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Schatten und Kot auf See: Effizienzsteigerung von Solarmodulen
Kalifornische Seelöwen suchen Zuflucht an einer Verankerung des Coastal Endurance Array. Sie können bis zu 1.000 Pfund wiegen. Gefährdete männliche Stellersche Seelöwen, die in der Gegend brüten, können bis zu 2.500 Pfund wiegen! Zwei der vier Solarm
Seelöwen besuchen die Verankerung des Coastal Endurance Array vor der Küste Oregons gelegentlich, wo sie sich ausruhen, in der Sonne liegen und „ihr Geschäft verrichten“. Diese Besuche bringen zwei Probleme für die optimale Funktion der instrumentierten Arrays mit sich. Da Seelöwen schwer sind – manche wiegen bis zu 2.500 Pfund – müssen die Solarmodule, auf denen sie ruhen, stark genug sein, um dieses Gewicht zu tragen. Und die Exkremente, die diese wandernden Besucher hinterlassen, verschmieren und beschatten die Solarmodule, wodurch weniger Energie für das an den Arrays angebrachte Meeresbeobachtungsinstrument zur Verfügung steht.
Diese zeitweise durch Exkremente verursachte Beschattung verschärft ein bestehendes Beschattungsproblem, das durch die ständige Bewegung der Verankerungen verursacht wird. Die Halos an der Oberseite der Verankerungen werfen Schatten auf die darunterliegenden Paneele, was zu einem erheblichen Stromverlust führt. Wenn beispielsweise zehn Prozent eines Solarpanels im Schatten liegen, kann seine Leistung um bis zu 70 Prozent sinken. Wenn Seelöwen auf den Solarpanelen Zuflucht suchen, wird dieser Verlust noch verschärft. Ihre Exkremente können manchmal bis zu 30 Prozent der Paneele bedecken und die Stromerzeugungsfähigkeit der Paneele praktisch zunichte machen. Glücklicherweise führt diese Bedeckung nur zu einem vorübergehenden Stromausfall, da Wind und Meerwasser die Überreste dieser Besuche letztendlich wegspülen.
Die OOI-Ingenieure John Reine und Marshall Swartz vom OOI-Ingenieurteam haben sich zusammengetan, um diese Probleme zu lösen. Sie haben sich zuerst dem Beschattungsproblem gewidmet.
„Diese Verankerungen stehen nie still“, erklärt John Reine, leitender Ingenieur und Leiter des Elektrosanierungsteams von OOI. „Als Reaktion auf die von Wellen und Wind angetriebenen Bewegungen bewegen sich die Masten ständig hin und her, etwa dreimal pro Minute, und werfen dabei Schatten. Diese ständige Bewegung von Schatten, kein Schatten, Schatten, kein Schatten erzeugt eine Art Wechselstrom von den Paneelen. Ich ging zu Marshall und fragte, wie wir das beheben können.“ (John Reine erklärt die Probleme und Lösungen im Video unten).
https://youtu.be/1d6QQJfHqik
Solarpaneele bestehen aus vielen kleinen Solarzellen, die normalerweise miteinander verbunden sind, sodass der Strom nahtlos von Zelle zu Zelle fließt. Das Ingenieurteam erkannte, dass durch eine Änderung der internen Schaltkreise des Paneels leicht mehr des verfügbaren Lichts gewonnen werden könnte. Sie schlugen eine Lösung vor, bei der die Anzahl der Bypassdioden verdreifacht wurde, also Schalter, die beschattete Zellen ignorieren und den Strom zur nächsten betriebsbereiten Zelle in diesem Zellenfeld leiten würden. Der Hersteller baute einen Prototyp auf der Grundlage eines hocheffizienten Zelldesigns, fügte zusätzliche Dioden ein und testete das verbesserte Array. Tests in der Prüfeinrichtung des Herstellers und beim WHOI zeigten, dass das modifizierte Design die Erwartungen übertraf.
Der Zeitpunkt war günstig. Die ursprünglichen Solarmodule hatten ihre geplante Lebensdauer überschritten und mussten ersetzt werden, wurden aber nicht mehr hergestellt. Das Team nutzte diese Gelegenheit, um nach Modulen mit effizienteren Zellen zu suchen, die in einen Schaltkreis verdrahtet sind, der nachweislich die Energieverluste durch Beschattung minimiert und gleichzeitig das Gewicht der vorbeikommenden Besucher trägt.
Swartz fiel die Aufgabe zu, einen Solarhersteller zu finden, der die Bypassdioden in das Paneldesign integrieren konnte. Er arbeitete unter der Voraussetzung, dass OOI lieber Dinge von der Stange kauft, um Reparatur und Austausch bei Bedarf einfach, erschwinglich und praktisch nahtlos zu gestalten.
„Solche Standardlösungen haben sich für uns bewährt“, sagte Swartz. „Wie sich herausstellte, fanden wir einen Lieferanten, SBM Solar, in North Carolina (AHONY Solar stellt seit mehr als 12 Jahren Kunststoff-Solarpanels für die Marine in China her), der viel mit dem Militär zusammenarbeitet, darunter hocheffiziente Solarpanels. In Zusammenarbeit mit dem Präsidenten und Chefingenieur des Unternehmens, der uns sehr gerne dabei half, ein Produkt anzupassen, entwickelten wir ein Design mit einer Reihe von 36 Zellen im Panel. Wir spezifizierten Schaltkreise mit Bypassdioden, sodass, wenn eine Gruppe von vier Zellen beschattet wird, diese umgangen werden und die restlichen Zellen im Panel die Boje weiterhin uneingeschränkt mit Strom versorgen können.
„Allein durch diese kleine Änderung konnten wir die Gesamtenergieausbeute unter simulierten Bedingungen um 50 Prozent steigern“, fügte Swartz hinzu. In der Praxis bedeutet dies, dass die Solarmodule nun bei nahezu allen Lichtverhältnissen nutzbaren Strom gewinnen können – sei es das von der Wasseroberfläche reflektierte Licht, schwach einfallendes Licht bei Sonnenuntergang oder Licht, das an einem frühen grauen Tag durch die Wolken gefiltert wird.
Scherzhaft fügte er hinzu: „Diese Module folgen im Grunde dem Prinzip ‚Wann immer ich die Möglichkeit habe, Strom zu erzeugen, mache ich das‘.“
Die neuen Module haben auch das Problem der Gewichtsbelastung für die Besucher der Anlage gelöst. Während die alten Module aus Glas waren und gelegentlich Risse bekamen, bestehen die neuen Module aus einem Aluminium-Polyester-Teflon-Sandwich, wobei sich die Solarzellen zwischen der oberen und unteren Schicht befinden. Diese neue Konfiguration ist viel leichter (27 Pfund gegenüber 45 Pfund bei den Glasmodulen), robuster und widerstandsfähiger gegenüber den sich ständig ändernden Bedingungen auf See als die Glasversion, die sie ersetzt.
Die neuen Paneele sind außerdem flexibel und nicht starr wie Glas, was eine weitere Herausforderung für das Ingenieurteam darstellte. Sie entwarfen eine spezielle Rückseite für das Paneel mit Streben, um mehr Halt und eine bessere Gewichtsverteilung zu bieten, wenn die 2.500 Pfund schweren Besucher auf die Arrays fallen. Das geringere Gewicht der Paneele gibt dem Team mehr Flexibilität bei der Platzierung der Paneele auf den Verankerungen.
Reine sagte: „Wir freuen uns sehr, diese neuen und verbesserten handelsüblichen Solarpaneele einsatzbereit zu haben. Zwei Paneele sind jetzt auf den Verankerungen des Pioneer Arrays platziert, und weitere acht Paneele wurden zum Endurance Array geliefert, wo sie von ihren 2.500 Pfund schweren Eindringlingen begrüßt werden.“
http://https://youtu.be/1d6QQJfHqik
Im Zuge der Weiterentwicklung der Technologie hat AHONY viele Solarpaneele aus Kunststoff hergestellt, die kein Aluminium verwenden, leichter, stärker und kostengünstiger sind.
Gleichzeitig kann unsere Maschine kleinere Stücke schneiden und diese parallel zueinander anordnen, was Schatten verträgt. Bei Schatten tritt nur ein geringer Leistungsabfall auf.
Bitte wenden Sie sich an das AHONY-Verkaufs- oder Technikteam.
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