Wenn die Sonne auf die Wissenschaft trifft - Die Rolle der PV-Überwachung in der angewandten Forschung

Die Grenze zwischen technologischer Innovation und angewandter Forschung wird in der heutigen Energielandschaft immer dünner. Ein konkretes Beispiel sind zwei experimentelle Projekte, bei denen die Tigo-Technologie zur Erfassung hochauflösender Leistungsdaten auf Modulebene eingesetzt wird. Diese Projekte werden von Energy4Climate (E4C) gefördert, wobei eines im SIRTA-Atmosphärenobservatorium (Site Instrumental de Recherche par Télédétection Atmoshpérique) in der Region Paris und das andere auf dem Campus der Universität von Französisch-Polynesien (UPF) installiert ist.

Das Energy4Climate Center des Institut Polytechnique de Paris versammelt fast 30 Labors, die an vier übergreifenden Themen arbeiten, um die Treibhausgasemissionen zu reduzieren, die Energieeffizienz zu verbessern, erneuerbare Energien einzusetzen und entsprechende energiepolitische Maßnahmen vorzuschlagen. E4C entwickelt Plattformen und Demonstratoren, um unter realen Bedingungen Methoden, Management- und Modellierungslösungen zu testen. E4C wird vom ^3. Programm für Zukunftsinvestitionen (ANR-18-EUR-0006-02) unterstützt, und die beiden nachstehenden Projekte werden von der Stiftung der Ecole polytechnique (Forschungslehrstuhl "Défis Technologiques pour une Énergie Responsable" oder "Technologische Herausforderungen für verantwortungsvolle Energie", finanziert von TotalEnergies) mitfinanziert.

Projekt Nr. 1 - Vier PV-Technologien auf dem Prüfstand in Tahiti

Das erste der beiden Projekte findet auf dem UPF-Campus in Tahiti statt, einer tropischen Umgebung mit besonders schwierigen Bedingungen: starke Winde, geringe saisonale Niederschläge und ein hohes Risiko von Staub- und Schmutzansammlungen auf den PV-Modulen.

Die Anlage umfasst sowohl monofaciale als auch bifaciale PV-Module, was eine vergleichende Analyse ihrer Leistung unter ähnlichen Umweltbedingungen ermöglicht. Der bifaciale Teil der Anlage umfasst Module verschiedener Hersteller, was die Bewertung verschiedener Technologien und Designs in Bezug auf Energieertrag, Zuverlässigkeit und Reaktion auf unterschiedliche Bedingungen ermöglicht. Tigo TS4-Optimierer wurden installiert, um die Leistung jedes einzelnen Moduls - Spannung, Leistung und Strom - zu überwachen und die Daten über API an die datahub-Analyseplattform des E4C zu übertragen.

Ziel ist es, die Auswirkungen der Umweltbedingungen auf jeden Modultyp genau zu analysieren. Um das Bild zu vervollständigen, liefert ein fortschrittliches Umweltüberwachungssystem Bestrahlungs- und Temperaturdaten für jeden Abschnitt und ermöglicht so eine äußerst genaue Queranalyse.

Projekt #2 - Agrivoltaik und bifaziale Module: Synergien zwischen Kulturpflanzen und PV in Frankreich

Die zweite Anlage ist bei SIRTA untergebracht, einem der führenden europäischen Atmosphärenobservatorien, das mit mehr als 200 Instrumenten die Atmosphäre kontinuierlich überwacht. Die Anlage ist Teil des Projekts AgriPV-ER, das zum Pôle National de Recherche sur l'Agriphotovoltaïsme (oder " Nationales Forschungszentrum für Agrivoltaik") des INRAE gehört. Das Projekt wird von France 2030 und vom PEPR TASE (22-PETA-0007) unterstützt.

Dieses Projekt befasst sich mit der Integration von Landwirtschaft und Photovoltaik. In Palaiseau, innerhalb des SIRTA-Observatoriums, kombiniert ein agrivoltaisches System den Anbau von Alfalfa und Weizen mit der Installation von bifazialen PV-Modulen über den Kulturen. Mehr als 50 Instrumente werden eingesetzt, um meteorologische, Boden-, Strahlungs- und PV-Zustandsgrößen zu überwachen.

Auch hier ermöglichen die Optimierer von Tigo TS4 die Erfassung detaillierter Daten auf Modulebene, die für die Analyse und Modellierung der Wechselwirkung zwischen den Wachstumszyklen der Pflanzen und der Energieleistung der PV-Anlage unerlässlich sind.

Eines der interessantesten Ergebnisse der Studie betrifft die jahreszeitlichen Schwankungen der Albedo, d. h. die Fähigkeit des Bodens (oder in diesem Fall der Vegetation), Sonnenlicht zu reflektieren. In den milderen Jahreszeiten - und insbesondere zwischen Ende März und Anfang April 2025 - gab es einen deutlichen Anstieg der Zurückgewonnene Energie von den Optimierern, verursacht durch die ungleichmäßige Albedo, die durch die Vegetationsdecke und die Abschattung einiger PV-Module durch die eingesetzten Instrumente entsteht. Während dieses Zeitraums erreicht das Pflanzenwachstum seinen Höhepunkt und beschattet den Boden vollständig: Die unterschiedlichen Blattfarben und die ungleichmäßige Verteilung führen zu ungleichmäßigen Lichtreflexionen, wodurch die Rolle des Optimierers noch wichtiger wird - nicht nur für die Leistungsüberwachung, sondern auch für die Maximierung der Energieproduktion durch die Verringerung der Auswirkungen der Fehlanpassung.

Wenn die Pflanzen zu welken beginnen, verändern sich ihre Farbe und die Albedo nimmt allmählich ab, was sich unweigerlich auf den Ertrag der bifacialen Module auswirkt. In den Wintermonaten hingegen kommt es zu vereinzelten Albedo-Spitzen durch kurze Schneeereignisse, aber die Gesamtproduktion bleibt aufgrund der ungünstigen Witterungsbedingungen geringer.

Es ist auch erwähnenswert, dass sich die Anlage in einem Gebiet mit regnerischem, häufig bewölktem Klima befindet, was zu natürlichen Schwankungen in der Produktion aufgrund der Bewölkung führt. Dank der Leistungselektronik von Tigo wird nicht nur maximale Energie unter allen Bedingungen gewährleistet, sondern diese Schwankungen können auch mit hoher Präzision überwacht werden - so werden selbst komplexe und variable Umweltbedingungen in wertvolle Daten zur Optimierung der Systemeffizienz umgewandelt.

Die Rolle der Tigo-Technologie in der wissenschaftlichen Forschung

"Die Optimierer von Tigo TS4 liefern die Werte, die wir benötigen, um die Leistung jedes einzelnen Moduls als Teil eines viel größeren Systems zu untersuchen", sagte Moira Torres, Post-Doktorandin am GeePs-Labor (Laboratoire de Génie Electrique et Electronique de Paris), das zu CentraleSupélec gehört. "Dadurch können wir besser verstehen, wie die Module auf unterschiedliche Umweltbedingungen reagieren und die Produktionsprognosen verbessern. Die von den Tigo-Optimierern extrahierten Daten werden mit Hilfe von Energy Intelligence verarbeitet und visualisiert. Energy Intelligence Plattform verarbeitet und visualisiert werden, werden in Kombination mit Umweltdaten nicht nur zur Validierung bestehender Modelle, sondern auch zur Entwicklung neuer Modelle verwendet."

Schlussfolgerung - Daten als Motor der Innovation

Diese Projekte sind eine wichtige Bestätigung: Die von der Tigo-Technologie gelieferten Daten unterstützen nicht nur den täglichen Betrieb von PV-Anlagen, sondern werden auch zu einem wichtigen Instrument für die wissenschaftliche Forschung. In sehr unterschiedlichen Kontexten - vom tropischen Klima bis hin zu europäischen Agrarlandschaften - erweist sich die Optimierung auf Modulebene als wesentlich für das Verständnis, die Vorhersage und die Verbesserung der Leistung der Photovoltaikanlagen der Zukunft.

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