Ein Forschungsteam unter der Leitung des National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums hat einen neuen Ansatz zur Kühlung von Solarmodulen unter Verwendung von Wärmestromübertragung in großen Solarkraftwerken vorgeschlagen.

Ihre Modellierung berücksichtigt Faktoren wie Reihenabstand, Modulfeldhöhe und Neigungswinkel. Skaleneingaben werden auch verwendet, um den Luftraum um oder durch die Solarmodule zu demonstrieren. Bei Standardmodellen hingegen ist die verwendete Länge typischerweise ein Teil der Modulgröße, unabhängig von der Konfiguration der PV-Anlage.

„Wärmekonvektionsübertragungskurven werden durch rechnerische Strömungssimulationen und Windkanalexperimente generiert, wodurch die Wärmekonvektionsübertragung als Skalenwert der Spaltlänge beschrieben werden kann, der den Abstand des gesamten PV-Arrays durch eine einzelne Längeneinheit beschreibt“, sagten die Wissenschaftler dass die Verwendung der Lückenlängenskala zu einer Verbesserung der Stromerzeugungsgenauigkeit um 1,5 Prozent führen kann.

Ihre technisch-wirtschaftliche Analyse betrachtete eine nach Süden ausgerichtete 1-MW-PV-Anlage in Phoenix, Arizona, die mit einem festen Neigungswinkel von 30 Grad bei verschiedenen Reihenabständen oder Flächendeckungsverhältnissen (GCR) installiert wurde. Es wurden jährliche Pachtkosten von 0,054 $/m2 angenommen. Der Reihenabstand von PV-Anlagen variiert von 2 m bis 11 m, was GCR-Werten von 0,73 bis 0,08 entspricht.

"Ein größerer Abstand könnte eine größere Vielfalt an Pflanzen und mehr Arten von landwirtschaftlichen Geräten ermöglichen, die in landwirtschaftlichen PV-Systemen verwendet werden können", sagte Jordan Macknick, der ein weiteres NREL-Forschungsprojekt leitet, das sich auf landwirtschaftliche PV konzentriert. "Dies könnte diese beabstandeten Solarsysteme kostengünstiger und mit der großflächigen Landwirtschaft kompatibel machen."

Durch Modellierung ermittelte das Team den optimalen Stromgestehungskostenpunkt (LCOE) mit 0,29 $/kWh, wobei der Reihenabstand zwischen 4,83 und 7,34 Metern variierte. Die Stromgestehungskosten betrugen 0,33 $/kWh für einen Abstand von zwei Metern und 0,36 $/kWh für einen Abstand von 11 Metern.

Das Team fand heraus, dass die größten LCOE-Verbesserungen in Klimazonen mit niedrigen jährlichen durchschnittlichen Umgebungstemperaturen und moderaten bis hohen jährlichen durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten in den Vereinigten Staaten auftraten. Sie stellten das Modell in ihrer jüngsten Studie "Technoeconomic Analysis of Convective Cooling of Photovoltaic Arrays by Varying Array Spacing" vor, die im IEEE Journal of Photovoltaics veröffentlicht wurde.

Weitere Empfehlungen für die Nutzung der Konvektionskühlung von Solarmodulen umfassen das Packen von PV-Modulen eng aneinander und das Berücksichtigen von Windrichtung und Modulneigung.