Framed- or Frameless Photovoltaic, Electric Cell Systems in Snow Experiencing Climates. An Performance- and Environmental Comparison

Abstract

Photovoltaiske (PV) systemers synkende priser er direkte korrelert med økningen av steder de kan bevises å være kosteffektive. Selv om PV systemer er anerkjente som svært gode bærekraftige energisystemer, er tilbakebetalingstiden på PV systemenes investering et nevneverdig insentiv for implementasjon. En økning i PV systemers effektivitet vil redusere investeringens tilbakebetalingstid som videre bygger opp under rettferdiggjørelsen av implementasjon. Ved å vurdere PV systemer installert i den nordlige halvkule, kommer det tydelig frem at tilstedeværelse av snø er lite gunstig for PV systemers energiproduksjon. Det er et smutthull i dagens PV marked der det mangler et hensikts-designet PV system for snø. Denne avhandlingen utforsker tiltak som fjerner akkumulert snø fra PV systemenes glassvindu. Tiltakene som fjerner snø kan ikke senke PV systemenes effektivitet, hvilket betyr de ikke kan konsumere energi fra el-nettet eller energi fra selve PV-systemene. To testsystemer har blitt lagd og eksponert for den norske vinteren. Disse testsystemene representere både innrammet- og rammeløse PV systemer, og har kun en komponent som er forskjellig, nemlig geometrien på den utvendige rammen. Gjennom databehandling har en statistisk signifikans mellom de to testsystemenes energiproduksjon blitt funnet, der den positive energi-differansen med hensyn til dager med snø hører til den rammeløse PV modulen. For å bringe flere synspunkter til diskusjonen, har miljøavtrykkene som følger produksjonen av begge typer PV modul blitt bestemt. I disse livssyklusanalysene ble to kommersielle innrammede- og rammeløse PV moduler utforsket. Resultatet fra disse analysene viser den innrammede PV modulen som mest gunstig, fordi mengdene med glass nødvendig for den rammeløse PV modulen er mye høyere.

Directly correlated with the declining photovoltaic (PV) system’s prices are the increase in areas they can be proven cost-efficient. Although PV systems are recognized as excellent sustainable energy sources, is one considerable incentive for implementation the PV systems’ return of investment time (ROI). An elevation in PV systems’ efficiency will decrease the ROI time, assisting justifications for implementation. Evaluating PV systems installed in the northern hemisphere makes it eminent that the presence of snow is less than beneficial for PV energy production. As of now, is there a loophole in the PV market where no purpose-designed PV system for snow exists. This thesis investigates implementable measures that remove accumulated snow from the PV system’s exterior glass window. The snow removal measures cannot decrease the PV system’s efficiency, meaning they cannot consume grid-fed energy or energy from the PV system itself. Two test-systems were created and exposed to the Norwegian winter. These test-systems represents the framed- and the frameless PV system, and have all but one component similar, being the geometry of the exterior frame. Through data-processing was a statistical significance found between the two test-systems’ energy production, where a positive energy difference favors the frameless PV module on snow experiencing days. To provide additional perspectives to the discussion was the environmental footprint considering the production of either type of PV system determined. In these life cycle assessment analyses were commercially available framed- and frameless PV systems evaluated. The impact indicators favored the framed PV module, due to the considerable amounts of glass consumed in the commercially available frameless PV module.