Projekttitel: Advance Degradation Modelling of Photovoltaic Modules and Materials!
Projektleitung: Austrian Institute of Technology
Förderschiene: Energieforschungsprogramm
Fördergeber Österreich: FFG
Projektdauer: 01/2021 bis 12/2022
Wissenschaftliche Partner:
- Polymer Competence Center Leoben
- FH Technikum Wien
- OFI Österreichisches Forschungsinstitut für Chemie u. Technik
- Silicon Austria Labs
Firmenpartner:
Projektbeschreibung:
Durch den großen zeitlichen und apparativen Aufwand für Zuverlässigkeitsprüfungen von Photovoltaik (PV) Modulen besteht in der PV Community seit jeher das Bestreben, Lebensdauer-abschätzung basierend auf einer Extrapolation der Mess- und Charakterisierungsdaten aus beschleunigten Alterungstests bzw. Modellierungen erzielen zu können.
Das geplante Projektvorhaben ADVANCE! wird sich mit dem Potential von innovativen und komplexen statistischen und Machine Learning Datenverarbeitungsmethoden zur digitalen Analyse und verbesserten Modellierung des zeit- und stressabhängigen Leistungsverhaltens (Degradation und Zuverlässigkeit) von PV-Modulen befassen.
Die vorgeschlagene Forschung wird sich auf datenwissenschaftliche Ansätze zum Verständnis von Materialdegradationen konzentrieren. Quantitative Auswertealgorithmen von spektroskopischen und kennlinienbasierten Daten und innovative Bildanalysen werden entwickelt, um den daraus ablesbaren Materialabbau in Abhängigkeit bestimmter Belastungs-(Stress-)faktoren in Zahlen beschreiben zu können (Digitalisierung der Bild-, Spektral- und Kennlinieninformationen). Mithilfe eines Materialwissenschaftlichen Ansatzes, der statistische Analysen verwendet, sollen die mechanistischen Abläufe/Pfade der Degradation (Degradation Network Pathways) für die in PV-Modulen verbauten Materialien entwickelt werden (Network Structural Equation Modeling netSEM). Pfaddiagramme (Pathway Diagrams) sollen die Auswirkungen von Stressfaktoren und Materialieneigenschaften auf die PV-Moduldegradation und den Leistungsverlust visualisieren; die dahinterliegenden mathematischen Zusammenhänge werden die Effekte digital beschreibbar machen.
Basierend auf
- Charakterisierungsdaten von PV-Materialien/Komponenten/Modulen, die vor, während und nach beschleunigten Alterungstests (aus dem Projekt INFINITY) zum Materialabbau ermittelt wurden und
- Messdaten aus im Feld gealterten Modulen
können Vorhersagen zur Lebensdauer von PV-Modulen (Multi-Material-Verbunden) unter den unterschiedlichsten Einsatzbedingungen getroffen werden. Diese prädiktiven Modelle werden auch für die Erarbeitung von Verbesserungsvorschlägen im Fertigungsprozess und von vorausschauenden Instandhaltungsmaßnahmen (predictive maintenance) verwendet.
Dieses hochgradig interdisziplinäre Forschungsvorhaben soll neue Wege in der digitalen Analyse des Langzeit- und Degradationsverhaltens von PV-Modulen erschließen und die Grundlagen für zukünftige hocheffiziente Materialentwicklungen für PV und prädiktive Instandhaltungsvorgaben für PV-Anlagen darstellen.
Als Datengrundlage soll vor allem die im Leitprojekt INFINITY generierte Datenbasis genützt werden: umfangreiche Mess- und Charakterisierungsdaten hunderter Mustermodule, die genau definierten beschleunigten Alterungsszenarien unterzogen wurden. Diese bestehenden Daten-Zeitreihen multipler Charakterisierungsmethoden - im Bedarfsfall durch weitere Testreihen und durch die Einbeziehung von Literaturdaten ergänzt - werden für die Ableitung interner kausaler Zusammenhänge genützt, wobei der Fokus auf Korrelationen zwischen Alterung von Materialien bzw. Materialverbunden und der elektrischen Modulleistung liegt.
