Doctoraatsbursaal voor een op fysica gebaseerd model voor de voorspelling van irreversibele degradatie van PV-modules

Achtergrond
De technologie en materialen voor de productie van PV-modules hebben de afgelopen drie decennia een snelle ontwikkeling doorgemaakt. Naast deze vooruitgang bieden fabrikanten nu producten aan met ingewikkelde garantievoorwaarden, waaronder meestal een productwerkgarantie van 12 jaar (of langer) en een vermogensgarantie van 25 jaar (of langer). Deze laatste garantie omvat een initiële degradatiestap, uitgedrukt als percentage van het initiële nominale vermogen, gevolgd door een lineaire jaarlijkse degradatiesnelheid. Bovendien heeft de installatie van PV-modules op verschillende locaties en in verschillende klimaten een invloed op hun degradatiesnelheid en operationele prestaties, vooral op de energieopbrengst van een PV-systeem na verloop van tijd.
Zonnemodules worden ingezet in verschillende toepassingen, van grootschalige PV-energiecentrales in hete woestijnklimaten tot offshore systemen die op zee drijven. Bijgevolg worden operationele zonnepanelen blootgesteld aan verschillende omgevingsstressoren, wat leidt tot meerdere gelijktijdige degradatieprocessen. Er zijn talloze modellen ontwikkeld om de resulterende achteruitgang in de prestaties van zonnepanelen te voorspellen. Sommige modellen richten zich op degradatie veroorzaakt door individuele processen, terwijl andere zich richten op het cumulatieve effect van meerdere processen. Het laatste type, dat vaak empirisch van aard is, correleert de degradatiesnelheid van de prestaties van een zonnemodule direct aan tijd of eenvoudig meetbare stressfactoren zoals de omgevingstemperatuur of relatieve vochtigheid. Dergelijke modellen zijn vooral waardevol voor het voorspellen van de degradatie van specifieke systemen met bekende prestatie- en omgevingsparameters over meerdere jaren. Aan de andere kant zijn modellen die enkelvoudige degradatieprocessen simuleren meestal meer fysisch georiënteerd, met als doel de kinetiek van werkelijke degradatiemechanismen en hun relatie met omgevingsfactoren vast te leggen door middel van meetbare parameters met een fysische betekenis. Veel van deze op fysica gebaseerde modellen vertrouwen echter op aanpassingscoëfficiënten die geassocieerd zijn met een combinatie van fysische materiaaleigenschappen in plaats van met de eigenschappen zelf. De integratie van fysica in het model vermindert de afhankelijkheid van trainingsgegevens en levert meer universeel toepasbare schattingen op, wat voordelig is voor het optimaliseren van moduleontwerp of het evalueren van degradatie in nieuwe toepassingen.

Functie-inhoud
Bij imo-imomec is het verzekeren van de fysische degelijkheid van ons kader voor het modelleren van de prestaties van PV-systemen een primaire ontwerpdoelstelling. Bijgevolg willen we de degradatie van modules simuleren met behulp van op fysica gebaseerde modellen. Het doel van dit doctoraatsproject is om modellen te ontwikkelen voor de belangrijkste degradatieprocessen en deze te integreren in het bestaande raamwerk. Elk degradatiemodel zal specifiek de effecten van stressfactoren toepassen op de elektrische prestatieparameters van PV-modules die rechtstreeks door deze factoren worden beïnvloed. De link tussen de stressfactoren en hun effecten zal worden gelegd door relevante simulaties met behulp van de eindige-elementenmethode (Finite Element Method) waar mogelijk, die gebaseerd zullen zijn op meetbare materiaaleigenschappen en controleerbare ontwerpparameters om gevoeligheidsanalyse en ontwerpoptimalisatie te vergemakkelijken.
Tijdens dit doctoraatsproject zal de kandidaat een grondig inzicht moeten verwerven in het voorkomen en de impact van verschillende degradatieprocessen, bestaande modellen voor het modelleren van deze processen en de onderliggende fysica. Op basis van dit inzicht zal de kandidaat initiële hypotheses formuleren, die getest zullen worden aan de hand van laboratorium- en veldexperimenten. De bevindingen zullen dan gebruikt worden om definitieve modellen te ontwikkelen, gevalideerd aan de hand van uitgebreide historische datasets verzameld bij imo-imomec of bij onze partner “TotalEnergies One Tech”. Uiteindelijk is het de bedoeling om bij te dragen aan de voortdurende verbetering van de modellering van de prestaties van PV-systemen en de voorspelling van degradatie.
Tagline: Ontwikkelen van op fysica gebaseerde modellen voor het voorspellen van de degradatie van zonnepanelen ter ondersteuning van UHasselt en imec hun activiteiten op het gebied van moduleontwerp en opbrengstvoorspelling.

Soort werk: 20% literatuurstudie, 20% modelontwikkeling, 35% experimenteel werk, 15% verspreiding van resultaten, 10% software-implementatie.
Locatie: Deze functie zal worden uitgevoerd op de EnergyVille Campus in Genk, waar je directe toegang hebt tot state-of-the-art labinfrastructuur en de mogelijkheid hebt om samen te werken met experts die werken aan PV-technologie en PV-energiesystemen.

Profiel

• Je hebt een masterdiploma in Natuurkunde, Materiaalwetenschappen, Werktuigbouwkunde, Elektrotechniek. (of gelijkwaardig)
  Laatstejaarsstudenten worden eveneens aangemoedigd om zich kandidaat te stellen.
• Je hebt ervaring met opto-elektrische karakterisering en modellering of met programmeren (C++, Matlab, Python);
• Je hebt uitstekende rapportagevaardigheden en kunt wetenschappelijke resultaten presenteren (publicaties, conferenties, seminars);
• Je kunt gemakkelijk integreren in een internationaal team. Zeer goede communicatieve vaardigheden in het Engels zijn vereist;
• Je hebt kennis van apparaatfysica en ervaring in het domein. Kennis van fotovoltaïsche grondbeginselen is een pluspunt. Je hebt een probleemoplossende houding en een sterk verlangen om op de hoogte te blijven van recente ontwikkelingen;
• Je kunt zelfstandig werken en neemt graag initiatief en verantwoordelijkheid;
• Je bent gemotiveerd om bij te dragen aan de didactische en outreachende taken van de faculteit Engineering Technology en je kunt studenten enthousiast maken;
• Het onderzoek wordt uitgevoerd in samenwerking met (en deels aan) de Universiteit Gent. Een (internationaal) rijbewijs is dan ook een pluspunt.

Aanbod
Je wordt aangesteld en verloond als Doctoraatsbursaal.
Beurs voor 2 x 2 jaar, na positieve tussentijdse evaluatie.

Selectieprocedure
Je kan enkel online solliciteren en dit tot en met 09 oktober 2024.
De selectieprocedure bestaat uit een voorselectie op sollicitatiedossier en een interview.
Alle geïnteresseerde aanvragers moeten een sollicitatiedossier indienen dat bestaat uit, maar niet beperkt is tot: 1. Motivatiebrief, 2. CV en 3. Een zelfgeschreven wetenschappelijke tekst van 1-2 pagina's met een beschrijving van de meest voorkomende degradatiemethoden van fotovoltaïsche modules voor de huidige technologieën.

Meer info
Prof. dr. ir. Michael DAENEN, +32-11-268887, michael.daenen@uhasselt.be

Voor vragen over de selectieprocedure, mail je naar jobs@uhasselt.be.