Untersuchung des Wärmeabtransports an einem im EETNEK PV-Outdoor-Labor eingebundenen PV-Moduls mittels eines numerischen Simulationsmodells
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Publisher: 
Thomas Basten
Date: 
Monday, April 15, 2013
Abstract: 

In Deutschland ist die elektrische Energieversorgung eine der zuverlässigsten der
Welt. Die Stabilität des elektrischen Versorgungsnetzes wird durch das permanente
Aufrechterhalten des Gleichgewichts zwischen Erzeugung und Verbrauch
gewährleistet. Mit dem kontinuierlichen Ausbau an netzgekoppelten regenerativen
Erzeugungsanlagen, wie beispielsweise den Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen)
steigt der deutschlandweite Anteil dieser auf der Erzeugungsseite der elektrischen
Energieversorgung. Durch die starke Abhängigkeit des Wirkungsgrads dieser
Anlagen von den Witterungsbedingungen, führt der Anstieg zu einer zunehmend
volatilen Energieerzeugung und damit zu einer erhöhten Herausforderung bei der
Aufrechterhaltung der Netzstabilität.
Deshalb ist es notwendig die verfügbare elektrische Energie aus PV-Anlagen
basierend auf meteorologischen Eingangsparametern und den
Installationsparametern hinreichend genau prognostizieren zu können. Eine wichtige
Einflussgröße auf die photovoltaische Energiekonversion ist die Betriebstemperatur
der Solarzellen. Diese führt vor allem zu einer Absenkung der elektrischen Spannung
im optimalen Arbeitspunkt des PV-Moduls.
Da nur ein geringer Anteil der auf das PV-Modul auftreffenden Solarstrahlung direkt
in elektrische Energie und der Hauptteil der restlichen Strahlungsenergie in den
Solarzellen in thermische Energie umgewandelt werden, kann sich ein PV-Modul bis
auf eine Betriebstemperatur von über 70°C erwärmen. Dies entspricht einer um 45K
höheren Temperatur als bei Standard Test Bedingungen (STC) und
dementsprechend einer geringeren elektrischen Leistung im Vergleich zur
angegebenen Nennleistung des PV-Moduls. Um die tatsächlich bereitgestellte
Leistung eines betriebenen PV-Moduls bestimmen zu können, ist die Ermittlung der
tatsächlichen Betriebstemperatur essentiell.
Zur numerischen Bestimmung der tatsächlichen Betriebstemperatur ist neben der
Modellierung der Wärmequelle in der Solarzelle auch die Modellierung des
Wärmeabtransports an die Umgebung unabdingbar.
Die Erstellung eines CFD (Computational fluid dynamics) Modells zur Simulation des
Wärmeabtransports insbesondere des Wärmeübergang an die Umgebungsluft ist
die zentrale Aufgabe dieser Masterarbeit. Dabei sollten vor allem folgen-de Bereiche
behandelt werden:
- Literaturrecherche hinsichtlich:
o Stand der Technik bzgl. der Betriebstemperaturbestimmung von PV-Anlagen
o Energetische, numerische Modellierung von PV-Modulen (thermisch, elektrisch)
o Strömungsmechanische Modellierung von PV-Anlagen (ggfs. auch einzelne PVModule)
- Kopplung der Luftmassenströme um das PV-Modul mit den Wärmeströmen von
den PV-Moduloberflächen
- Berücksichtigung der gegebenen Vorort Bedingungen beim EET-NEK PV-Outdoor-
Labor (Aufständerung, Tagesgang, geographische Lage, …)
- 3 Dimensionale Darstellung des vollständigen PV-Moduls und der
Umgebungsatmosphäre

Author Name: 
Thomas Basten
Author Company: 
Universität Paderborn - Fachgebiet: Elektrische Energietechnik - Nachhaltige Energiekonzepte
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