Organic solar cells have shown a considerable performance evolution during the last years. This technology has been mostly tested under laboratory conditions using small area devices. In this work, the outdoor photovoltaic performance of large-area commercial OPV modules was evaluated under real outdoor conditions. Specifically, we evaluate the influence of temperature and irradiation on the performance of two OPV modules, subjected to more than 160 experiments in which their current-voltage curves were recorded together with ambient conditions, in an experimental campaign lasting over six months. Furthermore, we complement the study by providing a comparison with two already established technologies in the sector: monocrystalline silicon and CIS modules. The results present that OPV photovoltaic performance is stable and competitive. OPV modules operate at much lower temperature thanks to its lower thermal mass, resulting in an outdoor performance much closer to STC. Irradiance affects OPV modules similarly to other technologies, while temperature cause a greater negative effect on SC current, practically any effect on OC voltage and a interesting positive affect on FF. As consequence, normalized MPP power is comparable to the other two technologies and normalized PCE is greater during diffuse conditions. Furthermore, we show the photovoltaic parameters through maps, to graphically visualize their behavior in an broad range of external conditions. This work presents reliable information concerning OPV technology performance under real outdoor operation conditions, being this crucial to identify competitive advantages of this technology and the aspects to be improved.

Le celle solari organiche hanno mostrato una notevole evoluzione delle prestazioni negli ultimi anni. Questa tecnologia è stata per lo più testata in condizioni di laboratorio utilizzando dispositivi di piccola area. In questo lavoro, sono state valutate le prestazioni fotovoltaiche esterne dei moduli OPV commerciali di grandi dimensioni in condizioni esterne reali. Nello specifico, valutiamo l'influenza della temperatura e dell'irraggiamento sulle prestazioni di due moduli OPV, sottoposti a più di 160 esperimenti in cui sono state registrate le loro curve corrente-tensione insieme alle condizioni ambientali, in una campagna sperimentale della durata di oltre sei mesi. Inoltre, integriamo lo studio fornendo un confronto con due tecnologie già affermate nel settore: silicio monocristallino e moduli CIS. I risultati mostrano che le prestazioni fotovoltaiche di OPV sono stabili e competitive. I moduli OPV funzionano a una temperatura molto più bassa grazie alla sua massa termica inferiore, il che si traduce in prestazioni esterne molto più vicine a STC. L'irraggiamento colpisce i moduli OPV in modo simile ad altre tecnologie, mentre la temperatura provoca un maggiore effetto negativo sulla corrente SC, praticamente qualsiasi effetto sulla tensione OC e un interessante effetto positivo su FF. Di conseguenza, la potenza MPP normalizzata è paragonabile alle altre due tecnologie e la PCE normalizzata è maggiore in condizioni diffuse. Inoltre, mostriamo i parametri fotovoltaici attraverso mappe, per visualizzare graficamente il loro comportamento in un'ampia gamma di condizioni esterne. Questo lavoro presenta informazioni affidabili sulle prestazioni della tecnologia OPV in condizioni operative reali all'aperto, essendo questo fondamentale per identificare i vantaggi competitivi di questa tecnologia e gli aspetti da migliorare.

Outdoor perfomance of organic photovoltaics : dependence on irradiance, temperature and comparison with other PV technologies

HALDÓN VALLELLANO, ALBERTO
2020/2021

Abstract

Organic solar cells have shown a considerable performance evolution during the last years. This technology has been mostly tested under laboratory conditions using small area devices. In this work, the outdoor photovoltaic performance of large-area commercial OPV modules was evaluated under real outdoor conditions. Specifically, we evaluate the influence of temperature and irradiation on the performance of two OPV modules, subjected to more than 160 experiments in which their current-voltage curves were recorded together with ambient conditions, in an experimental campaign lasting over six months. Furthermore, we complement the study by providing a comparison with two already established technologies in the sector: monocrystalline silicon and CIS modules. The results present that OPV photovoltaic performance is stable and competitive. OPV modules operate at much lower temperature thanks to its lower thermal mass, resulting in an outdoor performance much closer to STC. Irradiance affects OPV modules similarly to other technologies, while temperature cause a greater negative effect on SC current, practically any effect on OC voltage and a interesting positive affect on FF. As consequence, normalized MPP power is comparable to the other two technologies and normalized PCE is greater during diffuse conditions. Furthermore, we show the photovoltaic parameters through maps, to graphically visualize their behavior in an broad range of external conditions. This work presents reliable information concerning OPV technology performance under real outdoor operation conditions, being this crucial to identify competitive advantages of this technology and the aspects to be improved.
LEVA, SONIA
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
7-ott-2021
2020/2021
Le celle solari organiche hanno mostrato una notevole evoluzione delle prestazioni negli ultimi anni. Questa tecnologia è stata per lo più testata in condizioni di laboratorio utilizzando dispositivi di piccola area. In questo lavoro, sono state valutate le prestazioni fotovoltaiche esterne dei moduli OPV commerciali di grandi dimensioni in condizioni esterne reali. Nello specifico, valutiamo l'influenza della temperatura e dell'irraggiamento sulle prestazioni di due moduli OPV, sottoposti a più di 160 esperimenti in cui sono state registrate le loro curve corrente-tensione insieme alle condizioni ambientali, in una campagna sperimentale della durata di oltre sei mesi. Inoltre, integriamo lo studio fornendo un confronto con due tecnologie già affermate nel settore: silicio monocristallino e moduli CIS. I risultati mostrano che le prestazioni fotovoltaiche di OPV sono stabili e competitive. I moduli OPV funzionano a una temperatura molto più bassa grazie alla sua massa termica inferiore, il che si traduce in prestazioni esterne molto più vicine a STC. L'irraggiamento colpisce i moduli OPV in modo simile ad altre tecnologie, mentre la temperatura provoca un maggiore effetto negativo sulla corrente SC, praticamente qualsiasi effetto sulla tensione OC e un interessante effetto positivo su FF. Di conseguenza, la potenza MPP normalizzata è paragonabile alle altre due tecnologie e la PCE normalizzata è maggiore in condizioni diffuse. Inoltre, mostriamo i parametri fotovoltaici attraverso mappe, per visualizzare graficamente il loro comportamento in un'ampia gamma di condizioni esterne. Questo lavoro presenta informazioni affidabili sulle prestazioni della tecnologia OPV in condizioni operative reali all'aperto, essendo questo fondamentale per identificare i vantaggi competitivi di questa tecnologia e gli aspetti da migliorare.
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