Abschlussbericht zu Forschungsvorhaben: Aufbau eines "Metrologie-Kompetenzzentrums Photovoltaik" für die präzise Bestimmung und Validierung des Normjahresertrags photovoltaischer Anlagen (MetroKomPV)

Abstract

Da die Photovoltaik zur tragenden Säule der zukünftigen Energieversorgung Deutschlands herangewachsen ist, wurde zu deren metrologischer Absicherung an der PTB ein Kompetenzzentrum „PV-Metrologie“ aufgebaut. Hierfür wurden Messplätze für das vollständige Energy-Rating nach IEC 61853 neu aufgebaut. Weltweit einmalig sind dabei die im Rahmen des Projektes neu aufgebauten Messplätze „Solarmodultubus“ und „LED-basierter Sonnensimulator“, die mit 0.9% Messunsicherheit (MU) die derzeit weltweit geringste MU für Outdoor- und Indoor-Messungen liefern. Der Solarmodultubus stellt zudem den zurzeit weltweit einzigen Referenzmessplatz für die Messung der Winkelabhängigkeit praktisch beliebiger Solarmodule dar, inkl. aerodynamisch geformter VIPV-Solarmodule. Um bei der Messung der nominalen Modularbeitstemperatur den Einfluss des Windes korrekt berücksichtigen zu können, wurde ein Messplatz nach IEC61853-2 aufgebaut. Da bei Hochdruckwetterlagen, die in Bezug auf konstante Einstrahlungsbedingungen optimal geeignet sind, oftmals kein ausreichender Wind weht, wurde ein Array von Windmaschinen, die sonst im Bühnenbereich eingesetzt werden, aufgebaut und für die Messungen genutzt. Dadurch konnte der für die Messung notwendige Zeitraum von mehreren Wochen auf wenige Tage reduziert werden. Um die hochgenauen Messergebnisse der PTB zum Flashermessplatz des Kunden transferieren zu können, darf sich das Messobjekt, also das Solarmodul, nach der Messung nicht mehr in seinen Eigenschaften ändern. Bei einer nicht zu vernachlässigen Anzahl von modernen Solarmodulen (häufig bei Heterojunction-Modulen, gelegentlich bei N-Typ Solarmodulen) ist dies jedoch nicht der Fall. Dazu wurde ein Fingerprint-Verfahren entwickelt, bei dem mithilfe der Dunkelkennlinie festgestellt werden kann, ob sich das Modul noch in dem gleichen Zustand wie bei der Kalibrierung befindet und falls nicht, mithilfe eines adaptiven Preconditioning wieder in diesen Zustand gebracht werden kann, sodass die Kalibrierwerte wieder gültig werden. Datei-Upload durch TIB As photovoltaics has become the central pillar of Germany's future energy supply, to ensure its metrological reliability, a ‘PV Metrology’ competence centre has been set up at PTB. For this purpose, new measurement facilities for the complete energy rating according to IEC 61853 were set up. The new ‘solar module tube’ and ‘LED-based solar simulator’ measurement facilities set up as part of the project are the only ones of their kind in the world and, at 0.9% measurement uncertainty (MU), currently provide the lowest MU for outdoor and indoor measurements worldwide. The solar module tube is also currently the world's only reference measurement facility for measuring the angular dependence of virtually any solar module, including aerodynamically shaped VIPV solar modules. In order to be able to correctly take the influence of wind into account when measuring the nominal module operating temperature, a measurement facility was set up in accordance with IEC61853-2. As there is often insufficient wind in high-pressure weather conditions, which are ideal in terms of constant irradiation conditions, an array of wind machines, which are normally used in the stage area, was set up and used for the measurements. This meant that the period of several weeks required for the measurements could be reduced to just a few days. In order to be able to transfer the high-precision measurement results from the PTB to the customer's flasher measuring station, the properties of the measurement object, i.e. the solar module, must not change after the measurement. However, this is not the case for a significant number of modern solar modules (often heterojunction modules, occasionally N-type solar modules). A fingerprint method was developed for this purpose, in which the dark characteristic curve can be used to determine whether the module is still in the same state as during calibration and, if not, can be brought back to this state using adaptive preconditioning so that the calibration values become valid again.