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

Ihre Modellierung berücksichtigt Faktoren wie Reihenabstand, Modulhöhe und Neigungswinkel. Skaleneingaben dienen zudem dazu, den Luftraum um oder durch die Solarmodule darzustellen. Im Gegensatz dazu ist bei Standardmodellen die verwendete Länge typischerweise proportional zur Modulgröße und ignoriert die Konfiguration der PV-Anlage.

„Die Wärmekonvektions-Transferkurven werden durch rechnergestützte Strömungssimulationen und Windkanalexperimente erstellt. Dadurch kann die Wärmekonvektions-Transferkurve als ein Spaltlängenskalenwert beschrieben werden, der den Abstand des gesamten PV-Arrays über eine einzige Längeneinheit beschreibt“, erklärten die Wissenschaftler. Sie behaupteten, dass die Verwendung der Spaltlängenskala zu einer Verbesserung der Stromerzeugungsgenauigkeit um 1,5 Prozent führen könne.

Ihre techno-ökonomische Analyse berücksichtigte eine 1 MW nach Süden ausgerichtete PV-Anlage In Phoenix, Arizona, wurden PV-Anlagen mit einem festen Neigungswinkel von 30 Grad in verschiedenen Reihenabständen bzw. Bodenbedeckungsgraden (GCR) installiert. Es wurden jährliche Pachtkosten von 0,054 $/m² angenommen. Der Reihenabstand der PV-Anlagen variiert zwischen 2 m und 11 m, was GCR-Werten von 0,73 bis 0,08 entspricht.

„Ein größerer Abstand könnte den Einsatz einer größeren Vielfalt an Nutzpflanzen und landwirtschaftlicher Geräte in landwirtschaftlichen Photovoltaikanlagen ermöglichen“, sagte Jordan Macknick, Leiter eines weiteren NREL-Forschungsprojekts zur landwirtschaftlichen Photovoltaik. „Dies könnte diese weit auseinander liegenden Solaranlagen kostengünstiger und mit der großflächigen Landwirtschaft kompatibel machen.“

Durch Modellierung ermittelte das Team die optimalen Stromgestehungskosten (LCOE) bei 0,29 US-Dollar pro Kilowattstunde, wobei der Reihenabstand zwischen 4,83 und 7,34 Metern variierte. Bei einem Reihenabstand von zwei Metern betrugen die LCOE 0,33 US-Dollar pro Kilowattstunde und bei einem Reihenabstand von elf Metern 0,36 US-Dollar pro Kilowattstunde.

Das Team stellte fest, dass die größten LCOE-Verbesserungen in Klimazonen mit niedrigen durchschnittlichen Außentemperaturen und mittleren bis hohen durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten in den USA erzielt wurden. Sie stellten das Modell in ihrer aktuellen 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 Verwendung der konvektiven Kühlung von Solarmodulen sind das dichte Aneinanderreihen von PV-Modulen und die Berücksichtigung der Windrichtung und Modulneigung.