photovoltaic Panels‘

Veröffentlichung: 2001 A.Hunter Fanney, Brian P. Doughterty, Mark W. Davis – ‚Measured Performance of Building Integrated Photovoltaic Panels‘
Webadresse: http://fire.nist.gov/bfrlpubs/build01/PDF/b01040.pdf 

In dieser Arbeit beschäftigen sich die Autoren mit den Auswirkungen der thermischen Umgebungsbedingungen auf Solarzellen, die in Gebäude integriert sind. Beschrieben sind die Messverfahren und die Auswirkungen der unterschiedlich gestalteten thermischen Isolation auf Effizienz und Ertrag für vier verschiedene Typen von Solarzellen.

Für uns sind die Ergebnisse für die monokristallinen Silizium-Solarzellen besonders interessant. Die Abbildung (Fig. 10 der Veröffentlichung) zeigt den Temperaturverlauf für thermisch isolierte und nicht isolierte monokristalline Solarzellen sowie deren Leistung über den Tagesverlauf.

Zu erkennen ist:

  • die Temperatur der nicht isolierten Solarzellen ist bis zu 16 °C niedriger
  • die Leistung der nicht isolierten Solarzellen ist mittags ca. 8% höher

Das entspricht den Erwartungen auf der Basis der Temperatur-/Leistungskoeffizienten, die heute standardmäßig bei den Datenblättern der Solarzellen angegeben werden.

Montage von Solarmodulen

Solarmodule, die auf frei tragenden Trägern (z.B. bei PV-Freiland-Anlagen) montiert sind, erscheinen als „technische Zweckbauten“ oder wecken bei manchen Betrachtern die Assoziation eines Prototypen.

Da kühle Solarzellen deutlich effizienter sind als heiße Solarzellen ist es sinnvoll, beim Design auch an die Kühlung der Solarzellen zu denken. Dies betrifft sowohl die Integration von Solarzellen in die Fassade bzw. das Dach von Gebäuden, als auch die Integration von Solarzellen in die Oberfläche bzw. die Dachkonstruktion von Schiffen, insbesondere von Solarbooten.

Bedeutung für Solarboote

Bei Solarbooten muss der Designer verschiedene Aspekte bei der Gestaltung der Montage der Solarzellen berücksichtigen, die je nach Anwendung unterschiedlich gewichtet werden:

  • Ästhetik / Design – „das Boot soll gefallen“ (zumindest dem Käufer)
  • Funktionale Aspekte: Windwiderstand und Kühlung der Solarzellen

Viele Betrachter empfinden eine geschlossene Oberfläche bzw. in die Oberfläche versenkte Elemente als modern und ästhetisch. Dies führt zum Beispiel bei Segelbooten dazu, dass Luken und Aufbauten besonders flach gewählt werden bzw. ganz in das Deck integriert / versenkt werden. Auch der Windwiderstand wird durch diese Maßnahmen reduziert.

Das versenkte bzw. mit der Oberfläche bündige Montieren der Solarzellen stellt besondere konstruktive Anforderungen an die Kühlung der Solarmodule, wenn weiterhin ein guter Ertrag erreicht werden soll. Besonders bei zu 100% solar betriebenen Solarbooten kann es empfehlenswert sein, die bessere Effizienz der frei montierten Solarzellen zu erhalten und auf eine Integration der Solarzellen in die Dachkonstruktion zu verzichten.

Der wirksame Wind auf einem Solarboot im Einsatz, also insbesondere während der Fahrt,  ist der sogenannte „scheinbare Wind“ (also der an Bord gemessene Wind) – im Gegensatz zum „wahren Wind“ (also dem Wind in Bezug auf das Koordinatensystem Erde).

In Fahrt wird der scheinbare Wind häufig kleiner als der wahre Wind sein, da ein Solarboot-Skipper in der Regel bei der Törn-Planung versucht, mit achterlichem Wind (Wind von hinten) zu fahren: dies ermöglicht eine angenehmere und schnellere Fahrt, da auch die Windwelle von hinten läuft. Vor Anker ist zu berücksichtigen, das die kühlende Wirkung des Windes immer von vorne kommt, da das Boot mit dem Wind um seinen Anker „schwoit“ (dreht). Dies muss bei der Konstruktion der Verankerung der Solarmodule berücksichtigt werden.

Situation bei der SolarWave

Bei der SolarWave sind die Solarzellen zum größten Teil (25 Module) als Solarmodule mit Alu-Rahmen auf einem klassischen Auf-Dach- bzw. Freiland-Trägersystem aus Aluminium montiert. Die Trägerkonstruktion verläuft quer zum Schiff und ist wiederum auf Längsträgern aus GFK montiert, die strukturelles Element des Dachaufbaus von Cockpit und Kabine sind.

Die außen liegenden Solarmodule werden vom Wind deutlich besser gekühlt als die innen liegenden Solarmodule.

Zusätzlich werden zwei begehbare Solarmodule eingesetzt, die im vorderen Bereich des Schiffes auf dem Ausleger („Striker“) montiert sind. Diese sind anderen thermischen Bedingungen ausgesetzt und nicht direkt von der Unterseite belüftet.

Solarzellen der SolarWave aus der Luft

Messungen auf der SolarWave

Messungen zu der Effizienz der Solarzellen bei verschiedenen Windgeschwindigkeiten und Umgebungstemperaturen sind geplant. Ergebnisse werden Ende 2017 veröffentlicht.

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