Microwindturbines & Hybridesystemen

Transcriptie

1 Microwindturbines & Hybridesystemen 1

2 2 Microwindturbines & Hybridesystemen Inleiding Typevoorbeelden van microwindturbines Opstelling van een microwindturbine Labo Windenergie Zonne-energie Hybride systemen Conclusie

3 3 Microwindturbines & Hybridesystemen Inleiding Typevoorbeelden van microwindturbines Opstelling van een microwindturbine Labo Windenergie Zonne-energie Hybride systemen Conclusie

4 Inleiding 4

5 5 Inleiding Geschiedenis Wat is een microwindturbine? Waarom installeren? Verschillende types Mogelijke afmetingen

6 6 Inleiding Geschiedenis Wat is een microwindturbine? Waarom installeren? Verschillende types Mogelijke afmetingen

7 Inleiding Geschiedenis vc eerste windmolen om bloem te maken 12 de 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 8 Inleiding Geschiedenis Wat is een microwindturbine? Waarom installeren? Verschillende types Mogelijke afmetingen

9 Inleiding Wat is een microwindturbine? 9 Windmolen die voor eigen elektriciteitsproductie zorgt Microwindturbine Ø < 4m en P < 3,5 kw Kleine windturbine Ø < 16m en P < 50 kw

10 10 Inleiding Geschiedenis Wat is een microwindturbine? Waarom installeren? Verschillende types Mogelijke afmetingen

11 Inleiding Waarom installeren? 11 Klein systeem met lage kosten Productie hernieuwbare energie C0 2 uitstoot Interessant als er geen connectie met het net mogelijk is

12 12 Inleiding Geschiedenis Wat is een microwindturbine? Waarom installeren? Verschillende types Mogelijke afmetingen

13 Inleiding Verschillende types 13 De verschillen zijn er door de positie van de as: Horizontaal Verticaal Darieus windturbine Savonius windturbine

14 14 Inleiding Geschiedenis Wat is een microwindturbine? Waarom installeren? Verschillende types Mogelijke afmetingen

15 Inleiding Mogelijke maten 15 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 16 Microwindturbines & Hybridesystemen Inleiding Typevoorbeelden van microwindturbines Opstelling van een microwindturbine Labo Windenergie Zonne-energie Hybride systemen Conclusie

17 Typevoorbeelden van Microwindturbines Billiet Davy Beyaert Xavier 17

18 18 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Overzicht Aërodynamische windturbines Darieus-type Weerstandstype Voorbeelden

19 19 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Overzicht Aërodynamische windturbines Darieus-type Weerstandstype Voorbeelden

20 20 Overzicht Horizontale windasturbine HAT Verticale windasturbine VAT windrichting 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 21 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Overzicht Aërodynamische windturbines Darieus-type Weerstandstype Voorbeelden

22 22 Aërodynamische windturbines klein deel van windoppervlak bestreken draait door windstroming (lift) η max = 59% (Betz) onttrekken vermogen haaks op wind bladsnelheid beschikbare energie zelfde vermogen 1/3 oppervlakte

23 23 Aërodynamische windturbines horizontale as: kruien duur hoog rendement verticale as (Darrieus [1927]) altijd goede richting minder onderhoud niet zelfstartend

24 24 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Overzicht Aërodynamische windturbines Darieus-type Weerstandstype Voorbeelden

25 Darrieus turbine 25

26 26 Darrieus turbine Enkele nadelen: trilt hevig lawaaierig laag rendement

27 27 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Overzicht Aërodynamische windturbines Darieus-type Weerstandstype Voorbeelden

28 28 Weerstandsturbines Savonius (1922) verticaal volledig windoppervlak bestreken draait door wind zelf η max = 19% bladsnelheid beschikbare energie lage bladsnelheid weinig geluid?

29 29 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Voorbeelden Swift Turby Tulipo MotorWind WindHELIX WindWall Duogen Magenn air rotor system

30 30 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Voorbeelden Swift Turby Tulipo MotorWind WindHELIX WindWall Duogen Magenn air rotor system

31 31 HAT - SWIFT horizontale type stil, vibratievrij eenvoudige installatie veilig, efficiënt, onderhoudsvrij autonoom MPPT-controller weerstandsturbine

32 32 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Voorbeelden Swift Turby Tulipo MotorWind WindHELIX WindWall Duogen Magenn air rotor system

33 33 VAT - TURBY verticale type aërodynamische windturbine niet autonoom traagdraaiend ideaal voor bebouwde gebieden

34 Turby Concept 34 afstand bladen-as = constant oneven aantal bladen schuine bladmontage

35 35 Turby terreinruwheid wind: weg van minste weerstand langs randen: windophoping gunstige plaatsing + juiste turbinekeuze = rendementsverhoging

36 36 Turby terreinruwheid boven turbulentielaag (± 5m hoog) centraal op het dak

37 37 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Voorbeelden Swift Turby Tulipo MotorWind WindHELIX WindWall Duogen Magenn air rotor system

38 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 39 Bij lage windsnelheden Inschakelsnelheid 3 m/s Uitschakelsnelheid 18 m/s Nominale snelheid 10 m/s Vermogen bij nom. snelheid 2,5 kw kwh/jaar

40 Tulipo Kenmerken 40

41 41 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Voorbeelden Swift Turby Tulipo MotorWind WindHELIX WindWall Duogen Magenn air rotor system

42 HAT - MotorWind 42

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 43

44 MotorWind Kenmerken 44

45 MotorWind Kenmerken 45

46 46 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Voorbeelden Swift Turby Tulipo MotorWind WindHELIX WindWall Duogen Magenn air rotor system

47 47 VAT - WindHELIX Savonius-type In elkaar gedraaid Draaiing 180 graden

48 WindHELIX Kenmerken 48 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 49 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 50 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Voorbeelden Swift Turby Tulipo MotorWind WindHELIX WindWall Duogen Magenn air rotor system

51 VAT - WindWall 51

52 WindWall Kenmerken 52 Darrieus type 2 x 5 m lang en 2,5 m in diameter Asynchrone generator 6 kw kwh/jaar Geluidsarm door vorm Kan niet naar de wind worden gedraaid

53 WindWall Kenmerken 53 Vanaf 3 m/s Vermogen neemt evenredig toe met windsnelheid Nom. windsnelheid 11 m/s Max windsnelheid 25 m/s Redelijk duur systeem

54 54 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Voorbeelden Swift Turby Tulipo MotorWind WindHELIX WindWall Duogen Magenn air rotor system

55 Duogen Water/Wind 55

56 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 57 Duogen Water/Wind 1 knot = 0,51 m/s

58 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 59 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Voorbeelden Swift Turby Tulipo MotorWind WindHELIX WindWall Duogen Magenn air rotor system

60 60 Magenn air rotor system Helium gevuld 3D structuur Groot koppel Lage startsnelheid Praktisch overal bruikbaar Magnus effect Extra lift Stabiliteit Positionering

61 61 Magnus effect Roterende cilinder Luchtlaag meenemen Luchtlaag werkt mee Andere zijde werkt ze tegen Verschil windsnelheid Verschil druk

62 Magenn air rotor system 62

63 Magenn air rotor system 63

64 64 Microwindturbines & Hybridesystemen Inleiding Typevoorbeelden van microwindturbines Opstelling van een microwindturbine Labo Windenergie Zonne-energie Hybride systemen Conclusie

65 Opstelling van een microwindturbine Dewulf Michael De Coninck Dimitri 65

66 66 Opstelling van een microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld

67 Opstelling van een 67 microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld

68 68 Installatieschema Eilandbedrijf

69 69 Installatieschema Aansluiting op het net

70 70 Opstelling van een microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld

71 71 Opstelling van een microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Gemiddelde windsnelheid Windkaart Europa Windkaart Vlaanderen Meten op de site Metingen Beoordeling metingen Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld

72 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 73 Windkaart Europa Op 50 m hoogte

74 74 Windkaart Vlaanderen Op 50 m hoogte

75 75 Opstelling van een microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Gemiddelde windsnelheid Windkaart Europa Windkaart Vlaanderen Meten op de site Metingen Beoordeling metingen Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld

76 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 77 Metingen Gemiddelde windsnelheid en weibullverdeling Windroos

78 78 Beoordeling metingen Turbulentie- en energieroos Verschillende weibullverdelingen voor dezelfde gemiddelde snelheden Welke windrichting heeft de grootste energieinhoud

79 79 Plaatsing van een microwindturbine Turbulenties vermijden

80 80 Opstelling van een microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld

81 Opstelling van een 81 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

82 82 Gemiddelde turbineprijs Gemiddelde prijs per vermogen

83 Opstelling van een 83 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

84 84 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%

85 Opstelling van een 85 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

86 86 Energieproductie en financiële opbrengst Energieproductie Gemiddelde windsnelheid: 4,5 m/s op 50 m hoogte

87 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

88 88 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 (%)

89 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 90 Invloed dagelijks verbruik Bij stijgend dagelijks verbruik Nominaal vermogen molen stijgt Terugbetalingstijd wordt kleiner

91 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.

92 92 Invloed dag verbruik/ totaal verbruik Het kantelpunt De verhoging van de productie tijdens de dag heeft een voordeel

93 93 Dag verbruik/totaal verbruik Invloed van de dagtotaal verhouding op de opbrengst.

94 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 95 Groenestroomcertificatie Groene stroom certificaten Reduceren de terugbetaaltijd

96 96 Invloed van het elektriciteitstarief Het elektriciteitstarief Hoe hoger het tarief, hoe kleiner de terugverdientijd Bepaalt niet het optimale turbinevermogen

97 97 De investeringsfactor De investeringsfactor Hoe kleiner de investeringsfactor, hoe kleiner de terugverdientijd Geen invloed op het optimale turbinevermogen

98 98 De investeringsfactor Bij een investeringsfactor van 2,5%

99 99 De bekomen winst na een aantal jaar Na 23 jaar wordt er winst gemaakt

100 100 Opstelling van een microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld

101 101 Praktisch voorbeeld Zelf een eenvoudige windturbine maken, van het axiale type, voor huishoudelijk gebruik.

102 102 Vooraleer te beginnen Milieuvergunning Bouwvergunning Buren?

103 103 Vooraleer te beginnen Doel?: Deelproductie/ Totaalproductie/ Overproductie Nodige vermogen Dimensionering componenten De generator De rotorbladen De mast

104 104 Nodige vermogen (Totaalproductie) Gemiddeld gezin: 4500 kwh/jaar Windturbine: Gem draaiuren/jaar 1 kw Turbine: 1800 kwh/jaar 2,5 kw Turbine: 4500 kwh/jaar

105 Opstelling van een 105 microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld De generator De rotorbladen De mast Windturbine afwerken Kostprijs

106 106 De generator Alternator uit auto (2,5 kw) Normaal 1kW Nadelen: 2,5 kw is al groot vermogen duur Grote snelheid vereist voor volledig vermogen (6000 tr/min)

107 107

108 108 De generator Voordelen: Courant op de markt Verschillende kleine vermogens Eenvoudig koppelsysteem Reeds een gelijkrichter en spanningsregelaar aanwezig Werkbesparing

109 109 De generator Andere mogelijkheden Voorbeelden uit de praktijk: Zelf alternator wikkelen PMG Veel werk Goedkoopste oplossing

110 110 De generator Andere mogelijkheden Een inductiemotor uitrusten met condensatoren

111 111 De generator Andere mogelijkheden Condensatoren voorzien magnetisatiestroom Zonder de condensatoren moet generator met net verbonden zijn en sneller draaien dan synchroon toerental om energie te leveren Kleinere toerentallen (750/1500/3000) Vele vermogens Weinig onderhoud

112 Opstelling van een 112 microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld De generator De rotorbladen De mast Windturbine afwerken Kostprijs

113 113 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 5,6m diameter Praktische toepassingen: 5m

114 Minihelikopter rotorbladen tot 1,5m diameter, niet duur ( 20 tot 50) 114 Zelf maken uit hout, niet moeilijk met handleiding Voor diameters > 1,5m

115 115 2 of 3 schoepen monteren Eenvoud: geen roteerbare schoepen Geen snelheidsregeling Invloed op frequentie, vermogen Wordt gelijkgericht en gebufferd, dus geen probleem

116 116 Uitbalanceren! Lagers Trillingen

117 117 Praktisch: Snelheid as: tr/min Tandriemoverbrenging naar nominaal toerental generator

118 118 Juiste tandriemoverbrenging belangrijk! Bevat as (moet sterk genoeg zijn) Correcte verhouding Toerental mechanisch beveiligen tegen rukwinden

119 Opstelling van een 119 microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld De generator De rotorbladen De mast Windturbine afwerken Kostprijs

120 120 Locatie Op het dak In de tuin Oriëntatie De mast Axiale rotoropstelling: Draaibaar met de wind opstellen

121 121 De getuide mast -Voor kleinere microwindturbines < 5 kw -Hoogte: m moet boven huizen uitsteken -Constructie -Stalen kabels -Metalen buizen -Voor grotere microwindturbines : vaste paal constructie in een betonnen voet

122 122 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 123

124 124 De vakwerkmast Nadeel Kraan nodig om het op te hijsen Duurder dan een getuide mast Voordeel Geen stalen kabels nodig Stabiel

125 125 Constructie op een zadeldak Trillingen tegengaan door rubberen nippel Turbine < 400 W

126 Opstelling van een 126 microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld De generator De rotorbladen De mast Windturbine afwerken Kostprijs

127 127 De windturbine Bekisten afwerken Stroom niet rechtstreeks gebruiken Frequentie Gelijkrichten en op een batterij plaatsen Buffer en UPS Synchroniseren vooraleer op het net te sturen (Inverter) Registratieapparatuur

128 Inverter AC/DC 128

129 129 Inverter Bruggelijkrichter AC/DC Spanningsregelaar U=14V

130 130 Inverter 2500W Input 12V DC Output 230V AC ± 800 Nadeel: DC/AC Harmonischen (PWM)

131 131 Registratieapparatuur Toerental Windsnelheid Spanning / stroom Sensoren RS485-kabel Vb: Labview software

132 Opstelling van een 132 microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld De generator De rotorbladen De mast Windturbine afwerken Kostprijs

133 133 Kostprijs 2,5 kw Turbine Kant en klaar pakket ( : Turbine: Mast: ± 2000 Totaal: ± Zelfbouw: In de praktijk: ± 2000 à 3000

134 Voorbeelden 134

135 135 Microwindturbines & Hybridesystemen Inleiding Typevoorbeelden van microwindturbines Opstelling van een microwindturbine Labo Windenergie Zonne-energie Hybride systemen Conclusie

136 Labo windenergie en zonne-energie Tine Gilis Davy Naesen 136

137 137 Microwindturbines & Hybridesystemen Inleiding Typevoorbeelden van microwindturbines Opstelling van een microwindturbine Labo Windenergie Zonne-energie Hybride systemen Conclusie

138 138 Labo Windenergie Inleiding Vermogenkarakteristiek bij constante snelheid Rendement Vermogenkarakteristiek bij constante belasting

139 139 Labo Windenergie Inleiding Vermogenkarakteristiek bij constante snelheid Rendement Vermogenkarakteristiek bij constante belasting

140 140 Inleiding Windturbine Superwind 350 Frequentieomvormer Vliegtuigmotor

141 Superwind

142 142 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

143 143 Frequentieomvormer Regeling frequentie vliegtuigmotor Frequentie lineair met windsnelheid windsnelheid (m/s) 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 Verband tussen frequentie en windsnelheid y = 2,8492x - 0, frequentie (Hz) Verband tussen frequentie en de windsnelheid Lineair (Verband tussen frequentie en de windsnelheid)

144 144 Labo Windenergie Inleiding Vermogenkarakteristiek bij constante snelheid Rendement Vermogenkarakteristiek bij constante belasting

145 145 Vermogenkarakteristiek bij constante snelheid Belasting : 0 Ω - Ω Belasting verhogen = versnellen turbine Snelheid ~ weerstand => spanning ~ snelheid Δ belasting => Δ spanning en Δ stroom

146 146 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

147 147 Meting bij 10 Hz U [V] afgelezen in mv I [A] P [W] K.S. 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 O.K. 15,

148 148 Meting bij 15 Hz U [V] afg in mv I [A] P [W] K.S. 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, ,2 5,64 152, , ,2 19,3 3,86 120,43 31,9 17,3 3,46 110,37 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 32,3 15,7 3,14 101,42

149 149 Vermogenkarakteristiek bij constante snelheid Vermogenkarakteristiek bij constante snelheden 180,00 160,00 140,00 120,00 y = 0,0087x 3,1193 P [W] 100,00 80,00 f=10 Hz f=15 Hz f=20 Hz f=25 Hz Reeks5 Macht (Reeks5) 60,00 40,00 20,00 0, U [V]

150 150 Vermogenkarakteristiek bij constante snelheid Hogere frequentie hogere snelheid hoger vermogen Maximaal vermogen curve : 3 e macht y= x

151 151 Labo Windenergie Inleiding Vermogenkarakteristiek bij constante snelheid Rendement Vermogenkarakteristiek bij constante belasting

152 152 Rendement Verhouding turbinevermogen/windvermogen Turbinevermogen = max vermogen Windvermogen η wind = 0.5ρ 3 va met : ρ = luchtdichtheid = 1,2 kg/m³ v = windsnelheid A = doorstroomopp. = π d²/4 = 1,13 m²

153 153 Rendement f (Hz) v (m/s) P wind [W] P turbine [W] η ,05 7,57 10,09% ,4 32,76 12,83% ,09 81,77 10,23% ,72 155,65 9,10% Maximaal 12,83% bij 7,22 m/s Gemiddelde 10,5%

154 154 Labo Windenergie Inleiding Vermogenkarakteristiek bij constante snelheid Rendement Vermogenkarakteristiek bij constante belasting

155 155 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

156 156 Vermogenkarakteristiek bij constante belasting f [Hz] U [V] Afgelezen in mv I [A] P [W] 8,75 0, ,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 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, ,6 49,6 21,79 32,9 8,4 1,68 55,272 23,95 34,6 8,9 1,78 61,588 26,3 9 1,8 0

157 157 Vermogenkarakteristiek bij constante belasting Vermogenkarakteristiek bij constante belasting P [W] Frequentie [Hz]

158 158 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

159 159 Microwindturbines & Hybridesystemen Inleiding Typevoorbeelden van microwindturbines Opstelling van een microwindturbine Labo Windenergie Zonne-energie Hybride systemen Conclusie

160 160 Zonne-energie Bouw zonnecel Theorie karakteristieken Metingen Besluiten

161 161 Zonne-energie Bouw zonnecel Theorie karakteristieken Metingen Besluiten

162 162 Bouw zonnecel Zeer zuiver Silicium Één zonnecel U = 1.5 V I = 30mA/cm² Een module = meerdere zonnecellen Serie of parallel

163 Bouw zonnecel 163

164 164 Zonne-energie Bouw zonnecel Theorie karakteristieken Metingen Besluiten

165 165 Theorie karakteristieken IV-karakteristiek + = 1.ln I 0 I q kt V L oc L kt qv I e I I = 1 0. sc oc mp mp I V I V FF.. =

166 166 Theorie karakteristieken Serie- en parallel schakelen 2 cellen 1 cel 2 cellen 1 cel serie parallel

167 167 Theorie karakteristieken Invloed van de schaduw Serie parallel

168 168 Theorie karakteristieken Invloed van de temperatuur

169 169 Zonne-energie Bouw zonnecel Theorie karakteristieken Metingen Besluiten

170 170 Metingen één module Donkerkarkteristiek Lichtkarakteristiek => verschillende temperaturen Twee modules Parallel en serie Donkerkarakteristiek Lichtkarakteristiek bij één module belicht Lichtkarakteristiek bij twee modules belicht Verschillende temperaturen

171 Eén module 171

172 Twee zonnecellen in serie 172

173 Twee zonnecellen in parallel 173

174 174 Eén module onder een hoek belicht

175 175 Zonne-energie Bouw zonnecel Theorie karakteristieken Metingen Besluiten

176 176 Besluiten Invloed van de temperatuur T => V ok wordt sneller bereikt T => I ks is lager T => hoger vermogen, kleiner bereik Invloed van V ok > I ks

177 177 Besluiten Zonnecellen in serie Één donkere cel stroom verwaarloosbaar Stroom ~= stroom zwakste module Twee belichte cellen U Buigpunt ~= som van de twee P gegenereerd,serie = ΣP gegenereerd, apart

178 178 Besluiten Zonnecellen in parallel Één donkere cel I ~= I 1module Twee belichte cellen I Buigpunt ~= som van de twee P gegenereerd,serie ~= ΣP gegenereerd, apart

179 179 Besluiten Een module onder een hoek belicht Hoek => minder stroom U buigpunt blijft ongeveer gelijk

180 180 Microwindturbines & Hybridesystemen Inleiding Typevoorbeelden van microwindturbines Opstelling van een microwindturbine Labo Windenergie Zonne-energie Hybride systemen Conclusie

181 Hybride systemen Moens Dieter Del Tedesco Nicolas 181

182 Hybride systeem 182

183 183 Hybride systemen Introductie Methodes Systeem beschrijving en modellen Voorbeeld 1 Voorbeeld 2 Conclusie

184 184 Hybride systemen Introductie Methodes Systeem beschrijving en modellen Voorbeeld 1 Voorbeeld 2 Conclusie

185 185 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

186 186 Hybride systemen Introductie Methodes Systeem beschrijving en modellen Voorbeeld 1 Voorbeeld 2 Conclusie

187 187 Methodes Analytisch Mathematisch model Simulatie Door proces te simuleren, schatting van de betrouwbaarheid Serie van experimenten: variaties van windsnelheid, zonnestraling, belasting, Verschillende types: 1 e chronologische perioden reeks: Zeer veel data nodig, meestal niet beschikbaar is in ontwerpfase. 2 e waarschijnlijkheidsmethode: Variabelen = willekeurige waarden Distributie functies om variabelen waarden mee te geven 3 e energie balans: Gemiddelde waarden (maandelijks, dagelijks) Inefficiëntie: geeft niet de (snelle) variaties van energiebronnen en belasting(en)

188 188 Hybride systemen Introductie Methodes Systeem beschrijving en modellen WECS model PVS model Hybrid system model EENS Voorbeeld 1 Voorbeeld 2 Conclusie

189 189 Systeem beschrijving en modellen WECS model PVS model Hybride systeem model EENS

190 190 Systeem beschrijving en modellen WECS: wind energie conversie systeem PVS : photovoltaïsch systeem Via controle eenheid met het net en belasting verbonden Bi-directionele connectie

191 191 Systeem beschrijving en modellen Introductie Methodes Systeem beschrijving en modellen WECS model PVS model Hybride systeem model EENS Voorbeeld 1 Voorbeeld 2 Conclusie

192 192 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 193

194 194 Systeem beschrijving en modellen Introductie Methodes Systeem beschrijving en modellen WECS model PVS model Hybride systeem model EENS Voorbeeld 1 Voorbeeld 2 Conclusie

195 195 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 P PV = 240 W

196 Het PV vermogen: 196 Verdelingsfuncties voor het PV vermogen

197 197 Systeem beschrijving en modellen Introductie Methodes Systeem beschrijving en modellen WECS model PVS model Hybride systeem model EENS Voorbeeld 1 Voorbeeld 2 Conclusie

198 198 Hybride systeem model Het vermogen van het hybridesysteem is de som van de vermogens van WECS en PVS

199 199 Systeem beschrijving en modellen Introductie Methodes Systeem beschrijving en modellen WECS model PVS model Hybride systeem model EENS Voorbeeld 1 Voorbeeld 2 Conclusie

200 200 EENS Expected energy not supplied Als de belasting het gegenereerde vermogen overstijgt Als de belasting groter is dan P hmax : Als P hmin L P hmax : Als L<P hmin : Energy index of reliability:

201 201 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

202 202 Hybride systemen Introductie Methodes Systeem beschrijving en modellen Voorbeeld 1 Voorbeeld 2 Conclusie

203 203 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) 204 Grote verhouding van minimale en maximale belasting

205 205 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: 206 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)

207 207 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

208 208 Hybride systemen Introductie Methodes Systeem beschrijving en modellen Voorbeeld 1 Voorbeeld 2 Conclusie

209 209 Voorbeeld 2 Mongolië windturbines Leveren 1/3 van niet aan het net geconnecteerde huishoudens Probleem: zomermaanden = weinig wind Oplossing: hybride systeem zon/wind

210 210

211 211 Belasting: Groot ~ 1075 kwh/jaar Klein ~ 166 kwh/jaar Gemiddelde 633 kwh/jaar Variatie door al dan niet gebruik van toestellen zoals Koelkast Wasmachine droogkast

212 212

213 213

214 214

215 215 Hybride systemen Introductie Methodes Systeem beschrijving en modellen Voorbeeld 1 Voorbeeld 2 Conclusie

216 216 Conclusie Complementaire profielen van zonneen windenergie Combinatie van windturbine en PV resulteren in betere energiehuishouding

217 217 Microwindturbines & Hybridesystemen Inleiding Typevoorbeelden van microwindturbines Opstelling van een microwindturbine Labo Windenergie Zonne-energie Hybride systemen Conclusie

218 218 Conclusie Verschillende maten en vormen Zelf installeren Eventueel in combinatie met PV Opbrengsten (gegenereerd vermogen)

219 Bedankt voor uw aandacht Zijn er nog vragen? 219