Microwindturbines & Hybridesystemen

Microwindturbines & Hybridesystemen 1

Microwindturbines & Hybridesystemen • • • •

Inleiding Typevoorbeelden van microwindturbines Opstelling van een microwindturbine Labo – Windenergie – Zonne-energie

• Hybride systemen • Conclusie

2




3

Inleiding

4

5

Inleiding • • • • •

Geschiedenis Wat is een microwindturbine ? Waarom installeren ? Verschillende types Mogelijke afmetingen

6



7

Inleiding

Geschiedenis • -200 vc eerste windmolen om bloem te maken • 12de eeuw in Europa • 1887: eerste windmolen om elektriciteit te maken met 144 riembladen • 1956: eerste AC windturbine (200 kW)met 3 wieken • 1995: het grootste windturbine leverde 0.6 MW • Nu 5 MW, vaak geïnstallerd in windmolenpark aan zee

8



9

Inleiding

Wat is een microwindturbine? • Windmolen die voor eigen elektriciteitsproductie zorgt • Microwindturbine Ø < 4m en P < 3,5 kW • Kleine windturbine Ø < 16m en P < 50 kW

10



11

Inleiding

Waarom installeren? • • • •

Klein systeem met lage kosten Productie hernieuwbare energie C02 uitstoot ↓ Interessant als er geen connectie met het net mogelijk is

12



13

Inleiding

Verschillende types • De verschillen zijn er door de positie van de as: – Horizontaal – Verticaal • Darieus windturbine • Savonius windturbine

14



15

Inleiding

Mogelijke maten • Van 100 W en 1m diameter die zorgt voor een lage spanning (12 V of 24 V) om batterijen op te laden • Tot 50 kW met een mast van 25 m voor grotere gebouwen • Op daken gebruiken we vaak 0.5 tot 2.5 kW windturbines




16

Typevoorbeelden van Microwindturbines Billiet Davy Beyaert Xavier 17

18

Typevoorbeelden van Microwindturbines • Soorten – Overzicht – Aërodynamische windturbines – Darieus-type – Weerstandstype

• Voorbeelden

19


• Voorbeelden

20

Overzicht Horizontale windasturbine HAT windrichting

Verticale windasturbine VAT windrichting as

as

Savonius-type of weerstandstype • Bladen elk om beurt • Groot wind vangend oppervlak

Darrieus-type of lifttype • Liftprincipe • Rotorbladen dwars op windrichting

21


• Voorbeelden

22

Aërodynamische windturbines • • • • • •

klein deel van windoppervlak bestreken draait door windstroming (lift) ηmax = 59% (Betz) onttrekken vermogen haaks op wind bladsnelheid ↑ ⇒ beschikbare energie ↑ zelfde vermogen ⇒ 1/3 oppervlakte

23

Aërodynamische windturbines • horizontale as: – kruien – duur – hoog rendement

• verticale as (Darrieus [1927]) – altijd goede richting – minder onderhoud – niet zelfstartend

24


• Voorbeelden

25

Darrieus turbine

26

Darrieus turbine Enkele nadelen: • trilt hevig • lawaaierig • laag rendement

27


• Voorbeelden

28

Weerstandsturbines • • • • • • •

Savonius (1922) verticaal volledig windoppervlak bestreken draait door wind zelf ηmax = 19% bladsnelheid ↑ ⇒ beschikbare energie ↓ lage bladsnelheid ⇒ weinig geluid?

29

Typevoorbeelden van Microwindturbines • Soorten • Voorbeelden – – – – – – – –

Swift Turby Tulipo MotorWind WindHELIX WindWall Duogen Magenn air rotor system

30



31

HAT - SWIFT • • • • • • •

horizontale type stil, vibratievrij eenvoudige installatie veilig, efficiënt, onderhoudsvrij autonoom MPPT-controller weerstandsturbine

32



33

VAT - TURBY • • • • •

verticale type aërodynamische windturbine niet autonoom traagdraaiend ideaal voor bebouwde gebieden

34

Turby

Concept • afstand bladen-as = constant • oneven aantal bladen • schuine bladmontage

35

Turby ⇔ terreinruwheid • wind: weg van minste weerstand • langs randen: windophoping • gunstige plaatsing + juiste turbinekeuze = rendementsverhoging

36

Turby ⇔ terreinruwheid • boven turbulentielaag (± 5m hoog) • centraal op het dak

37



38

HAT - Tulipo • • • •

Geluidsarm Ashoogte: 12,5 m Levensduur 15 jaar Onderhoud 1 x per jaar • Netkoppeling mogelijk • Laag toerental • Variabel toerental

39

Tulipo

Kenmerken • • • • • •

Bij lage windsnelheden Inschakelsnelheid 3 m/s Uitschakelsnelheid 18 m/s Nominale snelheid 10 m/s Vermogen bij nom. snelheid 2,5 kW 4000 – 8000 kWh/jaar

40

Tulipo

Kenmerken

41



42

HAT - MotorWind

43

MotorWind Kenmerken

• Start bij 2 m/s 4 m/s • Geen netaansluiting – Pgeg moet verbruikt worden – 2008 nieuw model netaansluiting wel mogelijk • Eenvoudige en simpele constructie • Per 8 of per 20 turbines • Goedkoop • Kan in beide richtingen werken – 12V generator

44

MotorWind Kenmerken

45

MotorWind Kenmerken

46



47

VAT - WindHELIX • Savonius-type – In elkaar gedraaid – Draaiing 180 graden

48

WindHELIX Kenmerken

• Geluidarm • Hoog rendement • Hoger rendement dan horizontale molens tot 5 m/s • Lange levensduur • Fraaie en esthetische vormgeving • In meerdere kleurcombinaties verkrijgbaar

49

WindHELIX Twee soorten • WindHELIX 1200

• WindHELIX Flex

windHELIX1200

windHELIXflex

Hoogte

1,2 meter

max. 3.0 meter

Oppervlak

0,5 m²

2,4 m²

Vermogen bij windsnelheid van resp. 5 m/s en 10 m/s

8,4 / 48 Watt

49 / 280 Watt

Jaaropbrengst bij windsnelheid van resp. 3 m/s en 5 m/s

9,6 / 30 kWh

120 / 420 kWh

Levensduur

40 jaar

40 jaar

50



51

VAT - WindWall

52

WindWall Kenmerken

• Darrieus type • 2 x 5 m lang en 2,5 m in diameter • Asynchrone generator – 6 kW – 70000 kWh/jaar

• Geluidsarm door vorm • Kan niet naar de wind worden gedraaid

53

WindWall Kenmerken

• Vanaf 3 m/s • Vermogen neemt evenredig toe met windsnelheid • Nom. windsnelheid 11 m/s • Max windsnelheid 25 m/s • Redelijk duur systeem

54



55

Duogen Water/Wind

56

Duogen Water/Wind • Werkt zowel op water als op windenergie • Overschakeling makkelijk • 3-fasige permanente magneet AC alternator omgezet naar DC • Geluid wordt zoveel mogelijk gereduceerd

57

Duogen Water/Wind

1 knot = 0,51 m/s

58

Duogen Water/Wind • 3 bladen • 310 mm diameter • 250 Watt bij 800 tpm

• 5 bladen • 1,1 m diameter • 100 Watt bij 450 tpm

59



60

Magenn air rotor system • Helium gevuld • 3D structuur – Groot koppel – Lage startsnelheid – Praktisch overal bruikbaar

• Magnus effect – Extra lift – Stabiliteit – Positionering

61

Magnus effect • Roterende cilinder • Luchtlaag meenemen • Luchtlaag werkt mee • Andere zijde werkt ze tegen • Verschil windsnelheid • Verschil druk

62

Magenn air rotor system

63

Magenn air rotor system




64

Opstelling van een microwindturbine Dewulf Michael De Coninck Dimitri 65

Opstelling van een microwindturbine • • • •

Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld

66



67

68

Installatieschema • Eilandbedrijf

69

Installatieschema • Aansluiting op het net



70

Opstelling van een microwindturbine • Installatieschema • Bepaling windkarakteristieken – Gemiddelde windsnelheid • Windkaart Europa • Windkaart Vlaanderen

– Meten op de site • Metingen • Beoordeling metingen

• Economische haalbaarheid • Praktisch voorbeeld

71

72

Gemiddelde windsnelheid • Windkaarten Europa en Vlaanderen – Kararkteristieken site • Geen WASP programma

– Bij meetstations • Sampletijd van 3 s gedurende 10 min – Na de 10 min wordt gemiddelde berekend

• Metingen – Meetapparatuur – Verwerking van de meetgegevens – Beoordeling van de verkregen gegevens

73

Windkaart Europa Op 50 m hoogte

74

Windkaart Vlaanderen Op 50 m hoogte

Opstelling van een microwindturbine • Installatieschema • Bepaling windkarakteristieken – Gemiddelde windsnelheid • Windkaart Europa • Windkaart Vlaanderen

– Meten op de site • Metingen • Beoordeling metingen

• Economische haalbaarheid • Praktisch voorbeeld

75

76

Meten op de site • Meten op 2/3 van de hoogte van de toekomstige turbine • Beoordeling metingen – Kwantitatief (Weibull distributie, energieroos) – Kwalitatief ( turbulentieroos)

• Meetapparatuur – Digitale anemometer • Digitale meters gaan langer mee

– Analoge meter • Analoge meter digitaal uitlezen • Windsnelheid en windrichting

77

Metingen Gemiddelde windsnelheid en weibullverdeling

Windroos

78

Beoordeling metingen • Turbulentie- en energieroos – Verschillende weibullverdelingen voor dezelfde gemiddelde snelheden – Welke windrichting heeft de grootste energieinhoud

Plaatsing van een microwindturbine • Turbulenties vermijden

79



80

Opstelling van een microwindturbine • Installatieschema • Bepaling windkarakteristieken • Economische haalbaarheid – Gemiddelde turbineprijs – Energieproductie van een microwindturbine – Energie opbrengst en financiële opbrengst • Energie productie • Financiële opbrengst • Beïnvloedende parameters

• Praktisch voorbeeld

81

82

Gemiddelde turbineprijs • Gemiddelde prijs per vermogen



83

De energieproductie van een microwindturbine •

Voorbeeld: blokschema energieverbruik en energieproductie – – – – – –

Gemiddelde windsnelheid: 4,5 m/s Jaarlijks verbruik particulier: 4500 kWh Dag/ totaal verhouding: 2/3 Groene stroomcertificatie: 60EUR/MWh Distributietarief: dag (15,57 cEuro/kWh); nacht (8,48 cEuro/kWh) Investeringsfactor: 2,5%

84



85

Energieproductie en financiële opbrengst • Energieproductie – Gemiddelde windsnelheid: 4,5 m/s op 50 m hoogte

86

87

• Financiële opbrengst – = wat men jaarlijks op de energiefactuur kan uitsparen – De financiële opbrengst is tijdens de dag is veel groter dan tijdens de nacht. – Geen rekening gehouden met groene stroom certificaten

Parameters met invloed op de energie en financiële opbrengst • Parameters die invloed hebben op de energieopbrengst – Gemiddelde windsnelheid – Jaarlijks verbruik van de particulier – Dag/totaal verhouding van het verbruik

• Parameters die invloed hebben op de financiële toestand van de molen – Groene stroomcertificatie – elektriciteitstarief dag en nacht – Investeringsfactor (%)

88

89

Invloed windsnelheid

• (geen rekening gehouden met het rendement) • Bij grotere gemiddelde windsnelheid – Het nominaal vermogen van de meest optimale molen zakt – De terugbetalingstijd verkleint

90

Invloed dagelijks verbruik

• Bij stijgend dagelijks verbruik – Nominaal vermogen molen stijgt – Terugbetalingstijd wordt kleiner

91

Dag verbruik/totaal verbruik

• De dag/totaal verhouding wordt groter – Het optimale nominale vermogen wordt groter. – Bij een te kleine dag/totaal verhouding wordt het optimale nominaal vermogen terug groter.

Invloed dag verbruik/ totaal verbruik • Het kantelpunt – De verhoging van de productie tijdens de dag heeft een voordeel

92

93

Dag verbruik/totaal verbruik • Invloed van de dagtotaal verhouding op de opbrengst.

94

Dag verbruik/totaal verbruik • Gegeven dag/totaal : 3/6 – Indien er minder verbruikt wordt tijdens de dag dan tijdens de nacht: negatieve invloed.

95

Groenestroomcertificatie • Groene stroom certificaten – Reduceren de terugbetaaltijd

96

Invloed van het elektriciteitstarief • Het elektriciteitstarief – Hoe hoger het tarief, hoe kleiner de terugverdientijd – Bepaalt niet het optimale turbinevermogen

97

De investeringsfactor • De investeringsfactor – Hoe kleiner de investeringsfactor, hoe kleiner de terugverdientijd – Geen invloed op het optimale turbinevermogen

98

De investeringsfactor • Bij een investeringsfactor van 2,5%

De bekomen winst na een aantal jaar Na 23 jaar wordt er winst gemaakt

99



100

101

Praktisch voorbeeld • Zelf een “eenvoudige” windturbine maken, van het axiale type, voor huishoudelijk gebruik.

102

Vooraleer te beginnen • Milieuvergunning • Bouwvergunning • Buren?

103

Vooraleer te beginnen • Doel?: – Deelproductie/ Totaalproductie/ Overproductie ÆNodige vermogen

• Dimensionering componenten – De generator – De rotorbladen – De mast

Nodige vermogen (Totaalproductie) •

Gemiddeld gezin: – 4500 kWh/jaar

•

Windturbine: – Gem. 1800 draaiuren/jaar – 1 kW Turbine: 1800 kWh/jaar – 2,5 kW Turbine: 4500 kWh/jaar

104


Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld – De generator – De rotorbladen – De mast – Windturbine afwerken – Kostprijs

105

106

De generator • Alternator uit auto (2,5 kW) Æ Normaal 1kW

• Nadelen: – 2,5 kW is al groot vermogen Æ duur – Grote snelheid vereist voor volledig vermogen (6000 tr/min)

107

108

De generator • Voordelen: – Courant op de markt – Verschillende kleine vermogens – Eenvoudig koppelsysteem – Reeds een gelijkrichter en spanningsregelaar aanwezig – Werkbesparing

De generator Andere mogelijkheden • Voorbeelden uit de praktijk: – Zelf alternator wikkelen ÆPMG ÆVeel werk ÆGoedkoopste oplossing

109

De generator Andere mogelijkheden – Een inductiemotor uitrusten met condensatoren

110

De generator Andere mogelijkheden ÆCondensatoren voorzien magnetisatiestroom ÆZonder de condensatoren moet generator met net verbonden zijn en sneller draaien dan synchroon toerental om energie te leveren ÆKleinere toerentallen (750/1500/3000) ÆVele vermogens ÆWeinig onderhoud

111



112

113

De rotorbladen • P= Cp 0.5 ρ A v³ – P= vermogen in W (2500 W) – Cp= Rotorefficiëntie (0,4) – Ρ = Luchtdensiteit (1.2kg/m³) – A= Rotoroppervlakte (πd²/4) – v= windsnelheid in m/s (7,5 m/s)

• 2,5kW Æ 5,6m diameter ÆPraktische toepassingen: 5m

114

•Minihelikopter rotorbladen tot 1,5m diameter, niet duur (€20 tot €50) •Zelf maken uit hout, niet moeilijk met handleiding ÆVoor diameters > 1,5m

115

• 2 of 3 schoepen monteren • Eenvoud: geen roteerbare schoepen ÆGeen snelheidsregeling Æ Invloed op frequentie, vermogen

• Wordt gelijkgericht en gebufferd, dus geen probleem

116

• Uitbalanceren! ÆLagers ÆTrillingen

117

• Praktisch: Snelheid as: 120 - 300 tr/min ÆTandriemoverbrenging naar nominaal toerental generator

118

• Juiste tandriemoverbrenging belangrijk! – Bevat as (moet sterk genoeg zijn) – Correcte verhouding – Toerental mechanisch beveiligen tegen rukwinden



119

120

De mast • Locatie – Op het dak – In de tuin

• Oriëntatie – Axiale rotoropstelling: Æ Draaibaar met de wind opstellen

121

De getuide mast -Voor kleinere microwindturbines < 5 kW -Hoogte: 12-24 m Æmoet boven huizen uitsteken -Constructie -Stalen kabels -Metalen buizen -Voor grotere microwindturbines : vaste paal constructie in een betonnen voet

122

De getuide mast

Voordelen: • Geen kraan nodig om de mast op te hijsen •De mast kan neergelegd worden tijdens storm of onderhoud

123

Zelfgemaakte getuidemast

124

De vakwerkmast • Nadeel – Kraan nodig om het op te hijsen – Duurder dan een getuide mast

• Voordeel – Geen stalen kabels nodig – Stabiel

125

Constructie op een zadeldak

Trillingen tegengaan door rubberen nippel Turbine < 400 W



126

De windturbine afwerken • Bekisten • Stroom niet rechtstreeks gebruiken ÆFrequentie

• Gelijkrichten en op een batterij plaatsen ÆBuffer en UPS

• Synchroniseren vooraleer op het net te sturen (Inverter) • Registratieapparatuur

127

128

Inverter AC/DC

Inverter AC/DC • Bruggelijkrichter • Spanningsregelaar U=14V

129

Inverter DC/AC • • • • •

2500W Input 12V DC Output 230V AC ± € 800 Nadeel: – Harmonischen (PWM)

130

131

Registratieapparatuur • Toerental • Windsnelheid • Spanning / stroom

Sensoren Æ RS485-kabel Æ

ÆVb: Labview software



132

Kostprijs 2,5 kW Turbine • Kant en klaar pakket (www.turby.nl) : – Turbine: € 11500 – Mast: ± € 2000 – Totaal: ± € 13500

• Zelfbouw: – In de praktijk: ± € 2000 à € 3000

133

134

Voorbeelden




135

Labo windenergie en zonne-energie Tine Gilis Davy Naesen

136




137

138

Labo Windenergie • • • •

Inleiding Vermogenkarakteristiek bij constante snelheid Rendement Vermogenkarakteristiek bij constante belasting

139



140

Inleiding

• Windturbine “Superwind 350” • Frequentieomvormer • Vliegtuigmotor

141

Superwind 350

142

Superwind 350 • • • • • • •

Nominaal vermogen = 350 W Nominale windsnelheid = 12,5 m/s Nominale spanning = 12V DC of 24 V DC Generator met permanente magneet 3 bladen Diameter rotor = 1,2 m Mechanisch beveiligingsmechanisme

143

Frequentieomvormer • Regeling frequentie vliegtuigmotor • Frequentie lineair met windsnelheid Verband tussen frequentie en windsnelheid y = 2,8492x - 0,9444 20,00 18,00 windsnelheid (m/s)

16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 5

10

15

20

25

30

frequentie (Hz) Verband tussen frequentie en de windsnelheid Lineair (Verband tussen frequentie en de windsnelheid)

35

144



Vermogenkarakteristiek bij constante snelheid • Belasting : 0 Ω - ∞Ω • Belasting verhogen = versnellen turbine • Snelheid ~ weerstand => spanning ~ snelheid • Δ belasting => Δ spanning en Δ stroom

145

Vermogenkarakteristiek bij constante snelheid • • • • • •

Metingen bij 10 Hz, 15 Hz, 20 Hz, 25 Hz Meten van spanning U [V] Meten van stroom I [A] Berekenen van vermogen P [W]= U.I Grafiek : P ifv U Maximale vermogens

146

147

Meting bij 10 Hz K.S.

O.K.

U [V]

afgelezen in mV

I [A]

P [W]

0,008

0,5

0,1

0

0,108

0,5

0,1

0,01

0,225

0,5

0,1

0,02

0,4

0,6

0,12

0,05

1,09

0,9

0,18

0,2

3,1

1,9

0,38

1,18

8,8

4,3

0,86

7,57

11,45

2,5

0,5

5,73

12,53

1,6

0,32

4,01

13,47

1

0,2

2,69

13,8

0,8

0,16

2,21

13,9

0,6

0,12

1,67

15,41

0

0

0

148

Meting bij 15 Hz K.S.

U [V]

afg in mV

I [A]

P [W]

0,108

8,7

1,74

0,19

1,701

10,1

2,02

3,44

5,35

15,9

3,18

17,01

18,9

39,2

7,84

148,18

22,3

34,9

6,98

155,65

27

28,2

5,64

152,28

30

22

4,4

132

31,2

19,3

3,86

120,43

31,9

17,3

3,46

110,37

32,3

15,7

3,14

101,42

•

Opmerkingen:

1. Bij OK draait turbine te snel, het beveiligingsmechanisme treedt in werking 2. Belasting nog meer verhogen: stroom door de belasting wordt te groot

Vermogenkarakteristiek bij constante snelheid Vermogenkarakteristiek bij constante snelheden 180,00

160,00

140,00 y = 0,0087x

3,1193

120,00 f=10 Hz f=15 Hz f=20 Hz f=25 Hz Reeks5 Macht (Reeks5)

P [W]

100,00

80,00

60,00

40,00

20,00

0,00 0

5

10

15

20 U [V]

25

30

35

40

149

Vermogenkarakteristiek bij constante snelheid • Hogere frequentie Æ hogere snelheid Æ hoger vermogen • Maximaal vermogen curve : 3e macht y = 0.0087 x3.1193

150

151



152

Rendement • Verhouding turbinevermogen/windvermogen • Turbinevermogen = max vermogen 3 η wind = 0.5 ρ v A • Windvermogen met : ρ = luchtdichtheid = 1,2 kg/m³ v = windsnelheid A = doorstroomopp. = π d²/4 = 1,13 m²

153

Rendement Pwind [W]

Pturbine [W]

η

4.83

75,05

7,57

10,09%

15

7.22

255,4

32,76

12,83%

20

10.56

799,09

81,77

10,23%

25

13.61

1710,72

155,65

9,10%

f (Hz)

v (m/s)

10

• Maximaal 12,83% bij 7,22 m/s • Gemiddelde 10,5%

154



Vermogenkarakteristiek bij constante belasting • • • • • •

Belasting = 20,8 Ω f = 10 Hz … 25 Hz Meten van U [V] Meten van I [A] Berekenen van P [W] Grafiek P ifv f

155

Vermogenkarakteristiek bij constante belasting f [Hz]

U [V]

Afgelezen in mV

I [A]

P [W]

8,75

0,005

0

0

0

9,37

9,7

2,4

0,48

4,656

10,78

12,35

3,1

0,62

7,657

11,36

13,6

3,4

0,68

9,248

12,68

16,2

4,1

0,82

13,284

13,68

18,3

4,6

0,92

16,836

14,44

19,6

5

1

19,6

15,84

22,25

5,7

1,14

25,365

17,54

25,3

6,5

1,3

32,89

18,6

26,8

6,9

1,38

36,984

19,45

28,4

7,3

1,46

41,464

20,77

31

8

1,6

49,6

21,79

32,9

8,4

1,68

55,272

23,95

34,6

8,9

1,78

61,588

9

1,8

0

26,3

156

157

Vermogenkarakteristiek bij constante belasting Vermogenkarakteristiek bij constante belasting 70 60

P [W]

50 40 30 20 10 0 0

5

10

15 Frequentie [Hz]

20

25

30

Vermogenkarakteristiek bij constante belasting

• Bij constante belasting zal het vermogen stijgen naarmate de frequentie stijgt • We kunnen de wind niet oneindig laten toenemen wegens mechanische beveiliging

158




159

160

Zonne-energie • Bouw zonnecel • Theorie karakteristieken • Metingen • Besluiten

161


162

Bouw zonnecel • Zeer zuiver Silicium • Één zonnecel – U = 1.5 V – I = 30mA/cm²

• Een module = meerdere zonnecellen – Serie of parallel

163

Bouw zonnecel

164


165

Theorie karakteristieken • IV-karakteristiek ⎛ qV ⎞ I = I 0 .⎜ e kT − 1⎟ − I L ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ kT ⎛ I L ⎞ Voc = . ln⎜⎜ + 1⎟⎟ q ⎝ I0 ⎠

FF =

Vmp .I mp Voc .I sc

166

Theorie karakteristieken • Serie- en parallel schakelen

2 cellen

1 cel serie

2 cellen

1 cel parallel

167

Theorie karakteristieken • Invloed van de schaduw

Serie

parallel

168

Theorie karakteristieken • Invloed van de temperatuur

169


170

Metingen • één module – Donkerkarkteristiek – Lichtkarakteristiek => verschillende temperaturen

• Twee modules – Parallel en serie • Donkerkarakteristiek • Lichtkarakteristiek bij één module belicht • Lichtkarakteristiek bij twee modules belicht ¾ Verschillende temperaturen

171

Eén module

172

Twee zonnecellen in serie

173

Twee zonnecellen in parallel

Eén module onder een hoek belicht

174

175


176

Besluiten • Invloed van de temperatuur –T

=> Vok wordt sneller bereikt

–T

=> Iks is lager

–T

=> hoger vermogen, kleiner bereik

– Invloed van Vok > Iks

177

Besluiten • Zonnecellen in serie – Één donkere cel • stroom verwaarloosbaar • Stroom ~= stroom zwakste module

– Twee belichte cellen • UBuigpunt ~= som van de twee • Pgegenereerd,serie = ΣPgegenereerd, apart

178

Besluiten • Zonnecellen in parallel – Één donkere cel • I ~= I1module

– Twee belichte cellen • IBuigpunt ~= som van de twee • Pgegenereerd,serie ~= ΣPgegenereerd, apart

179

Besluiten • Een module onder een hoek belicht – Hoek

=> minder stroom

– Ubuigpunt blijft ongeveer gelijk




180

Hybride systemen Moens Dieter Del Tedesco Nicolas

181

Hybride systeem

182

183

Hybride systemen • • • • • •

Introductie Methodes Systeem beschrijving en modellen Voorbeeld 1 Voorbeeld 2 Conclusie

184



185

Introductie • Waarom hernieuwbare energie systemen ? – Pollutie vrij – Oneindige voorraad energiebron

• Waarom hybride systemen ? – Hogere beschikbaarheid en dus een meer betrouwbaar systeem – Geen (minder) overdimensionering

• Verschillende combinaties mogelijk, zon/wind hybride

186



187

Methodes • Analytisch – Mathematisch model

• Simulatie – Door proces te simuleren, schatting van de betrouwbaarheid – Serie van experimenten: variaties van windsnelheid, zonnestraling, belasting,… – Verschillende types: • 1e chronologische perioden reeks: – Zeer veel data nodig, meestal niet beschikbaar is in ontwerpfase.

• 2e waarschijnlijkheidsmethode: – Variabelen = willekeurige waarden – Distributie functies om variabelen waarden mee te geven

• 3e energie balans: – Gemiddelde waarden (maandelijks, dagelijks) – Inefficiëntie: geeft niet de (snelle) variaties van energiebronnen en belasting(en)

188

Hybride systemen • Introductie • Methodes • Systeem beschrijving en modellen – – – –

WECS model PVS model Hybrid system model EENS

• Voorbeeld 1 • Voorbeeld 2 • Conclusie

189

Systeem beschrijving en modellen • • • •

WECS model PVS model Hybride systeem model EENS

190

Systeem beschrijving en modellen • WECS: wind energie conversie systeem • PVS : photovoltaïsch systeem • Via controle eenheid met het net en belasting verbonden • Bi-directionele connectie

191

Systeem beschrijving en modellen • Introductie • Methodes • Systeem beschrijving en modellen – – – –



192

WECS model • Benodigde data: – Windsnelheid (over lange periode) – Karakteristiek uitgangsvermogen

• Voor het berekenen van de verdelingsfunctie f(Pw) en de cumulatieve verdelingsfunctie F(Pw) dienen een aantal parameters gekend te zijn: – – – –

Vc: cut-in wind snelheid (3,6 m/s) Vr: nominale (rated) wind snelheid (12,5m/s) Vf: cut-out wind snelheid (14,5m/s) Pr: nominaal vermogen (1,5kW)

Ref.: G.Tina, S. Gagliano, S. Raiti (maart 2005). Hybrid solar/wind power system probabelistic modelling for long-term performance assesment

193

• Pw: gegenereerd vermogen door de windturbine

194




195

PVS model • Hoeveelheid zonnestraling die de aarde bereikt is afh. van de plaats • Wolken zijn de grootste invloedsfactor • Kt: dagelijkse helderheid index=It/I0 • It: irradiatie op aarde • I0: totale irradiantie • PV panelen met PPV = 240 W

196

• Het PV vermogen: • Verdelingsfuncties voor het PV vermogen

197




198

Hybride systeem model • Het vermogen van het hybridesysteem is de som van de vermogens van WECS en PVS

199




200

EENS • ‘Expected energy not supplied’ • Als de belasting het gegenereerde vermogen overstijgt • Als de belasting groter is dan Phmax: • Als Phmin ≤ L ≤Phmax: • Als L
201

• Via statistische weg kan men de lange termijn prestaties van een hybride systeem evalueren • Het is niet makkelijk dergelijk systeem te ontwerpen, vooral voor stand-alone toepasssingen die continue veromogen vragen

202



203

Voorbeeld 1 • • • •

Eiland in Italië Lage gemiddelde windsnelheid (4.55m/s) Equivalent zonne-uren:ESH=5.5h Voordeel in dit geval: als er weinig wind is, is er veel zon

204

• Grote variatie in belasting in functie van de maand (afhankelijk van vakanties)

• Grote verhouding van minimale en maximale belasting

205

• Het gekozen vermogen van het hybride systeem is 80 kW • Er zijn verschillende mogelijkheden van de combinatie, van volledige productie met PV zonnepanelen tot volledige productie d.m.v. windturbines

206

• Ook de hoek van de photovoltaïsche panelen kan variëren:

• In dit geval is het best om β=0° te nemen, zodat meer energie in de zomer gegenereerd wordt (de belasting is dan het hoogst)

207

• Om te weten te komen wat de beste combinatie is, moet er een optimalisatie probleem worden opgelost • De oplossing is verkregen via Simulink, een Matlab functie

208



209

Voorbeeld 2 • Mongolië • 140 000 windturbines • Leveren 1/3 van niet aan het net geconnecteerde huishoudens • Probleem: zomermaanden = weinig wind • Oplossing: hybride systeem zon/wind

210

211

• Belasting: – Groot ~ 1075 kWh/jaar – Klein ~ 166 kWh/jaar – Gemiddelde Î 633 kWh/jaar

• Variatie door al dan niet gebruik van toestellen zoals – Koelkast – Wasmachine – droogkast

212

213

214

215



216

Conclusie • Complementaire profielen van zonneen windenergie Î Combinatie van windturbine en PV resulteren in betere energiehuishouding




217

218

Conclusie • • • •

Verschillende maten en vormen Zelf installeren Eventueel in combinatie met PV Opbrengsten (gegenereerd vermogen)

Bedankt voor uw aandacht Zijn er nog vragen?

219

Microwindturbines & Hybridesystemen

Recommend Documents