Comparative Modeling And Validation Of Bifacial Gains In PV Power Plants
2025 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesis
Abstract [en]
As solar PV projects are being developed, bifacial panels, which capture energy from both sides of the modules, have gained attention due to their potential to enhance energy yield. This master thesis research is motivated by the need for more effective modeling tools and better understanding of realworld bifacial performance, with a focus on three case studies: operational PV plants in different regions and with different design parameters. This study aims at addressing the challenges of accurately modeling bifacial performance and identifying key factors that influence bifacial gain. Weather and yield data from bifacial, fixed-tilt PV plants located in Greece, the Caribbean, and South America were collected, processed, and cleaned using various data processing techniques to ensure reliability. PVSyst models for each plant were then developed and refined, using the processed weather data as input, and results were compared with measured yields. Key parameters—such as tilt angle, module height, inter-row distance, and albedo— were analyzed for their impact on bifacial gain, both by comparing the performance of the different plants and through sensitivity analysis within PVSyst when possible. Additionally, a financial analysis was conducted for one of the plants, using business model data to assess the economic feasibility of bifacial technology. The study finds that bifacial gain ranges from 2% to 5% in locations with albedo values between 0,15- 0,20. Height above ground, tilt angle, and inter-row distance are essential factors affecting bifacial gain. The study finds that ideal systems should have a height above ground of at least 1,5 meters, tilt angles greater than 15°, and inter-row distances of 4 to 5 meters for optimal bifacial gain, and of 6,5 meters for optimal LCOE. Additionally, the research demonstrates that bifacial gain varies linearly with albedo. Albedo enhancement solutions can increase bifacial gain by up to 10%, with a payback period of 1,5 years for one of the case studies, though these solutions bring complexities in terms of cost, land impact, and maintenance. The study also finds that PVSyst tends to slightly underestimate bifacial gain, but the overall agreement between the model and measured results remains strong. Finally, bifacial modules provide a competitive advantage by reducing the LCOE compared to monofacial modules, by 6,4% for the project under study, despite their higher initial investment costs. This thesis highlights the importance of accurate data collection, precise modeling, and site-specific optimization in deploying bifacial solar technology. The findings provide valuable insights into the financial and technical feasibility of integrating bifacial modules in future PV projects, contributing to more efficient solar energy generation.
Abstract [sv]
När solenergi-PV-projekt utvecklas har bifaciala paneler, som fångar energi från både sidor av modulerna, fått uppmärksamhet på grund av deras potential att förbättra energiutbytet. Denna masteruppsats är motiverad av behovet av mer effektiva modelleringsverktyg och en bättre förståelse för den verkliga bifaciala prestandan, med fokus på tre fallstudier: operativa PV-anläggningar i olika regioner och med olika designparametrar. Syftet med denna studie är att ta itu med utmaningarna med att noggrant modellera bifacial prestanda och identifiera nyckelfaktorer som påverkar bifacial vinst. Väder- och produktionsdata från bifaciala, fast-tilt PV-anläggningar belägna i Grekland, Karibien och Sydamerika samlades in, bearbetades och rengjordes med olika databehandlingstekniker för att säkerställa tillförlitlighet. PVSyst-modeller för varje anläggning utvecklades och förfinades, med de bearbetade väderdata som indata, och resultaten jämfördes med uppmätta produktioner. Nyckelparametrar som lutningsvinkel, modulhöjd, avstånd mellan rader och albedo analyserades för deras inverkan på bifacial vinst, både genom att jämföra prestandan hos de olika anläggningarna och genom känslighetsanalys inom PVSyst när det var möjligt. Dessutom genomfördes en finansiell analys för en av anläggningarna med hjälp av affärsmodellens data för att bedöma den ekonomiska genomförbarheten av bifacial teknik. Studien finner att bifacial vinst varierar mellan 2% och 5% i områden med albedovärden mellan 0,15 och 0,20. Höjd över mark, lutningsvinkel och avstånd mellan rader är avgörande faktorer som påverkar bifacial vinst. Studien visar att optimala system bör ha en höjd över marken på minst 1,5 meter, lutningsvinklar över 15° och avstånd mellan rader om 4 till 5 meter för optimal bifacial vinst, samt 6,5 meter för optimal LCOE. Dessutom visar forskningen att bifacial vinst varierar linjärt med albedo. Albedo-förbättringslösningar kan öka bifacial vinst med upp till 10%, med en återbetalningstid på 1,5 år för en av fallstudierna, även om dessa lösningar medför komplexiteter när det gäller kostnader, markpåverkan och underhåll. Studien finner också att PVSyst tenderar att något underskatta bifacial vinst, men den övergripande överensstämmelsen mellan modellen och de uppmätta resultaten är stark. Slutligen ger bifaciala moduler ett konkurrensmässigt fördel genom att minska LCOE jämfört med monofaciala moduler, med 6,4% för det projekt som studerades, trots deras högre initiala investeringskostnader. Denna uppsats belyser vikten av noggrann datainsamling, precis modellering och optimering för specifika platser vid implementering av bifacial solenergi. Resultaten ger värdefulla insikter i den finansiella och tekniska genomförbarheten av att integrera bifaciala moduler i framtida PV-projekt och bidrar till en mer effektiv solenergiutvinning.
Place, publisher, year, edition, pages
2025. , p. 99
Series
TRITA-ITM-EX ; 2025:11
Keywords [en]
Solar photovoltaic; Performance analysis; Bifacial modules; Data validation; PV plant modeling
National Category
Energy Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-362557OAI: oai:DiVA.org:kth-362557DiVA, id: diva2:1953046
External cooperation
Akuo Energy
Subject / course
Thermal Engineering
Educational program
Degree of Master
Presentation
2025-02-28, 00:00
Supervisors
Examiners
2025-04-172025-04-172025-04-17Bibliographically approved