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Unité de recherche
OFEN
Numéro de projet
SI/502408
Titre du projet
ASSURED-PV – Assessing uncertainties and risks in photovoltaic plant performance and operation

Textes relatifs à ce projet

 AllemandFrançaisItalienAnglais
Description succincte
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Textes saisis


CatégorieTexte
Description succincte
(Anglais)
Switzerland should multiply its photovoltaic (PV) capacity by at least 10 times over the next 30 years to meet 2050 Energy Strategy targets, and accurate performance assessment and optimized design practices are essential to maximize yield of these plants. ASSURed PV addresses these challenges in the context of the Swiss market, which is unique in that it is composed mostly of building applied and integrated PV (BAPV and BIPV).
Publications / Résultats
(Allemand)
Der Ausbau von Photovoltaik und Elektromobilität erfordert robuste Stromverteilnetze. Teurer Netzausbau lässt sich vermeiden, wenn Spitzenbelastungen der Verteilnetze als Folge hoher Verbräuche oder dezentraler Einspeisung möglichst gering gehalten werden. Ein Pilotprojekt der Elektrizitätswerke des Kantons Zürich (EKZ) und der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich in der Gemeinde Winkel (ZH) hat beispielhaft untersucht, wie sich Stromspitzen in Verteilnetzen mit Hilfe finanzieller Anreize oder einem intelligenten direkten Lastmanagement brechen lassen.
Documents annexés
Publications / Résultats
(Anglais)
Quest H, Ballif C, Virtuani A. Intrinsic performance loss rate: Decoupling reversible and irreversible losses for an improved assessment of photovoltaic system performance. Prog Photovolt Res Appl. 2024; 1-16. doi:10.1002/pip.3829

Quest H, Ballif C, Virtuani A. Multi-Annual Year-on-Year: Minimising the Uncertainty in Photovoltaic System Performance Loss Rates. Prog Photovolt Res Appl.  2024; 0:1–14. https://doi.org/10.1002/pip.3855  

Quest H, Ballif C, Virtuani A. Towards a Robust Performance Loss Rate Estimate: Minimising the Uncertainty in the Analysis of Photovoltaic System Degradation. Poster at 40th European Photovoltaic Solar Energy Conference (EU PVSEC), September 2023 10.13140/RG.2.2.32771.89126
Publications / Résultats
(Français)
Le développement du photovoltaïque et de la mobilité électrique nécessite des réseaux de distribution d’électricité robustes. Un aménagement coûteux du réseau peut être évité à condition de maintenir le niveau des charges de pointe des réseaux de distribution dues à une consommation élevée ou à une alimentation décentralisée aussi bas que possible. Dans la commune de Winkel (ZH), un projet pilote des gestionnaires de réseau de distribution du canton de Zurich (EKZ) et de l’École polytechnique fédérale (ETH) de Zurich a étudié à titre d’exemple comment briser les pics de puissance dans les réseaux de distribution à l’aide d’incitations financières ou d’une gestion intelligente et directe de la charge.
Documents annexés
Rapport final
(Allemand)

Die Schweiz will in den nächsten 30 Jahren 30 bis 40 GWp an Photovoltaikleistung installieren, um die Ziele der Energiestrategie 2050 zu erreichen. Dieses Ziel wird durch die Verbreitung kleiner und mittlerer Wohn- und Gewerbeanlagen erschwert, die im Vergleich zu größeren Energieversorgungsanlagen ein höheres Risiko der Degradation und eine begrenzte Datenqualität aufweisen. Diese Arbeit zielt darauf ab, die Leistung von PV-Anlagen in der gebauten Umwelt in der Schweiz aus zwei Blickwinkeln zu bewerten: (1) Identifizierung von reversiblen und nicht-reversiblen Verlusteffekten und deren Auswirkungen auf die Systemgesundheit und (2) Entwicklung neuer datenbasierter Methoden zur Bestimmung der langfristigen Leistung von PV-Anlagen mit minimaler Unsicherheit. Dieser Prozess zielt darauf ab, die Auslegung von PV-Anlagen zu optimieren und dadurch die Energieausbeute zu erhöhen und dazu beizutragen, die Energieziele der Schweiz für 2050 zu erreichen. Es wurde ein Algorithmus zur Fehlererkennung und -diagnose (FDDA) entwickelt und anhand der erfassten Datensätze validiert, der erfolgreich Teilabschattungen, Schnee und Ausfallverluste identifiziert. Parallel dazu wurde eine Alternative zur gebräuchlichsten statistischen Methode der Leistungsverluste (year-on-year (YoY)) entwickelt, nämlich die multi-annual year-on-year (multi-YoY), die sowohl die Genauigkeit als auch die Präzision bei langfristigen Leistungsbewertungen verbessert.

Rapport final
(Anglais)

Switzerland aims to install 30 to 40 GWp of photovoltaic capacity in the next 30 years to meet Energy Strategy 2050 targets. This goal is complicated by the prevalence of small- and medium-scale residential and commercial systems, which face higher risks of degradation and have limited data quality compared to larger utility-scale systems. This work aims to evaluate the performance of PV systems in the built environment in Switzerland through two lenses: (1) identifying reversible and non-reversible loss effects and their impact on system health, and (2) developing new data-based methodologies to determine PV system long-term performance with minimal uncertainty. This process aims to optimise PV system design, thereby increasing energy yield and helping to meet Switzerland's 2050 energy targets. A fault detection and diagnosis algorithm (FDDA) was developed and validated using the acquired datasets, successfully identify partial shading, snow and downtime losses. In parallel, an alternative to the most common performance loss rate statistical method (the year-on-year (YoY)) was developed, the multi-annual year-on-year (multi-YoY), which improves both accuracy and precision in long-term performance assessments.

Main findings («Take-Home Messages»)

  • A large representative dataset of BAPV and BIPV systems in Switzerland was collected and analysed, focusing on improving our understanding and optimising PV system performance in the built environment. The project successfully identified key loss patterns and their effect on system reliability, highlighting the importance of planning and maintenance to reach the Swiss 2050 Energy Strategy targets.
  • The combination of fault detection methods with long-term performance data analytics brings many interesting insights regarding the reliability of PV systems. The double approach enables the decoupling of intrinsic and extrinsic performance loss effects. The results highlight the importance of considering loss factors when analysing PV system data, as they can cause significant biases in the final PLR value.
  • The multi-YoY approach, proposed as an alternative to the standard YoY method for evaluating PLRs, demonstrates enhanced accuracy and precision, particularly effective for linear performance loss trends. The primary benefit of the multi-YoY method lies in its ability to minimize uncertainty, achieving significantly narrower confidence intervals (reduced by one order of magnitude) compared to the traditional YoY method.

This work establishes the tools and methodology needed to streamline the analysis of long-term PV plant performance with increased accuracy and precision. These tools enhance the statistical significance of such analyses, as well as the general understanding of loss mechanisms in PV systems, creating a positive feedback loop that improves the design phase for the next generation of PV systems.

Documents annexés
Rapport final
(Français)

La Suisse vise à installer 30 à 40 GWp de capacité photovoltaïque au cours des 30 prochaines années afin d'atteindre les objectifs de la stratégie énergétique 2050. Cet objectif est compliqué par la prévalence des systèmes résidentiels et commerciaux de petite et moyenne taille, qui sont confrontés à des risques de dégradation plus élevés et pour lesquels la qualité des données est limitée par rapport aux systèmes de plus grande taille utilisés par les services publics. Ce travail vise à évaluer la performance des systèmes photovoltaïques dans l'environnement bâti en Suisse sous deux angles : (1) l'identification des effets de perte réversibles et non réversibles et leur impact sur la santé du système, et (2) le développement de nouvelles méthodologies basées sur des données pour déterminer la performance à long terme des systèmes photovoltaïques avec un minimum d'incertitude. Ce processus vise à optimiser la conception des systèmes photovoltaïques, augmentant ainsi le rendement énergétique et contribuant à atteindre les objectifs énergétiques de la Suisse pour 2050. Un algorithme de détection et de diagnostic des défauts (FDDA) a été développé et validé à l'aide des ensembles de données acquises, identifiant avec succès l'ombrage partiel, la neige et les pertes de temps d'arrêt. Parallèlement, une alternative à la méthode statistique de taux de perte de performance la plus courante (le year-on-year (YoY)) a été développée, le multi-annual year-on-year (multi-YoY), qui améliore à la fois l'exactitude et la précision des évaluations de performance à long terme.