Microwindturbines & Hybridesystemen 1
2 Microwindturbines & Hybridesystemen Inleiding Typevoorbeelden van microwindturbines Opstelling van een microwindturbine Labo Windenergie Zonne-energie Hybride systemen Conclusie
3 Microwindturbines & Hybridesystemen Inleiding Typevoorbeelden van microwindturbines Opstelling van een microwindturbine Labo Windenergie Zonne-energie Hybride systemen Conclusie
Inleiding 4
5 Inleiding Geschiedenis Wat is een microwindturbine? Waarom installeren? Verschillende types Mogelijke afmetingen
6 Inleiding Geschiedenis Wat is een microwindturbine? Waarom installeren? Verschillende types Mogelijke afmetingen
Inleiding Geschiedenis 7-200 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 Inleiding Geschiedenis Wat is een microwindturbine? Waarom installeren? Verschillende types Mogelijke afmetingen
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 Inleiding Geschiedenis Wat is een microwindturbine? Waarom installeren? Verschillende types Mogelijke afmetingen
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 Inleiding Geschiedenis Wat is een microwindturbine? Waarom installeren? Verschillende types Mogelijke afmetingen
Inleiding Verschillende types 13 De verschillen zijn er door de positie van de as: Horizontaal Verticaal Darieus windturbine Savonius windturbine
14 Inleiding Geschiedenis Wat is een microwindturbine? Waarom installeren? Verschillende types Mogelijke afmetingen
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 Microwindturbines & Hybridesystemen Inleiding Typevoorbeelden van microwindturbines Opstelling van een microwindturbine Labo Windenergie Zonne-energie Hybride systemen Conclusie
Typevoorbeelden van Microwindturbines Billiet Davy Beyaert Xavier 17
18 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Overzicht Aërodynamische windturbines Darieus-type Weerstandstype Voorbeelden
19 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Overzicht Aërodynamische windturbines Darieus-type Weerstandstype Voorbeelden
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 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Overzicht Aërodynamische windturbines Darieus-type Weerstandstype Voorbeelden
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 Aërodynamische windturbines horizontale as: kruien duur hoog rendement verticale as (Darrieus [1927]) altijd goede richting minder onderhoud niet zelfstartend
24 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Overzicht Aërodynamische windturbines Darieus-type Weerstandstype Voorbeelden
Darrieus turbine 25
26 Darrieus turbine Enkele nadelen: trilt hevig lawaaierig laag rendement
27 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Overzicht Aërodynamische windturbines Darieus-type Weerstandstype Voorbeelden
28 Weerstandsturbines Savonius (1922) verticaal volledig windoppervlak bestreken draait door wind zelf η max = 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 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Voorbeelden Swift Turby Tulipo MotorWind WindHELIX WindWall Duogen Magenn air rotor system
31 HAT - SWIFT horizontale type stil, vibratievrij eenvoudige installatie veilig, efficiënt, onderhoudsvrij autonoom MPPT-controller weerstandsturbine
32 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Voorbeelden Swift Turby Tulipo MotorWind WindHELIX WindWall Duogen Magenn air rotor system
33 VAT - TURBY verticale type aërodynamische windturbine niet autonoom traagdraaiend ideaal voor bebouwde gebieden
Turby Concept 34 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 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Voorbeelden Swift Turby Tulipo MotorWind WindHELIX WindWall Duogen Magenn air rotor system
38 HAT - Tulipo Geluidsarm Ashoogte: 12,5 m Levensduur 15 jaar Onderhoud 1 x per jaar Netkoppeling mogelijk Laag toerental Variabel toerental
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 4000 8000 kwh/jaar
Tulipo Kenmerken 40
41 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Voorbeelden Swift Turby Tulipo MotorWind WindHELIX WindWall Duogen Magenn air rotor system
HAT - MotorWind 42
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
MotorWind Kenmerken 44
MotorWind Kenmerken 45
46 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Voorbeelden Swift Turby Tulipo MotorWind WindHELIX WindWall Duogen Magenn air rotor system
47 VAT - WindHELIX Savonius-type In elkaar gedraaid Draaiing 180 graden
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
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 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Voorbeelden Swift Turby Tulipo MotorWind WindHELIX WindWall Duogen Magenn air rotor system
VAT - WindWall 51
WindWall Kenmerken 52 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
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 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Voorbeelden Swift Turby Tulipo MotorWind WindHELIX WindWall Duogen Magenn air rotor system
Duogen Water/Wind 55
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 Typevoorbeelden van Microwindturbines Soorten Voorbeelden Swift Turby Tulipo MotorWind WindHELIX WindWall Duogen Magenn air rotor system
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
Magenn air rotor system 62
Magenn air rotor system 63
64 Microwindturbines & Hybridesystemen Inleiding Typevoorbeelden van microwindturbines Opstelling van een microwindturbine Labo Windenergie Zonne-energie Hybride systemen Conclusie
Opstelling van een microwindturbine Dewulf Michael De Coninck Dimitri 65
66 Opstelling van een microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld
Opstelling van een 67 microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld
68 Installatieschema Eilandbedrijf
69 Installatieschema Aansluiting op het net
70 Opstelling van een microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld
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 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
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 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
79 Plaatsing van een microwindturbine Turbulenties vermijden
80 Opstelling van een microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld
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 Gemiddelde turbineprijs Gemiddelde prijs per vermogen
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 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%
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 Energieproductie en financiële opbrengst Energieproductie Gemiddelde windsnelheid: 4,5 m/s op 50 m hoogte
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 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 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.
92 Invloed dag verbruik/ totaal verbruik Het kantelpunt De verhoging van de productie tijdens de dag heeft een voordeel
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%
99 De bekomen winst na een aantal jaar Na 23 jaar wordt er winst gemaakt
100 Opstelling van een microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld
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 Nodige vermogen Dimensionering componenten De generator De rotorbladen De mast
104 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
Opstelling van een 105 microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld De generator De rotorbladen De mast Windturbine afwerken Kostprijs
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
108 De generator Voordelen: Courant op de markt Verschillende kleine vermogens Eenvoudig koppelsysteem Reeds een gelijkrichter en spanningsregelaar aanwezig Werkbesparing
109 De generator Andere mogelijkheden Voorbeelden uit de praktijk: Zelf alternator wikkelen PMG Veel werk Goedkoopste oplossing
110 De generator Andere mogelijkheden Een inductiemotor uitrusten met condensatoren
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
Opstelling van een 112 microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld De generator De rotorbladen De mast Windturbine afwerken Kostprijs
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
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 2 of 3 schoepen monteren Eenvoud: geen roteerbare schoepen Geen snelheidsregeling Invloed op frequentie, vermogen Wordt gelijkgericht en gebufferd, dus geen probleem
116 Uitbalanceren! Lagers Trillingen
117 Praktisch: Snelheid as: 120-300 tr/min Tandriemoverbrenging naar nominaal toerental generator
118 Juiste tandriemoverbrenging belangrijk! Bevat as (moet sterk genoeg zijn) Correcte verhouding Toerental mechanisch beveiligen tegen rukwinden
Opstelling van een 119 microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld De generator De rotorbladen De mast Windturbine afwerken Kostprijs
120 Locatie Op het dak In de tuin Oriëntatie De mast Axiale rotoropstelling: Draaibaar met de wind opstellen
121 De getuide mast -Voor kleinere microwindturbines < 5 kw -Hoogte: 12-24 m moet 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
Zelfgemaakte getuidemast 123
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
Opstelling van een 126 microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld De generator De rotorbladen De mast Windturbine afwerken Kostprijs
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
Inverter AC/DC 128
129 Inverter Bruggelijkrichter AC/DC Spanningsregelaar U=14V
130 Inverter 2500W Input 12V DC Output 230V AC ± 800 Nadeel: DC/AC Harmonischen (PWM)
131 Registratieapparatuur Toerental Windsnelheid Spanning / stroom Sensoren RS485-kabel Vb: Labview software
Opstelling van een 132 microwindturbine Installatieschema Bepaling windkarakteristieken Economische haalbaarheid Praktisch voorbeeld De generator De rotorbladen De mast Windturbine afwerken Kostprijs
133 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
Voorbeelden 134
135 Microwindturbines & Hybridesystemen Inleiding Typevoorbeelden van microwindturbines Opstelling van een microwindturbine Labo Windenergie Zonne-energie Hybride systemen Conclusie
Labo windenergie en zonne-energie Tine Gilis Davy Naesen 136
137 Microwindturbines & Hybridesystemen Inleiding Typevoorbeelden van microwindturbines Opstelling van een microwindturbine Labo Windenergie Zonne-energie Hybride systemen Conclusie
138 Labo Windenergie Inleiding Vermogenkarakteristiek bij constante snelheid Rendement Vermogenkarakteristiek bij constante belasting
139 Labo Windenergie Inleiding Vermogenkarakteristiek bij constante snelheid Rendement Vermogenkarakteristiek bij constante belasting
140 Inleiding Windturbine Superwind 350 Frequentieomvormer Vliegtuigmotor
Superwind 350 141
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 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 - 0,9444 5 10 15 20 25 30 35 frequentie (Hz) Verband tussen frequentie en de windsnelheid Lineair (Verband tussen frequentie en de windsnelheid)
144 Labo Windenergie Inleiding Vermogenkarakteristiek bij constante snelheid Rendement Vermogenkarakteristiek bij constante belasting
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 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 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. 15,41 0 0 0
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 6,98 155,65 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 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 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 0,00 0 5 10 15 20 25 30 35 40 U [V]
150 Vermogenkarakteristiek bij constante snelheid Hogere frequentie hogere snelheid hoger vermogen Maximaal vermogen curve : 3 e macht y= 0.0087x 3.1193
151 Labo Windenergie Inleiding Vermogenkarakteristiek bij constante snelheid Rendement Vermogenkarakteristiek bij constante belasting
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 Rendement f (Hz) v (m/s) P wind [W] P turbine [W] η 10 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% Maximaal 12,83% bij 7,22 m/s Gemiddelde 10,5%
154 Labo Windenergie Inleiding Vermogenkarakteristiek bij constante snelheid Rendement Vermogenkarakteristiek bij constante belasting
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 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 26,3 9 1,8 0
157 Vermogenkarakteristiek bij constante belasting Vermogenkarakteristiek bij constante belasting 70 60 50 P [W] 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 Frequentie [Hz]
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 Microwindturbines & Hybridesystemen Inleiding Typevoorbeelden van microwindturbines Opstelling van een microwindturbine Labo Windenergie Zonne-energie Hybride systemen Conclusie
160 Zonne-energie Bouw zonnecel Theorie karakteristieken Metingen Besluiten
161 Zonne-energie Bouw zonnecel Theorie karakteristieken Metingen Besluiten
162 Bouw zonnecel Zeer zuiver Silicium Één zonnecel U = 1.5 V I = 30mA/cm² Een module = meerdere zonnecellen Serie of parallel
Bouw zonnecel 163
164 Zonne-energie Bouw zonnecel Theorie karakteristieken Metingen Besluiten
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 Theorie karakteristieken Serie- en parallel schakelen 2 cellen 1 cel 2 cellen 1 cel serie parallel
167 Theorie karakteristieken Invloed van de schaduw Serie parallel
168 Theorie karakteristieken Invloed van de temperatuur
169 Zonne-energie Bouw zonnecel Theorie karakteristieken Metingen Besluiten
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
Eén module 171
Twee zonnecellen in serie 172
Twee zonnecellen in parallel 173
174 Eén module onder een hoek belicht
175 Zonne-energie Bouw zonnecel Theorie karakteristieken Metingen Besluiten
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 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 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 Besluiten Een module onder een hoek belicht Hoek => minder stroom U buigpunt blijft ongeveer gelijk
180 Microwindturbines & Hybridesystemen Inleiding Typevoorbeelden van microwindturbines Opstelling van een microwindturbine Labo Windenergie Zonne-energie Hybride systemen Conclusie
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 Hybride systemen Introductie Methodes Systeem beschrijving en modellen Voorbeeld 1 Voorbeeld 2 Conclusie
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 Hybride systemen Introductie Methodes Systeem beschrijving en modellen Voorbeeld 1 Voorbeeld 2 Conclusie
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 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 WECS model PVS model Hybride systeem model EENS Voorbeeld 1 Voorbeeld 2 Conclusie
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
Pw: gegenereerd vermogen door de windturbine 193
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 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
Het PV vermogen: 196 Verdelingsfuncties voor het PV vermogen
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 Hybride systeem model Het vermogen van het hybridesysteem is de som van de vermogens van WECS en PVS
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 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 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 Hybride systemen Introductie Methodes Systeem beschrijving en modellen Voorbeeld 1 Voorbeeld 2 Conclusie
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
Grote variatie in belasting in functie van de maand (afhankelijk van vakanties) 204 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
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 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 Hybride systemen Introductie Methodes Systeem beschrijving en modellen Voorbeeld 1 Voorbeeld 2 Conclusie
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 633 kwh/jaar Variatie door al dan niet gebruik van toestellen zoals Koelkast Wasmachine droogkast
212
213
214
215 Hybride systemen Introductie Methodes Systeem beschrijving en modellen Voorbeeld 1 Voorbeeld 2 Conclusie
216 Conclusie Complementaire profielen van zonneen windenergie Combinatie van windturbine en PV resulteren in betere energiehuishouding
217 Microwindturbines & Hybridesystemen Inleiding Typevoorbeelden van microwindturbines Opstelling van een microwindturbine Labo Windenergie Zonne-energie Hybride systemen Conclusie
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