The Netherlands is aiming for the roll-out of more solar PV. However like many densely populated countries, the country is running into issues of lack of space. Opportunities around infrastructural works like highways provide space without compromising the landscape. Examples of this double use are already developed and demonstrated, like for instance sound barriers and solar roads. New is the combination of solar PV with traffic barriers. This has a big potential since the Dutch main road network had 7.500 km of guiderail and the construction to put PV on is already there. In the MESH (Modular E cover for Solar Highways) project a consortium of knowledge institutes, a province and companies developed a prototype and tested it in a pilot. The consortium consists of TNO, Solliance (in which TNO is a partner, a high-end research institute for flexible thin film solar cells such as CIGS and Perovskite), Heijmans Infra (focusing mainly on the construction, improvement and maintenance of road infrastructure, including guiderails), DC Current (applying innovations with regard to power optimizers for the linear PV application), the Province of Noord-Holland (which acts as a leading customer) and the Amsterdam University of Applied Sciences (AUAS) as a knowledge institution that links education and research. In this project the theme Sustainable Energy Systems of AUAS is involved with both lecturers and student groups. In the project, Solliance investigated and developed the flexible thin film PV technology to be applied with a focus on shape and reliability. TNO and Heijmans developed a modular casing concept and a fastening system that allows quick installation on site. DC Current worked on the DC management with regard to voltage, electrical safety and minimizing failure in case of collision. At the end of the project, the partners in the consortium have validated knowledge about how to integrate PV into the guiderail and can start with the scaling up of the technology for commercial applications. In order to meet the various requirements for traffic safety on the one hand and generating electricity on the other hand, the Systems Engineering methodology was leading during the project. In the project we first built a small, but full scale prototype and invited safety experts to evaluate the design. With this feedback we made a redesign for the pilot. This pilot is placed on the highway as safety barrier and tested for a year. In a presentation at EU PVSEC18 [1] K.Sewalt reported on the design phase. This time we want to present the results of our test phase and give answers on our research questions.
DOCUMENT
Renewable energy sources have an intermittent character that does not necessarily match energy demand. Such imbalances tend to increase system cost as they require mitigation measures and this is undesirable when available resources should be focused on increasing renewable energy supply. Matching supply and demand should therefore be inherent to early stages of system design, to avoid mismatch costs to the greatest extent possible and we need guidelines for that. This paper delivers such guidelines by exploring design of hybrid wind and solar energy and unusual large solar installation angles. The hybrid wind and solar energy supply and energy demand is studied with an analytical analysis of average monthly energy yields in The Netherlands, Spain and Britain, capacity factor statistics and a dynamic energy supply simulation. The analytical focus in this paper differs from that found in literature, where analyses entirely rely on simulations. Additionally, the seasonal energy yield profile of solar energy at large installation angles is studied with the web application PVGIS and an hourly simulation of the energy yield, based on the Perez model. In Europe, the energy yield of solar PV peaks during the summer months and the energy yield of wind turbines is highest during the winter months. As a consequence, three basic hybrid supply profiles, based on three different mix ratios of wind to solar PV, can be differentiated: a heating profile with high monthly energy yield during the winter months, a flat or baseload profile and a cooling profile with high monthly energy yield during the summer months. It is shown that the baseload profile in The Netherlands is achieved at a ratio of wind to solar energy yield and power of respectively Ew/Es = 1.7 and Pw/Ps = 0.6. The baseload ratio for Spain and Britain is comparable because of similar seasonal weather patterns, so that this baseload ratio is likely comparable for other European countries too. In addition to the seasonal benefits, the hybrid mix is also ideal for the short-term as wind and solar PV adds up to a total that has fewer energy supply flaws and peaks than with each energy source individually and it is shown that they are seldom (3%) both at rated power. This allows them to share one cable, allowing “cable pooling”, with curtailment to -for example-manage cable capacity. A dynamic simulation with the baseload mix supply and a flat demand reveals that a 100% and 75% yearly energy match cause a curtailment loss of respectively 6% and 1%. Curtailment losses of the baseload mix are thereby shown to be small. Tuning of the energy supply of solar panels separately is also possible. Compared to standard 40◦ slope in The Netherlands, facade panels have smaller yield during the summer months, but almost equal yield during the rest of the year, so that the total yield adds up to 72% of standard 40◦ slope panels. Additionally, an hourly energy yield simulation reveals that: façade (90◦) and 60◦ slope panels with an inverter rated at respectively 50% and 65% Wp, produce 95% of the maximum energy yield at that slope. The flatter seasonal yield profile of “large slope panels” together with decreased peak power fits Dutch demand and grid capacity more effectively.
DOCUMENT
PV systems are used more and more. Not always is it possible to install them in the optimal direction for maximum energy output over the year. At the Johan Cruijff ArenA the PV panels are placed all around the roof in all possible directions. Panels oriented to the north will have a lower energy gain than those oriented to the south. The 42 panel groups are connected to 8 electricity meters. Of these 8 energy meters monthly kWh produced are available. The first assignment is to calculate the energy gains of the 42 panel groups, and connect these in the correct way with the 8 energy meter readings, so simulated data is in accordance with measured data.Of the year 2017 there are also main electricity meter readings available for every quarter of an hour. A problem with these readings is that only absolute values are given. When electricity is taken of the grid this is a positive reading, but when there is a surplus of solar energy and electricity is delivered to the grid, this is also a positive reading. To see the effect on the electricity demand of future energy measures, and to use the Seev4-City detailed CO2 savings calculation with the electricity mix of the grid, it is necessary to know the real electricity demand of the building.The second assignment is to use the calculations of the first assignment to separate the 15 minute electricity meter readings in that for real building demand and for PV production.This document first gives information for teachers (learning goals, possible activities, time needed, further reading), followed by the assignment for students.
DOCUMENT
Nederland streeft naar een verduurzaming van het energiesysteem. In 2020 moet 14% van onze energie duurzaam opgewekt zijn, waarbij de zon, naast wind, als belangrijkste duurzame energiebron gezien wordt. Systemen voor geconcentreerde zonne-energie kunnen worden ingezet voor het opwekken van elektrische en/of thermische energie. Grootschalige systemen (multi-MW) met spiegels worden reeds toegepast in zonnevelden. Het HAN Lectoraat Duurzame Energie werkt al enige jaren aan innovatieve systemen met lenzen waarbij naast het concentreren van direct licht het overblijvende diffuse licht beschikbaar is voor verlichting van de onderliggende ruimte. We willen de in eerdere projecten opgedane kennis en ervaring nu inzetten in een nieuw project, waarin we streven van prototype naar toepassing te komen. De bedrijven zijn benaderd over de nog openstaande vragen. Hieruit is een nieuwe onderzoeksvraag gevormd: Hoe kan voor systemen van geconcentreerde zonne-energie voor toepassingen in glastuinbouw en gebouwde omgevingen voor de productie van zowel elektriciteit als warmte, de energie-opbrengst verhoogd worden door een optimaler gebruik van de lichtinval en met een compacter en duurzamer systeem? In dit project, CONSOLE (acroniem voor CONcentrated SOLar Energy), gaan we werken aan het optimaliseren van de bestaande systemen en het ontwerpen van verbeterde (hybride) systemen voor het opwekken van warmte en elektriciteit in kassen en gebouwde omgeving. We gebruiken hiervoor zowel modellering als meten en testen en komen vanuit een inventarisatie tot een pakket van eisen wat uiteindelijk tot verbeterde prototypes leidt die geschikt zijn voor commerciële toepassing. We doen dit vanuit een nauwe samenwerking met 12 MKB’s, een branche-organisatie en een Centre of Expertise. Daarnaast is er een directe koppeling met het onderwijs, door de betrokkenheid van docent-onderzoekers en studenten in semesterprojecten, stages en afstudeerprojecten.
In dit project wordt de techno-economische en sociale haalbaarheid getest van een zonwering systeem dat tevens zonne-stroom en –warmte opwekt, passieve ruimtekoeling levert, en een deel van het natuurlijk daglicht binnenlaat, gericht op appartementenhoogbouw: een sector waarin op dit moment enorm wordt geworsteld met duurzame energie oplossingen. Het gaat om een horizontaal systeem van spiegelende lamellen voor installatie aan een buitengevel, voor glaspartijen. Het systeem gebruikt één gecentraliseerde pv receiver per serie lamellen, waardoor de kostprijs gedrukt wordt. Het systeem is vernieuwend omdat energiewinning uit glazen elementen bij bestaande bouw bijna niet bestaat. Tevens biedt het de kans de integrale energiehuishouding van appartementenhoogbouw te bedienen in één enkel systeem. Het Solar Energy Blinds systeem is ontworpen om laagdrempelig te installeren te zijn in de bestaande bouw, aan de buitengevel en het systeem laat zich uitermate goed schalen. Uitgangspunt voor deze validatie en haalbaarheidsstudie is een bestaand proof-of-concept tafelmodel prototype. Experimentele tests worden verricht naar i) de elektriciteitsopwekking, via IV bepalingen aan de pv cellen, ii) warmte van het systeem, via continue logging van thermokoppels op verschillende plaatsen op de receivers, iii) lichtdoorlatendheid van het systeem met photometers. We verrichten tests in het lab en ‘on-sun’ in Oost, Zuid, en West oriëntaties. Hieruit komt een werkings- en opbrengstanalyse voort. Gelijktijdig worden verbeteringen ontworpen richting de maakbaarheid, schaalbaarheid, vormgeving, schoonmaak en inpasbaarheid. Op basis van de verbeteringen wordt de kostprijs bepaald. Het bovenstaande dient als input voor een haalbaarheidsanalyse. Het consortium verspreidt de resultaten van dit project, en bereidt op basis van de resultaten een vervolg-subsidieaanvraag voor, zo nodig met een uitbreiding van het consortium.
Vanuit het bedrijfsleven is vraag naar het ontwikkelen van coatings met specifieke hoogwaardige eigenschappen. Een technisch haalbare en kosten efficiënte methode om dit te doen is door het inmengen van nanodeeltjes in coatings of in polymeren. Op dit moment is de beschikbaarheid (op grotere schaal) van hoogwaardige nanodeeltjes (grootte en deeltjesgrootte distributie) echter nog een knelpunt. Microreactortechnologie kan hiervoor een goede uitkomst bieden. In een microreactor kunnen reactiecondities zeer goed gecontroleerd worden en daardoor zal de reproduceerbaarheid goed zijn. Ook is het eenvoudig om een reactie in een microreactor op te schalen naar een groter volume. In het RAAK-MKB project Flow4Nano worden 2 sleutel technologieën van het lectoraat Material Sciences van Zuyd Hogeschool bij elkaar gebracht: nanotechnologie en microreactor technologie. In dit project zal de focus liggen op de toepassing van nanodeeltjes in optische coating voor zonnecellen en voor glastuinbouw. De toepassing in zonnecellen is een focus van het lectoraat Zonne Energie in de Gebouwde Omgeving van Zuyd. De toepassing in de glastuinbouw is een focus van de Hogeschool Arnhem Nijmegen in het lectoraat duurzame energie. De onderzoekvraag voor dit project is: “Can we produce nanoparticles with high specificity for use in advanced coatings and polymers with tailored functionalities for application in greenhouses and solar cells using (micro)flow?” De consortiumleden Zuyd Hogeschool / lectoraat material sciences (microreactor technologie / nanotechnologie), TNO/brightlands Material Centre (nanomaterialen voor energietoepassingen), Kriya Materials (producent nanodeeltjes) en Chemtrix (microflow apparatuur) zullen TiO2 en ZnO nanodeeltjes maken en karakteriseren. De consortiumpartners Zuyd / lectoraat Zonne-energie in de duurzaam gebouwde omgevingen HAN (lectoraat duurzame energie) zullen de geproduceerde nanodeeltjes testen in optisch actieve coatings voor toepassingen in zonne-energie en glastuinbouw respectievelijk. De consortiumpartner NanoHouse zal het stuk disseminatie op zich nemen.