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Research unit
SFOE
Project number
SI/502711
Project title
ALIENCE – Platform Alpine PV Competence

Texts for this project

 GermanFrenchItalianEnglish
Publications / Results
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Final report
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Inserted texts


CategoryText
Publications / Results
(English)
Final report
(German)

Im Jahr 2022 hat das Schweizer Parlament eine befristete Änderung des Energiegesetzes eingeführt, die eine einmalige Förderung von bis zu 60 % der Investitionskosten für große Photovoltaikanlagen ermöglicht. Die Subventionen unterliegen technischen Anforderungen wie einer Mindestleistung von 500 kWh/kWp in der Wintersaison (Oktober bis März), die in der Regel nur von PV-Anlagen in der Alpenregion der Schweiz erreicht wird. Die Änderungen des Energiegesetzes waren bis 2025 befristet.

Die Einführung der neuen Förderregelung löste eine Vielzahl von Photovoltaikprojekten in den Alpen aus. Die Realisierung von PV-Anlagen in den Alpen stellt jedoch im Vergleich zu Anlagen im Schweizer Mittelland eine besondere Herausforderung dar. In den Alpen sind die Windlasten höher, es kommt zu Schneeverwehungen, die Temperaturzyklen sind schneller, die Temperaturschwankungen größer und gleichzeitig ist die Einstrahlung energiereicher UV-Strahlung erhöht. Dies führt zu zusätzlichen Anforderungen an die Modulkonstruktion, die Tragkonstruktion, die Systemtechnik, die Wartung und den Betrieb solcher Anlagen.

Aufgrund des Mangels an Wissen und des Zeitdrucks bei der Umsetzung der alpinen Projekte war es das Ziel dieses Projekts, die Umsetzungspartner zu unterstützen, indem alle verfügbaren Daten gesammelt, die Informationen zusammengetragen, an einem Ort verfügbar gemacht und offene Forschungsfragen beantwortet werden sollten.

Im Rahmen des Projekts fanden zahlreiche Gespräche mit den Umsetzungspartnern statt, beispielsweise über die am besten geeigneten Module, mögliche neue Degradationseffekte, die Anforderungen an die Unterkonstruktionen und die Auswirkungen hoher Einstrahlungswerte auf die Sicherheit und Langlebigkeit der Anlage. Es hat sich gezeigt, dass die erfolgreiche Realisierung und der Betrieb von PV-Anlagen in den Alpen nicht nur von der richtigen Auswahl der PV-Komponenten abhängen, sondern vor allem von der Art und Weise, wie das Projekt durchgeführt und organisiert wird. Eine enge Zusammenarbeit und ein intensiver Informationsaustausch zwischen den verschiedenen Umsetzungspartnern, Behörden und Forschungspartnern sind von großer Bedeutung.

Hohe Vorlaufkosten (z. B. für Montagesysteme, Logistik, Netzanschluss und sich ständig ändernde Dokumentationsanforderungen) müssen oft schon vor einer Bauentscheidung getragen werden, was ein finanzielles Risiko darstellt und zu möglichen Projektstornierungen führen kann. Die anhaltende Unsicherheit darüber, ob Projekte tatsächlich realisiert werden, hat die projektübergreifende Zusammenarbeit geschwächt und den Fokus von der Kooperation auf die Minimierung der Planungskosten verlagert.

Im Rahmen dieses Projekts wurde eine Webseite (https://alpine-pv.ch/) für die schnelle Verbreitung von Wissen über alpine PV-Anlagen erstellt, die einen Kartenbereich mit allen alpinen PV-Anlagen in der Schweiz enthält, einschließlich derjenigen, die sich in der Planungsphase befinden, im Bau sind oder verworfen wurden [1]. Die wichtigsten technischen Daten und Fotos wurden aus verschiedenen öffentlichen Quellen, wie z. B. Pressemitteilungen, zusammengetragen.

Diese Webseite ermöglicht statistische Analysen zum Projektstatus und zu den Kosten und bietet eine umfassende Sammlung von Wissen über alpine PV-Anlagen, einschließlich der im Rahmen des Projekts erzielten Ergebnisse.

Im Rahmen des Projekts wurden Workshops mit Umsetzungspartnern organisiert, die zum Informationsaustausch beitrugen und von den Teilnehmern gut angenommen wurden.

Die Realisierung von PV-Anlagen in den Alpen scheint machbar, wenn hohe Investitionskosten in Kauf genommen werden. Allerdings bleiben einige technische Herausforderungen und Fragen offen. Die hohe UV-Strahlung in den Alpen dürfte zu einer höheren Degradationsrate im Vergleich zu Anlagen im Schweizer Mittelland führen, und kurzfristige hohe Einstrahlungswerte, die weit über den üblichen Werten liegen, können unter bestimmten Umständen zu Wechselrichterausfällen oder möglichen Sicherheitsrisiken führen.

Final report
(English)

In 2022, the Swiss Parliament introduced a temporary amendment to the Energy Act, allowing for a one-time subsidy of up to 60% of the investment costs for large photovoltaic systems. Subsidies are subject to technical requirements such as a minimum power yield of 500 kWh/kWp in the winter season (October to March), a level typically only achieved by PV systems in the Alpine region of Switzerland. The amendments to the Energy Act were limited until 2025.

The introduction of the new subsidy scheme initiated a lot of alpine photovoltaic projects. However, the realization of alpine PV plants faces a special challenge compared to plants on the Swiss Plateau. In the Alps, wind loads are higher, snow drifts occur, temperature cycles are faster, temperature amplitudes are larger, and at the same time, the irradiation of energy-rich UV light is increased. This results in additional requirements for the module design, the supporting structure, the system technology, the maintenance and the operational management of such systems.

Due to the lack of knowledge and the time pressure for realizing the alpine projects, the objective of this project was to support implementation partners by collecting all available data, bringing together the information, making the information available at one point and answering open emerging research questions.

In the project numerous discussions with implementation partners took place, for instance about the best suited modules, possible new degradation effects, about the requirements for the sub-constructions, and the effect of high irradiance levels on the safety and longevity of the system. It has been found that the successful realization and operation of alpine PV systems depend not only on the correct selection of PV components, but above all on the way the project is carried out and organised. Close collaboration and information exchange between different implementation partners, authorities, and research partners is of high importance.

High upfront costs (e.g. mounting systems, logistics, grid connection, and evolving documentation requirements) often must be incurred before a construction decision is made, creating financial risk and leading to potential project cancellations. Ongoing uncertainty about whether projects will proceed has weakened cross-project collaboration, shifting the focus from cooperation toward minimizing planning costs.

In this project, a webpage (https://alpine-pv.ch/) was created for a fast dissemination of knowledge around alpine PV systems featuring a map section showing all alpine PV plants in Switzerland, including those in the planning stage, under construction, or discarded [1]. The most important technical data and photos were collected from various public sources, such as press releases.

This webpage allows statistical analyses of project status and costs and provides a comprehensive collection of knowledge on alpine PV systems, including results generated within the project.

As part of the project, workshops were organised with implementation partners, which contributed to an exchange of information and were well received by the participants.

The realization of alpine PV systems seems feasible, when high investment costs are accepted. However, some technical challenges and questions remain. The high UV radiance in the alps is expected to result in a higher degradation rate compared to systems in the Swiss Plateau, and short-term high irradiation values that exceed the usual values by far may lead to inverter failures or possible safety risks under certain circumstances.



Main findings/results («Take-Home Messages»)

  • The key point of the project is that a broad variety of information concerning alpine PV-Systems is provided at one single point with the webpage https://alpine-pv.ch/. Moreover, the implementation of alpine PV systems was supported by technical discussions bringing in the joint expertise in photovoltaics of the four involved Universities of Applied Sciences and all the actors contacted during this project. Even though the focus was not on technical research, new technical findings have been accomplished within the framework of this project, for instance concerning module requirements for alpine systems.
  • In principle, the technical challenges posed by alpine facilities can be overcome; however, in some cases at very high cost. Typical costs for the alpine systems are in the range of 2500 to 5000 CHF/kWp. It remains to be seen whether the facilities will be durable under alpine conditions and how high the maintenance costs will be.
  • Due to the high costs and the resulting low returns, uncertainties in project development are particularly critical. There are reports of certain projects, particularly during the planning phase, where changing and growing requirements on the part of the authorities have led to projects being abandoned for risk reasons.
  • The increased irradiation and UV levels in the Alps, compared to the Swiss Plateau, highlight the importance of UV resistance of PV modules and their materials. UV ageing tests conducted in this project reveal that current alpine-related modules exhibit significant UV-induced degradation of solar cells. While an outdoor observation supports these results, additional outdoor performance studies are necessary to strengthen the laboratory outcomes.
  • Bifacial irradiation reaches up to 2.4 kW/m². None of the plant operators contacted take this into account in their inverter design. This systematically violates installation and safety standards. At this point in time, it is not yet possible to say whether the standards are too strict or the plant design is incorrect. The issue has been raised in the relevant standards committee (IEC TC 82) and will be discussed in the future.
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Final report
(French)

Le 30 septembre 2022, le Parlement suisse a approuvé le soutien à l'installation de grandes centrales photovoltaïques et a mis en place une subvention pour celles-ci, avec une rétribution unique pouvant atteindre 60 % des coûts d'investissement. Les subventions sont liées à des exigences relatives aux systèmes, telles qu'un rendement électrique spécifique de 500 kWh/kWc durant le semestre hivernal (octobre-mars). En Suisse, ceci peut être atteint uniquement par des systèmes photovoltaïques situés dans la région alpine. Ces modifications de la loi sur l'énergie étaient limitées à fin 2025.

L’introduction de ces nouvelles subventions a initiée de nombreux projets photovoltaïques alpins. Cependant, leur réalisation pose des défis particuliers comparés aux centrales situées sur le Plateau suisse. Dans les Alpes, les charges de vent sont plus élevées, des congères se forment, les cycles de température sont plus rapides et leurs amplitudes plus importantes. En même temps, le rayonnement UV, riche en énergie, est plus intense. Il en résulte des exigences supplémentaires quant à la conception des modules et de la sous-construction, à l’ingénierie des systèmes, à la maintenance et à la gestion opérationnelle de ces installations.

En raison du manque de connaissances et de la pression temporelle pour la réalisation des projets alpins, l'objectif de ce projet était de soutenir les partenaires de mise en œuvre en collectant toutes les données disponibles, et en les rassemblant et les rendant disponibles en un seul endroit, ainsi qu’en répondant aux questions de recherche ouvertes qui se posaient.

Dans le cadre du projet, de nombreuses discussions ont eu lieu avec les partenaires chargés de la mise en œuvre, notamment sur les modules les mieux adaptés, les nouveaux effets de dégradation possibles, les exigences relatives aux sous-constructions ainsi que sur l’effet des niveaux d'irradiance élevés sur la sécurité et la longévité du système. Il a été constaté que la réussite de la réalisation et de l'exploitation des systèmes photovoltaïques alpins dépend non seulement du choix correct des composants photovoltaïques, mais en grande partie aussi de la manière dont le projet est mené et organisé. Par exemple, une collaboration étroite et un échange d'informations entre les gestionnaires des projets, les autorités et les partenaires de recherche sont de grande importance.

Des coûts initiaux élevés (dus, par exemple, aux systèmes de montage, à la logistique, au raccordement au réseau et à l'évolution des exigences en matière de documentation) doivent souvent être engagés avant qu'une décision de construction ne soit prise, ce qui crée un risque financier et peut entraîner l'annulation du projet. L'incertitude persistante quant à la poursuite des projets a affaibli la collaboration entre les projets, déplaçant l'accent mis sur la coopération vers la minimisation des coûts de planification.

Dans le cadre de ce projet, une page web (https://alpine-pv.ch/) a été créée afin de diffuser rapidement les connaissances acquises. Elle comprend une carte indiquant toutes les centrales photovoltaïques alpines en Suisse, y compris celles en phase de planification, en construction ou abandonnées [1]. Les données techniques les plus importantes et des photos ont été recueillies à partir de diverses sources publiques, telles que des communiqués de presse. La page web permet aussi d'effectuer des analyses statistiques sur l'état d'avancement des projets et leurs coûts, et comprend une vaste collection d'informations sur les systèmes photovoltaïques alpins, y compris les résultats obtenus au cours du projet.

Dans le cadre du projet, des ateliers ont été organisés avec les partenaires de mise en œuvre, ce qui a contribué à l'échange d'informations et a été apprécié par les participants.

D’après ces résultats, la réalisation de systèmes photovoltaïques alpins est faisable, à condition d'accepter des coûts d'investissement élevés. Cependant, certains défis techniques et certaines questions demeurent. Le rayonnement UV élevé dans les Alpes semble entraîner un taux de dégradation plus important que celui des systèmes installés dans le Plateau suisse, et des valeurs d'irradiation ponctuellement élevées, dépassant de loin les valeurs habituelles, pourraient entraîner des pannes d'onduleurs ou présenter des risques pour la sécurité dans certaines circonstances.