Eine Gruppe von Forschern unter der Leitung der University of Science and Technology of China hat den Einfluss des Reihenabstands von Solarmodulen auf die Temperatur und Effizienz einer Photovoltaikanlage untersucht und kam zu dem Ergebnis, dass ein übermäßiger Reihenabstand bei der Kühlung der Module durch Wärmekonvektion und der Erhöhung der Stromausbeute keine bedeutende Rolle spielt.
„Wir haben stattdessen festgestellt, dass die Einstrahlung im Vergleich zur Windgeschwindigkeit und dem Reihenabstand eine bedeutende Rolle bei der PV-Leistung spielt“, sagte der Hauptautor der Studie, Long Shi. „Daher ist die Gewährleistung der vollständigen Einstrahlung die wichtigste Überlegung bei der Planung von PV-Kraftwerken. Auf dieser Grundlage kann eine vernünftige Anordnung der PV-Array-Installationsart die passive Kühlung bis zu einem gewissen Grad verbessern.“
Shi erklärte auch, dass die Forschungsarbeit gezeigt habe, dass ein größerer Reihenabstand bei Tests im Freien nicht den erwarteten Kühleffekt erziele. „Daher muss in praktischen Anwendungen nur sichergestellt werden, dass zwischen den benachbarten Reihen der PV-Anlagen kein Schatten entsteht, und der mögliche Kühleffekt, der durch einen übermäßigen Reihenabstand entsteht, kann bei der praktischen Anordnung nicht erreicht werden.“
Die Wissenschaftler führten ihre Experimente an einer Photovoltaikanlage mit 30 Modulen durch, die querformatig in drei Spalten und zehn Reihen angeordnet waren. Der minimale Reihenabstand betrug 0,98 m, was den Wissenschaftlern zufolge sicherstellte, dass es zwischen 09:00 und 15:00 Uhr zur Wintersonnenwende auf der Nordhalbkugel keine Abschirmung zwischen den Komponenten der Photovoltaikanlage gab.
„Um die Flächennutzungsrate zu verbessern, muss der Reihenabstand so gering wie möglich sein“, stellten sie außerdem fest. „IEC 62548–1:2023 und IEC TS 62738–2018 schreiben einen Mindestreihenabstand vor, um sicherzustellen, dass zwischen den beiden benachbarten Reihen von PV-Anlagen kein Schatten entsteht.“ Sie führten die Messungen vom 10. Juni 2023 bis zum 5. September 2023 mit einer Wetterstation, Thermoelementen und einem Leistungsmesser durch. „Der Reihenabstand wurde während des Überwachungszeitraums häufig angepasst, um saisonale Einflüsse der Außenlufttemperatur und der Windgeschwindigkeit zu vermeiden.“
Die Versuchsreihe zeigte, dass entgegen anfänglicher Erwartungen eine Vergrößerung des Reihenabstands den Effekt der konvektiven Wärmeübertragung nicht steigerte. Erst bei einer Bestrahlungsstärke unter 400 W/m2 war ein positiver Effekt zu verzeichnen, oberhalb dieses Grenzwertes war der Effekt vernachlässigbar.
Die Analyse ergab außerdem, dass die Leistung der Photovoltaikanlage um bis zu 3,9 % steigen könnte, wenn der Reihenabstand auf das 1,5-fache des Mindestwerts erhöht würde, die Oberflächentemperatur um 1,86 °C sinken würde und die Photovoltaik- und Stromausbeute um 3,53 % zunehmen würde, wenn die Windgeschwindigkeit von 0 auf 2,4 m/s ansteigen würde.
Die Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass größere Rohabstände vermieden werden sollten, da deren begrenzte Wirkung den höheren Flächenverbrauch nicht kompensieren kann. Sie bestanden vielmehr darauf, Faktoren wie direkte Sonneneinstrahlung und Windgeschwindigkeit zu berücksichtigen, um die Leistung des Systems zu verbessern.
„Die Ergebnisse der im Freien durchgeführten groß angelegten Experimente dieser Studie dienen als Referenz für die Planung von Photovoltaikkraftwerken“, erklärte Shi. „Der durchschnittliche relative Fehler des Temperaturvorhersagemodells in dieser Studie beträgt nur 5,4 %, während der des vorherigen Modells fast 2,0 % beträgt. Durch das Modell dieser Studie kann der Einfluss von Umgebungsbedingungen und Installationsparametern auf die Photovoltaik genauer quantifiziert werden.“
