OP ZOEK NAAR EFFICIËNTE FOTOVOLTAÏSCHE TEMPERATUURMODELLEN

Anastasios Kladas is doctoraatsstudent bij de onderzoeksgroep Elektrische Energiesystemen en -toepassingen (Electa) aan KU Leuven – Gent, waar hij fotovoltaïsche cellen (PV) bestudeert. Met zijn toegepaste achtergrond, onder andere als elektricien, laat hij een frisse wind waaien binnen het vakgebied. Zo ontwikkelde hij op basis van het temperatuurmodel van zijn begeleider Bert Herteleer een nieuw en efficiënter model waarbij het verschil tussen de gemeten en geschatte temperaturen werd geminimaliseerd.

Het model heeft tot doel om de temperatuur van PV-systemen in te schatten. “Fotovoltaïsche systemen zetten zonne-energie om in elektriciteit,” vertelt Anastasios. “Hoe warmer de zonnepanelen worden, hoe minder efficiënt ze ook zijn. De spanning zakt. Om te weten hoeveel efficiëntie we zullen verliezen, moeten we dus inschatten wat de temperatuur van het paneel zal zijn. Je hebt natuurlijk het weerbericht dat enigszins kan voorspellen hoeveel energie je morgen zal produceren, maar je weet niet welke temperatuur je paneel zal hebben. Een gekalibreerd temperatuurmodel zorgt ervoor dat we dit wel kunnen inschatten.”

Uniek aan Anastasios’ versie van het model is het gebruik van de windrichting. Dat wind de PV-modellen kan afkoelen, spreekt voor zich. “De hoek van waaruit de wind het model raakt, heeft echter ook een invloed op de koeling. Zeker als er objecten rondom staan,” voegt Anastasios eraan toe. “Waar je je sensor plaatst, is dus van belang. Met mijn methode kan ik voor ieder fotovoltaïsch systeem apart zien welke windrichtingen voor de beste en welke voor de slechtste koeling zorgen.”

Anastasios houdt van eenvoud. Daarom heeft hij het originele kalibratieproces van Bert versimpeld.

Daarbij scoorde hij tot 40% betere resultaten. De Mean Absolute Error (MAE) werd gereduceerd tot 0.29° in vergelijking met voorgaande methodes. In zijn recentste publicatie heeft hij het model trouwens nog verder geoptimaliseerd.

Alchemie achterna

Een ‘side quest’, zo noemt Anastasios zijn papers over temperatuurmodellen. Want ze wijken af van zijn eigenlijke doctoraatsonderzoek: daarin analyseert hij de aftakeling van PV-systemen met behulp van een combinatie van photovoltaïcs en AI. In het kader van dat onderzoek maakte hij een digitaal model dat zich gedraagt als een fotovoltaïsch systeem in zijn eerste levensjaar. Gedurende dat eerste jaar krijgt het PV-systeem het huidige weer als input. Op zijn beurt geeft het systeem een output van het eerste jaar gebaseerd op die weersomstandigheden. Op basis van de output ziet Anastasios de tendens van de aftakeling van het systeem, die hij dan weer gebruikt om de efficiëntie van het systeem in de komende jaren te voorspellen. Hoe langer het systeem loopt, des te accurater de voorspellingen zullen zijn. Output die afwijkt van voorspellingen isoleert hij en worden ingegeven in machine learning-algoritmes. Daarop worden ze gekarakteriseerd en vervolgens gecategoriseerd.

Die afwijkingen kunnen er om verschillende redenen zijn, zo kan een defecte kabel bijvoorbeeld voor fouten zorgen. De categorisatie helpt om de degradatie van PV-systemen in beeld te brengen.

De papers over de temperatuurmodellen mogen dan wel een zijsprong zijn van zijn doctoraatsonderwerp, bijkomstig zijn ze niet. Ze krijgen online veel aandacht van de PV-gemeenschap. De code van het model is beschikbaar op het platform GitLab en werd al meermaals geraadpleegd en gebruikt. “Het is net zoals de alchemisten die de chemische samenstelling zochten om goud te maken, maar in de plaats daarvan alcohol vonden,” knipoogt Anastasios.

Eenvoud werkt

Anastasios zit momenteel in het derde jaar van zijn doctoraat. Vóór hij promoveert wil hij nog papers publiceren en online tools maken gebaseerd op zijn onderzoek, zodat een breed publiek er gebruik van kan maken … Photovoltaics toegankelijk maken: dat is zijn ambitie. “Zonnepanelen moeten in het bereik komen van iedereen. Hoe de panelen geïnstalleerd zullen worden, hoeveel het zal kosten en hoeveel het zal opbrengen, welke omvormer nodig is … al deze informatie is nu niet toegankelijk, maar zou dat wel moeten zijn als we iets willen bereiken op grote schaal. Mijn motto is: maak simpele dingen die werken.” Anastasios’ toekomst ligt nog niet vast, maar een ding is zeker: zijn blik is gericht op oneindig.

-Hanne De Coene

 https://iiw.kuleuven.be/ onderzoek/electaghent