ZonvolgenenbeschaduwingbijHCPV-GOhan.vandersluys.nl/pub/PDFs/2015-11_Onderzoeksmiddag_presentatie.pdf ·...

Zon volgen en beschaduwing bij HCPV-GO

Marc van der Sluys

Paul van Kan, Herold Cremer, Jurgen Reintjes, Zhihao Wu

Lectoraat Duurzame EnergieHogeschool van Arnhem en Nijmegen

Onderzoeksmiddag HAN, november 2015

1/27

Outline

1 Inleiding: HCPV-GO

2 SolTrack: een zonnevolgroutineNauwkeurigheid en verlies van vermogenRefractie in de aardatmosfeerDe SolTrack-routineNauwkeurigheid SolTrackVan SolTrack naar SolTraQ

3 Onderlinge beschaduwing door de HCPV-GO-unitsOntwerp HCPV-GO-unitsModel en opstelling van HCPV-GO-unitsInkomende zonnestraling en beschaduwingVoorbeelden zomer, winter en jaarlijksConclusies en toekomst

2/27

Outline




3/27

HCPV-GO

HooggeConcentreerde PV zonne-energie voor deGebouwde Omgeving

Gebruik een lens om direct zonlicht op een modernezonnecel te projecteren

Diffuus licht blijft over voor verlichting

Toepassingen: kassen, lichtstraten, winkelcentra, etc.

Maar: moet volgen!

4/27

Outline




5/27

Een zonnevolgroutine

Eisen:

Nauwkeurig (. 0,01◦)

Snel (voor microcontroller)

Voor elke locatie op Aarde

Voor elk moment (dagelijkse, jaarlijkse beweging)

Positie in azimutale en parallactische coordinaten

6/27

Nauwkeurigheid

Onnauwkeurig richten leidt tot verlies in vermogen:

S(x) =1

2+

1

π

[

sin−1

(

x− r

r

)

+

(

x− r

r

)√

x

r

(

2−x

r

)

]

x = 0,01◦ → S(x) = 0,4%

x = 0,10◦ → S(x) = 13%

xr-x

r

S(x)

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Misalignment (°)

Fra

cti

onal pow

er

loss

Van der Sluys et al., 20157/27

Refractie

Refractie in de aardatmosfeer:

∼ 0,5◦ bij zonsopkomst en zonsondergang

0◦ in het zenit

Gemiddeld in Nederland: ∼ 0,07◦

8/27

Schrijven en testen

Schrijven van de SolTrack-routine:

Gebaseerd op libTheSky

Correctie voor refractie in de atmosfeer

Conversie naar horizontale, parallactische encardanische coordinaten

Opkomst en ondergang van de Zon

http://soltrack.sf.net

Testen van de routine:

100.000 willekeurige data en tijdstippen:

2014 – 2113Zon boven de horizonazimutale en parallactische coordinaten

Vergelijk met nauwkeurige routines voor:

positie: VSOP87 (∼ 10−6◦)refractie (numerieke integratie)

9/27

Nauwkeurigheid SolTrack

Resultaat:

Nauwkeurigheid: 0,0036 ± 0,0038◦

Verlies vermogen: 0,095%

Van der Sluys et al., in preparation10/27

Nauwkeurigheid SolTrack

Resultaat:

Nauwkeurigheid: 0,0036 ± 0,0038◦

Verlies vermogen: 0,095%

Van der Sluys et al., in preparation11/27

SolTrack vs. SunPos en SPA

Resultaat:

SunPos SPA SolTrackAccuracy abs. 0.073±0.091◦ 0.0023±0.0037◦ 0.0036±0.0038◦

rel. 19.7× 0.62× 1.00×

Power loss 8.2% 0.048% 0.095%CPU time rel. 1.11× 7.13× 1.00×

Van der Sluys et al., 2015 12/27

Van SolTrack naar SolTraQ

Semi-handmatige aansturing

Aansturing vanaf PC

GUI m.b.v. Qt

Demo-mode voor slecht weer

13/27

Outline




14/27

Ontwerp HCPV-GO-units

15/27

Model van een HCPV-GO-unit

Aannames:

Lens: 1× 1m

Diepte: 1m

Rotatiepunt: optimaal voor kleinstedraaicirkel:

#1 → r1 = 0.75m; buffer: 0,1mtussen units: d = 2ri + b = 1,6m

Verwaarloos afmetingen zonnecel

Units in plat vlak

16/27

Opstelling van HCPV-GO-units

2D patroon voor draaicirkels

Rechthoekig

‘Honingraat’

Rijen factor√3/2 dichter op elkaar

15% meer energie-opwekking per m2 (maar: schaduw!)13% minder doorvallend direct zonlicht per m2

17/27

Inkomende zonnestraling

Zonnestraling aan het aardoppervlak:

Zonneconstante (∼ 1361,5W/m2)

Afstand Aarde–Zon (± ∼ 4%)

Extinctie in de atmosfeer vs. hoogte

18/27

Beschaduwing

Onderlinge beschaduwing door HCPV-GO units:

‘Bekijk’ lenzen vanuit de positie van de Zon

Wanneer lenzen overlappen is er sprake vanbeschaduwing

R = Ry(−h) Rz(−A)

=

cosh cosA − cosh sinA sinh− sinh cosA sinh sinA cosh

sinA cosA 0

19/27

Voorbeeld zomer

Veldje HCPV-GO units op 21 juni, 17:24 uur:

Geen beschaduwing; ∼ 977 W/m2 voor PV

Dagelijks 86% voor PV (10,0 kWh/m2 bij 100% Zon)

Dagelijks 36% (max. 48%) direct licht op de grond

Van der Sluys et al., 2015

20/27

Voorbeeld winter

Veldje HCPV-GO units op 21 december, 12:00 uur:

Veel beschaduwing; ∼ 267 W/m2 voor PV

Dagelijks 45% voor PV (1,1 kWh/m2 bij 100% Zon)

Dagelijks 3% direct licht op de grond

21/27

Jaarlijkse gegevens Arnhem

Bij volledige Zon: 2700 kWh/m2 zonlicht beschikbaar

2163 kWh/m2 (80%) voor PV439 kWh/m2 (25%) wordt doorgelaten

22/27

Weerdata van WUR, Haarweg

2002–2011, iedere 10 minuten

Percentage zonneschijn afgeleid uit stralingsmetingen

Gebruik gemiddelde over 10 jaar, voor ieder 10-min slot

23/27


Realistisch weer: 939 kWh/m2 zonlicht (35%)

767 kWh/m2 (28%) voor PV161 kWh/m2 (9%) wordt doorgelaten


24/27


Afstand tussen units: 1.23m (kunnen elkaar raken)

1746/624 kWh/m2 (65/23%) voor PV82/30 kWh/m2 (4.6/1.7%) wordt doorgelaten


25/27

Vergelijken grids:

Afst. PV/m2 PV Grond Raken? Kost/m2

1.60m 767 kWh 80% 25% Nee 100%1.23m 624 kWh 65% 4.6% Kan 171%1.00m 501 kWh 52% 0.9% Steeds 222%

26/27

Conclusies en toekomst

Conclusies:

Nauwkeurige volginrichting HCPV-GO

SolTrack: http://soltrack.sf.netEerste prototype is gebouwd, draait en wordt getest

Modellen HCPV-GO

’s Zomers veel PV en veel direct zonlicht op de grond’s Winters weinig PV en direct zonlicht op de grond

Volgende stappen:

Open loop → closed loop

Corrigeren voor imperfecte installatie

Energieconversie meewegen voor absolute opbrengst

Hoe efficient is HCPV-GO?

HCPV-GO in andere klimaten?

27/27

ZonvolgenenbeschaduwingbijHCPV-GOhan.vandersluys.nl/pub/PDFs/2015-11_Onderzoeksmiddag_presentatie.pdf ·...

Documents

Transcript of ZonvolgenenbeschaduwingbijHCPV-GOhan.vandersluys.nl/pub/PDFs/2015-11_Onderzoeksmiddag_presentatie.pdf ·...