Warum Ihr flexibles Solarmodul nicht die Nennleistung erbringt

Flexible Solarmodule · Feldleistung

Teil 1 – Das Problem

Auf dem Etikett steht 200 W. Ihr Zähler zeigt 145 W an.

Diese Nachricht erreichen uns wöchentlich – von Wohnmobil-, Boots- und Van-Besitzern sowie von OEM-Ingenieuren. Das Bedienfeld sieht einwandfrei aus. Der Himmel ist klar. Die angezeigte Zahl ist dennoch enttäuschend, und der erste Verdacht ist stets derselbe: Das Bedienfeld muss gefälscht oder defekt sein.

Das ist normalerweise nicht der Fall.

Jeder Solarmodule, ob aus Glas oder flexibel, produzieren im praktischen Einsatz weniger Strom als angegeben. Flexible Module unterscheiden sich dadurch, dass der Leistungsunterschied deutlicher sichtbar wird, und zwar aus drei Gründen, die sich gegenseitig verstärken: Sie liegen flach auf und treffen daher den Großteil des Tages schräg auf die Sonne. Da sie auf eine Oberfläche geklebt sind, kann die Wärme nicht entweichen. Und sie speisen üblicherweise kleine 12-V-Systeme, bei denen der Laderegler und die Batterie die Leistung begrenzen, lange bevor die Sonneneinstrahlung dies tut.

Die entscheidende Frage ist also nicht, ob das Panel defekt ist. Vielmehr geht es darum: Wie hoch ist der normale Leistungsverlust und wie viel davon lässt sich wiederherstellen? Dieser Leitfaden beantwortet beide Fragen und zeigt die Berechnungen.

Teil 2 – Die Erkenntnisse

Wohin die fehlenden Watt tatsächlich gehen: Neun Gründe für die mangelnde Leistung flexibler Solarmodule

1. Die Bewertung basiert auf einem Labortest, nicht auf einem Praxisversprechen.

Jedes Modul wird unter Standardtestbedingungen bewertet: 1.000 W/m² Lichtstärke, 25 °C Zelle Temperatur und das in definierte AM1.5G-Referenzspektrum IEC 60904-3.

Zelltemperatur, wohlgemerkt – nicht Lufttemperatur. Bei starker Sonneneinstrahlung überschreitet ein Panel mühelos 55 °C, und ein verklebtes Panel kann deutlich höhere Temperaturen erreichen.

STC existiert, damit Käufer Module unter gleichen Bedingungen vergleichen können. Es war nie dazu gedacht, zu beschreiben, was in Ihrer Batterie ankommt.

Professionelle Modellierungswerkzeuge berücksichtigen die Verluste direkt. NRELs PVWatts verwendet standardmäßig einen Systemverlust von 14% zusätzlich zu seinem Wettermodell. Dieser setzt sich zusammen aus 2% Verschmutzung, 3% Verschattung, 2% Fehlanpassung, 2% Verkabelung, 0,5% Anschlüssen, 1,5% lichtinduzierter Degradation, 1% Nenntoleranz und 3% Verfügbarkeit – multiplikativ kombiniert, nicht addiert. Der vollständige Parametersatz ist in der Modelldokumentation veröffentlicht. technische Referenz; Das Tool selbst befindet sich unter pvwatts.nrel.gov.

Man sollte bedenken, was diese Standardeinstellungen beschreiben: saubere, solide gebaute und fachmännisch installierte Dachsysteme. Ein Fahrzeug oder ein Boot stellt deutlich höhere Anforderungen.

2. Wärme: der größte einzelne Verlustfaktor bei einem verklebten flexiblen Paneel

Siliziumzellen verlieren beim Erwärmen an Spannung, und Ihr Datenblatt gibt die genaue Rate an: die Temperaturkoeffizient von Pmax. Gängige n-Typ-Module weisen heute Werte um −0,29 %/°C auf, wobei Premium-Produkte mit rückseitigem Kontakt etwas besser abschneiden; Produkte aus der PERC-Ära lagen eher bei −0,35 bis −0,40 %/°C. Beispiel n-Typ-Datenblatt.

Man nehme −0,29 %/°C und wende es auf ein 200-W-Panel an. Wärme allein bewirkt Folgendes:

Soweit, so gewöhnlich. Was folgt, betrifft speziell flexible Module und ist umfangreicher, als die meisten Käufer erwarten.

Das Sandia Array Performance Model veröffentlicht unterschiedliche Wärmekoeffizienten für verschiedene Montagearten, die aus gemessenen Hardwarewerten abgeleitet werden. Zwei davon sind hier relevant. “Offenes Rack” beschreibt freie Luft hinter dem Modul; “Isolierte Rückseite” bedeutet, dass die Rückseite überhaupt nicht von Luft erreicht wird. — Dies gilt für gebäudeintegrierte Module und für Module, die flach auf einer Oberfläche aufliegen. Ein geklebtes flexibles Paneel gehört in die zweite Spalte. Koeffizienten hier; Die Montagebestimmungen sind in der pvlib-Implementierung.

Lässt man in beiden Fällen identische Wetterbedingungen zu – 1.000 W/m², 30 °C Umgebungstemperatur, 1 m/s Wind –, trennen sich die beiden Säulen deutlich:

Rund 28 °C heißer und etwa 8% weniger Leistung – allein durch die Montageart, ohne dass an den Zellen selbst etwas verändert wurde. Eine wichtige Anmerkung: Der ähnlichste veröffentlichte Fall in diesem Datensatz ist ein Glas/Zelle/Polymerfolien-Modul. Wir verwenden ihn daher als nächstliegende Annäherung an ein flexibles Laminat, nicht als exakte Entsprechung. Richtung und Größenordnung bleiben erhalten; die Nachkommastellen jedoch nicht.

Die Ingenieure von Victron gelangen aus einem anderen Blickwinkel zum selben Ergebnis. In ihrer technischen Veröffentlichung geben sie den Wärmeverlustfaktor für ein freistehendes Array mit etwa 20 W/m²·K an, im Vergleich zu etwa 10 für ein Array mit vollständig isolierter Rückseite. Das entspricht der halbierten Kühlleistung. Sie weisen außerdem darauf hin, dass die Zelltemperaturen hinter einer vollständig isolierten Rückseite regelmäßig 100 °C überschreiten können. Siehe das Victron-Papier..

3. Flache Montage verhindert direkte Sonneneinstrahlung

Ein Solarpanel erzielt die beste Leistung, wenn die Sonne direkt darauf trifft, und ein Flachdachpanel erhält dies höchstens einige Minuten im Jahr. direkter Strahl, Der nutzbare Anteil folgt dem Sinus des Sonnenstands über dem Horizont.

Betrachten Sie diese Tabelle eher als Orientierungshilfe denn als endgültiges Urteil. Ein Flachbildschirm erfasst zudem diffuses Licht aus dem gesamten Himmelsbereich, und eine horizontale Fläche erfasst einen größeren Teil davon als eine geneigte. Die tatsächlichen Lichtverluste bei niedrigem Sonnenstand fallen daher geringer aus als die Lichtverteilung vermuten lässt, insbesondere bei Dunst und Bewölkung.

Die Form der Kurve bestimmt weiterhin Ihren Tag. Ihr Bildschirm sieht im Juli um 13 Uhr hervorragend aus und im November um 9 Uhr morgens trostlos – und die Geometrie ist das Einzige, was sich geändert hat.

Deshalb sind die Stunden mit der höchsten Sonneneinstrahlung wichtiger als die maximale Wattzahl. Ein Panel, das zwei Stunden lang die Nennleistung von 851 TP3T erreicht, ist einem Panel überlegen, das diese Leistung nur zwanzig Minuten lang erreicht.

4. Kleine Schatten richten weitaus mehr Schaden an, als man annimmt.

Wird eine Zelle beschattet, geht nicht die Leistung einer einzelnen Zelle verloren. In einer Reihenschaltung drosselt die beschattete Zelle den Stromfluss für alle dahinter angeschlossenen Komponenten. So kann beispielsweise ein Entlüftungsrohr, eine Schiene, eine Antenne, eine Leine oder ein einzelner Vogelkot ein ganzes Solarpanel zum Einsturz bringen.

Rückkontaktzellen leisten hier tatsächlich einen Beitrag – innerhalb gewisser Grenzen, die wir lieber festlegen als verwischen möchten. In einer von pv magazine veröffentlichten Simulationsstudie des TÜV NORD zeigten Rückkontaktmodule Vorteile gegenüber TOPCon. drei oder weniger Zellen Die Schattierungen verteilten sich auf verschiedene Teilstrings. Ab etwa vier Zellen verschwand der Vorteil, und beide Technologien verloren etwa die Hälfte ihrer Leistung. Lesen Sie die Studienzusammenfassung..

Beachten Sie, worauf diese Evidenz beruht: Es handelt sich um eine Modellstudie mit zwei Dioden, nicht um einen Feldversuch. Sie markiert eine Grenze; sie verspricht keinen Ertrag.

Daher unsere Hausregel, an die Sie uns gerne erinnern dürfen:

5. Ihr Laderegler könnte die Leistung des Panels begrenzen: PWM vs. MPPT

A PWM Der Regler ist im Wesentlichen ein Schalter: Schließt man ihn, sinkt die Spannung des Panels auf Batteriespannung plus etwa ein halbes Volt. MPPT Der Controller ist ein DC/DC-Wandler, sodass er das Panel an seinem maximalen Leistungspunkt halten und die Überschussspannung in zusätzlichen Ladestrom umwandeln kann.

Victron arbeitet den klassischen Fall vollständig aus. Ein 100-W-Panel mit 36 Zellen und einer MPF von 18 V lädt eine 13-V-Batterie bei 25 °C und liefert über PWM etwa 81 W. 19% weniger als MPPT vom selben Panel bei gleicher Sonneneinstrahlung erhält.

Hier kommt der Teil, den fast jeder Artikel zu diesem Thema auslässt. Dieser Spalt verringert sich mit zunehmender Erwärmung des Panels. Bei 75 °C ist die MPP-Spannung nahe an die Batteriespannung gesunken, und die beiden Reglerarten erreichen ein ähnliches Niveau. Victron positioniert die PWM-Regler innerhalb von 10% der MPPT-Reglerleistung im Bereich von etwa 45–75 °C bei normalen Ladespannungen. Paradoxerweise gilt: Je heißer Ihr Solarmodul wird, desto geringer sind die Kosten für einen PWM-Regler, da die Spannung, die der MPPT-Regler gewonnen hätte, bereits durch die Wärme verbraucht wurde.

PWM ist also nicht automatisch eine Katastrophe. Es wird erst dann dazu, wenn:

• Die Vmp-Spannung liegt deutlich über der Batteriespannung, was bei modernen Solarmodulen mit mehreren in Reihe geschalteten Zellen üblich ist.;
• Das Panel ist kühl – genau dann, wenn ein gutes Modul sonst seine beste Leistung erbringen würde;
• Das Licht ist schwach, da Vmp bei geringer Bestrahlungsstärke zusammenbricht und MPPT sich zurückzieht;
• Es ist Schatten vorhanden, wodurch die Spannung der Lichtmaschine sinkt;
• oder die Zelltemperatur so hoch steigt, dass ein 12-V-Nennfeld im PWM-Betrieb die Absorptionsspannung nie erreicht und die Batterie sich einfach nicht auflädt.

Führen Sie eigene Berechnungen durch, bevor Sie das Modul verantwortlich machen. Vmp nahe 18 V auf einem heißen Dach? PWM verursacht kaum Kosten. Vmp von 20 V oder mehr an einem kühlen Morgen? Rechnen Sie mit einem Verlust im Bereich von 20–301 TP3T.

6. Ein voller Akku verweigert die Stromzufuhr.

Laderegler arbeiten in Stufen. Die Schnellladephase liefert maximalen Strom, bis die Batterie einen Ladezustand von etwa 80–901 TTP3T erreicht; die Absorptionsphase hält die Spannung dann konstant. reduziert den Strom; der Float-Regler trimmt ihn weiter, sobald die Batterie in der Nähe von 98% liegt. Morningstar erläutert hier die einzelnen Schritte..

Testet man um 14 Uhr mit vollem Akku, misst man den Stromverbrauch des Akkus, nicht die Leistungsfähigkeit des Solarpanels. Das Panel könnte einwandfrei sein, und das Messgerät würde trotzdem einen niedrigen Wert anzeigen.

Testen Sie stattdessen im Ladezustand 40–60% oder unter realer Last.

7. Kabel, Crimpverbindungen und der Messpunkt

Niederspannungssysteme arbeiten mit hohen Strömen, und hohe Ströme verzeihen dünnen Kabeln nicht. Lange Kabelstrecken, zu kleine Kabelquerschnitte, unsaubere Crimpverbindungen, unterschiedliche Steckverbinderhersteller und korrodierte Anschlüsse führen dazu, dass Spannung aus dem Stromkreis abfließt, bevor sie die Batterie erreicht. Ein Kabel, das sich warm anfühlt, ist ein Kabel, das Leistung raubt.

Prüfen Sie auch, woher Ihr Messwert stammt. Ein am Akku angezeigter Wert hat bereits den Regler und die Verkabelung durchlaufen – es handelt sich nicht um den Gleichstromausgang des Panels, und ein Vergleich mit einem Datenblatt bedeutet, zwei unterschiedliche Dinge zu vergleichen.

8. Schmutz spielt auf einem Flachbildschirm eine größere Rolle.

Fast alle veröffentlichten Studien zur Verschmutzung untersuchten geneigte Glasmodule auf Gestellen. Flexible Paneele werden in einem Winkel von 0–10° verwendet, was genau der blinde Fleck in der bisherigen Literatur ist.

Die Neigung ermöglicht es dem Regen, Staub vom Glas abzuwaschen. Eine nahezu ebene Scheibe hingegen behält ihren Staubfilm und weist meist auch eine Schmutzlinie entlang der Unterkante auf.

Eine Studie der Arizona State University hat dies direkt gemessen. Dazu wurden zwei Sätze von Mini-Modulen über drei Monate hinweg in neun verschiedenen Neigungswinkeln gehalten. Module bei 0° verloren durch Verschmutzung etwa 2,021 TP3T, im Vergleich zu etwa 1,051 TP3T bei 23° und 0,961 TP3T bei 33°. Lesen Sie die Studie. Das sind Zahlen aus der gemäßigten Jahreszeit in einem ausreichend regenreichen Klima; in staubigen Regionen, in denen es monatelang nicht regnet, sind die Verluste bei flachen Böden um ein Vielfaches höher.

9. Manchmal ist das Gremium wirklich verletzt.

Flexible Laminate versagen auf eine Weise, wie es bei Glasmodulen nicht möglich ist.

• Bei einer Biegung unterhalb des zulässigen Radius entstehen Zellrisse.
• Wiederholtes Biegen führt zu einer Ermüdung der Bänder zwischen den Zellen.
• Wenn man auf der Platte über einem harten Grat steht, entsteht eine Punktlast.
• Billige PET-Vorderseiten vergilben und trüben nach einigen Saisons im Freien.
• Eindringendes Wasser an einer beschädigten Kante korrodiert die Verbindungen.

Gerissene Zellen kündigen sich als dauerhafter Schaden an, der sich selbst bei kühlen Morgenstunden nicht mehr erholt. Auf dieses Merkmal sollte man achten.

Materialien entscheiden über Ihre Gewinnspanne. ETFE in PV-Qualität bietet eine hohe Lichtdurchlässigkeit und ist im Außenbereich deutlich beständiger als günstiges PET – wir haben beide verglichen. Hier Schicht für Schicht. AGC bewertet seinen eigenen Film mit einer Transmission über 90%, wobei er 16.000 Stunden beschleunigter Bewitterung unterzogen wurde. Siehe die AGC-Filmdaten.. Das schützt nur die Vorderseite. Es rettet keine Zelle, die zu stark verbogen ist.

Die eine Formel, die Ihr Lesevermögen erklärt

Man nehme die Bezeichnung und multipliziere sie nacheinander mit jeder realen Bedingung:

Sehen Sie nun, welchen Einfluss eine einzige Designentscheidung hat. Dasselbe 200-W-Panel, derselbe klare Sommertag, 900 W/m² auf der Panelebene, 30 °C Umgebungstemperatur, leichte Brise. Die einzige Variable, die wir ändern, ist die Montageart.

Beide Messwerte sind in Ordnung, und keines der Paneele ist defekt. Die Differenz von 13 W ergibt sich lediglich aus der von Ihnen berücksichtigten oder nicht berücksichtigten Luftzirkulation – eine Entscheidung, die einmalig bei der Installation getroffen wurde und sich dann ein Jahrzehnt lang an jedem sonnigen Tag wiederholt.

Wenn man an einem kühlen Morgen einen schlecht abgestimmten PWM-Controller vor eine der beiden Spalten schaltet, kann man ein weiteres Fünftel der Solarzellen verlieren. Gleiches Panel, gleiche Sonneneinstrahlung; anderes Systemdesign.

Teil 3 – Die Lösungen

So erhalten Sie die Leistung Ihres flexiblen Panels zurück

Eine 30-minütige Diagnose, die Sie heute durchführen können

1. Wähle den richtigen Moment. Klarer Himmel, hochstehende Sonne, Akkustand 40–601 TP3T.
2. Leerlaufspannung (Voc) messen Messen Sie die Leerlaufspannung (Voc) an den Anschlussklemmen des Panels bei abgeklemmtem Regler und vergleichen Sie sie mit den Angaben im Datenblatt. Bei einem heißen Panel sollte die Leerlaufspannung (Voc) etwas niedriger sein als im Datenblatt. unten Der gedruckte Wert ist um etwa 0,25% niedriger für jedes °C über 25 °C.
3. Betriebsstrom sicher messen. Für diesen Zweck ist ein Stromzangenmessgerät mit Gleichstrombereich das richtige Werkzeug. Die meisten Handmultimeter sind mit 10 A abgesichert und dürfen keine größeren Verteilerkästen kurzschließen. Versuchen Sie daher bitte nicht, improvisieren Sie. Falls Sie dennoch einen Kurzschlusstest mit einem entsprechend dimensionierten Gerät durchführen, stellen Sie die Verbindung am Verteilerkasten her und trennen Sie sie wieder – niemals unter Last.
4. Lesen Sie den PV-Eingang des Reglers aus. — Spannung und Stromstärke auf der Panelseite, nicht auf der Batterieseite.
5. Berühren Sie die Rückseite des Bedienfelds. und die darunter liegende Oberfläche. Wenn es zu heiß zum Anfassen ist, bedeutet das, dass Wärme der Hauptverlustfaktor ist.
6. Gehen Sie zu drei Tageszeiten um das Panel herum. und beachte jeden Schatten, der ihn kreuzt.
7. Spüre die Kabel bei voller Stromstärke. Warmes Kabel bedeutet Spannungsabfall.

Die Ergebnisse lesen

Reparaturen, in der Reihenfolge, die sich am meisten lohnt

1. Sorgen Sie für ausreichende Belüftung des Panels. Dies ist der größte Vorteil einer verklebten Installation und belohnt eine fachgerechte Ausführung. Ein abgedichteter Spalt allein bringt wenig, da sich die stehende Luft unter einem Paneel auf Paneeltemperatur erwärmt und dann keine Wärme mehr abführt – genau darauf weist Victron hin. Öffnen Sie die Enden, sorgen Sie für eine Querströmung und verwenden Sie Abstandshalter, eine Wellschicht oder einen leichten Rahmen anstelle eines geschlossenen Hohlraums.

2. Ordnen Sie den Controller dem Bedienfeld zu. Vergleichen Sie die MPP-Spannung mit der Batteriespannung über den gesamten tatsächlichen Betriebstemperaturbereich, nicht nur unter Standardtestbedingungen (STC). Wenn die MPP-Spannung auch bei kühlen Bedingungen deutlich über der Batteriespannung liegt, erzielt MPPT im Vergleich zu allen anderen hier aufgeführten Systemen die höchste Rendite pro investierter Einheit.

3. Reparieren Sie die Verkabelung, bevor Sie weitere Paneele kaufen. Kürzere Kabelstrecken, dickeres Kabel, fachgerechte Crimpverbindungen, durchgehend Stecker einer einzigen Marke.

4. Reinigen Sie nach einem festen Zeitplan, nicht nach Gefühl. Flachbildschirme benötigen häufiger eine Reinigung als geneigte. Zuerst abspülen, dann mit einem weichen Tuch abwischen und niemals eine Polymer-Frontfolie abkratzen.

5. Die Schatten neu planen. Verschieben Sie das Panel oder teilen Sie die Anordnung in zwei kleinere Module mit separaten MPPT-Eingängen auf, damit ein einzelner Schatten nicht das gesamte System mitreißen kann.

6. Mehr Fläche, nicht mehr Optimismus. Wenn es um nutzbare Energie geht, ist eine größere, besser platzierte Paneelfläche wichtiger als eine größere Zahl auf dem Etikett.

Was Sie beim Kauf des nächsten Panels angeben sollten

Diese Tabelle erspart OEM-Käufern, Händlern und Installateuren ein ganzes Jahr an Garantiestreitigkeiten. Fordern Sie alle Informationen vor der Bestellung an, nicht erst nach der Reklamation.

Bevor Sie sich auf ein Zertifikat verlassen, sollten Sie zwei Zeilen dieser Norm lesen. IEC 61215-1 stellt klar, dass ihre Testergebnisse nicht als quantitative Vorhersage der Modullebensdauer zu verstehen sind und schließt ausdrücklich Anwendungen aus, die nicht auf Langlebigkeit ausgelegt sind – beispielsweise flexible Module, die in Markisen oder Zelten installiert werden. Siehe den veröffentlichten Umfang. Bei mobilen und temporären Installationen sollten Sie Ihre Anforderungen im Vertrag festhalten, anstatt davon auszugehen, dass ein Zertifikat diese bereits abdeckt.

Wo passt die Coule-Energie?

Wir bauen flexible ETFE-Module mit rückseitigem Kontakt und beschreiben sie lieber so, wie es ein Ingenieur tun würde, als so, wie es in einer Broschüre steht.

Bei rückseitig kontaktierten Zellen befinden sich die Metallkontakte auf der Rückseite der Zelle. Dadurch wird die Vorderseite vergrößert und die Leistung kann innerhalb derselben Abmessungen erhöht werden. Auf einem Wohnmobildach, einem Yachtdeck oder einer Fahrzeugkarosserie ist die Zellform fast immer der limitierende Faktor – nicht die Zelltechnologie im Inneren.

Eine ETFE-Frontfolie in PV-Qualität ist deutlich beständiger gegen UV-Strahlung, Salz und Reinigung als günstigere Folien. Darüber hinaus ermöglicht unser individuelles Programm die Festlegung von Kontur, Spannung, Kabelausgang und Montageart, sodass sich das Modul optimal an die Oberfläche anpasst und nicht umgekehrt.

Die Spannung ist ein Detail, das man nicht dem Zufall überlassen sollte. Sie bestimmt, ob Ihr Regler im tatsächlichen Betriebstemperaturbereich optimal arbeitet und legt den Kabelquerschnitt fest. Beides wirkt sich direkt auf Ihren täglichen Stromverbrauch in Wattstunden aus.

Und hier ist, was wir tun werden nicht beanspruchen.

Wir werden das Modul, die Montageart, die Spannung und die Diodenanordnung als ein System entwickeln – denn das zusammen bestimmt letztendlich die Energieausbeute.

Flexible Solarpanel-Leistung: Häufig gestellte Fragen

Quellen

1. Sandia PVPMC – Modultemperaturmodell und Montagekoeffizienten
2. Sandia PVPMC – Zelltemperaturmodell
3. pvlib – SAPM-Zellentemperatur, Montagedefinitionen und vollständiger Parametersatz
4. King, Boyson & Kratochvil, Leistungsmodell für Photovoltaikanlagen, SAND2004-3535
5. NREL — PVWatts Version 5 technische Referenz (Verlusttabelle, thermisches Modell, INOCT)
6. NREL — PVWatt-Rechner
7. Victron Energy – Welcher Solarladeregler: PWM oder MPPT?
8. Morningstar – Ladestufen für Solarbatterien
9. pv magazine — TÜV NORD über die Grenzen des Vorteils der Rückkontakt-Abschattung
10. Cano (Arizona State University) — Photovoltaikmodule: Einfluss des Neigungswinkels auf die Verschmutzung
11. AGC – Fluon ETFE-Folieneigenschaften
12. IEC 60904-3:2019 — Referenzspektralbestrahlungsstärke und STC-Messprinzipien (kostenlose Vorschau)
13. IEC 61215-1:2021 – Anwendungsbereich, Ausnahmen und Änderungen 2021 einschließlich MQT 22
14. Datenblatt für gängige n-Typ-Module – Referenztemperaturkoeffizient
15. Couleenergy – was bestimmt tatsächlich die Leistung flexibler Solarmodule?