Fresnel Sonneveld NL - Wageningen UR

gelamineerd. De collector wordt dynamisch in het brandpunt van de lineaire Fresnel lens(concentratie factor van ongeveer 50x) gepositioneerd , zie Fig .8. Door de hoge optischeconcentratie van 50 x kan in vergelijking met een normaal silicium PV-systeem de PV veelkleiner uitgevoerd worden. Het benodigde oppervlak aan CPV-cellen zal daardoor ongeveer2% van het totale kasoppervlak worden. Voor de tuinbouw is hierdoor het lichtverliesaanvaardbaar. Om de overtollige warmte af te voeren moeten de zonnecellen met lucht ofwater gekoeld worden. De dertig monokristallijne zonnecellen zijn in serie geschakeld enhebben een totale lengte van 1,55 m. Deze cellen die geschikt zijn voor de concentratiefactoren tot 100x en zijn uitgevoerd met parallelle dioden. De collectoren worden afgehangenen gepositioneerd met behulp van dunne stalen kabels. Deze kabels worden op- enafgewikkeld op twee stalen assen die elk worden aangedreven door elektrische motoren. Dezeconstructie maakt het mogelijk om met slechts twee elektrische motoren de collectoren ookbij grote oppervlakken (1000-10000m 2 ) in de juiste positie te brengen. In Fig. 9 is deconstructie van de laagste en de hoogste collector weergegeven. Het door de collector volgenvan het brandpunt van de lineaire Fresnel lens is gebaseerd op de continue berekende positie.Hierbij zorgt een fijnregeling voor de optimalisatie van het vermogen. Fig.9 geeft gedurendeeen dag de typische posities van de beide elektromotoren bij het positioneren van de collectorweer.RESULTATEN EN DISCUSSIEMeting van de opbrengst van het systeemHet elektrisch rendement van het systeem werd gemeten met de collector zoals beschrevenonder 2.3. Het effect van schaduwstrepen op de collector werd verminderd door het plaatsenvan parallelle diodes. De eerste metingen laten de combinatie van het schaduweffect, hetspanningsverlies over de diodes en de hoge stroomsterkte van typische 5-10A zien. Ditresulteert in een zeer laag vulfactor van 0,5. In de toekomst echter zullen betere dioden enelektronica resulteren in een hogere vulfactor. Daarom is het rendement berekend met eenvulfactor van 0,7. De resultaten van de metingen op 31 juli 2008 zijn afgebeeld in figuur 10.R1/R2 zijn de posities van de elektrische motoren die de verticale/horizontale coördinatenregelen waarbij de collector op 15 augustus 2008 in de focus werd gehouden. Figuur 11. laateen piekwaarde van 35W/m 2 gemeten tijdens deze dag. Het thermisch rendement isvastgesteld op 170 W/m 2 bij een invallende straling van 640 W/m 2 . Uit deze gegevens zijn dejaarlijkse opbrengsten berekend op basis van typisch Hollandse klimaat gegevens zoalsweergegeven in Fig. 12. De jaarlijkse totale elektrische energie wordt bepaald op 29 kW/m 2en de thermisch energie op 144 kW/m 2 . In Fig. 12 wordt de energieopbrengst als functie vande tijd gegeven. Er zijn mogelijkheden om de opbrengst te verbeteren. systeem. In tabel Iwordt een overzicht gegeven van de transmissie van loodrecht invallende straling, degebruikte cellen voor de collector en de jaarlijkse elektrische energieopbrengst. Uit deze tabelblijkt een verhoging van opbrengst door het gebruik van AR gecoat glas, een goedelaminering tussen lens/glas en het gebruik van triple-junction cellen. In dat geval kan dejaarlijkse opbrengst verhoogd worden tot 100 kW/m 2 .Integratie in het systeem van de kas.Het systeem van een selectieve reflector, cirkelvormig gebogen glasdek, een meet- enregelsysteem voor de positie van de PV-module en de Silicon cell collector zijn geïntegreerdin een kas. In Fig. 9a wordt een zijaanzicht gegeven van de constructie voor hetpositioneren van de PV-cellen m.b.v. twee lineaire actuatoren. Met de twee elektrischeactuatoren worden de PV-cellen in het brandpunt van de door het gebogen glasdekgereflecteerde NIR-straling gehouden. Vanwege de stabiliteit vormen beide actuatoren een

driehoek met de kasconstructie. De constructie van de prototype kas is vergelijkbaar met eentraditionele kas: staanders, tralieliggers, stalen verstevigingen en standaard aluminiumprofielen. Een model van de kas wordt gepresenteerd in Fig. 9b. De overspanning van detralieliggers is 9,60 m met twee daken van 4,80 m. De onderlinge afstand van de tralieliggersis 4,80 m. De glasplaten zijn gemakkelijk te buigen en waterdicht te monteren op devoorgebogen glasroeden, aluminium dakgoten en nokprofiel. Hier is de constructieasymmetrisch gemaakt. De stijve gebogen glasroeden hebben in één richting een helling van30º met de horizontaal.. In de tegenovergestelde richting hebben de glasroeden een helling van60 º met het horizontale vlak, de ventilatieramen zijn in dit deel van het dak opgenomen.. Dewanden van de kas zijn voornamelijk opgebouwd uit polycarbonaat kanaalplaten.CONCLUSIESThe development and testing of a new type of greenhouse with an integrated linear Fresnellens, receiver module and an innovative system for tracking to exploiting all direct radiation ina solar energy system is described. The basic idea of this horticultural application is todevelop a greenhouse for pot plant that is typical shadow plant who does not like directradiation. Removing all direct radiation will drastically reduce the need for cooling undersummer conditions and the need for screens or lime coating of the glass to reflect or block alarge part of the radiation. Calculation shows a maximum light reduction of 81% with thiscovering in the greenhouse. The PV cells are mounted in a framework and controlled inposition with two electric motors. The system with a size of 6 x 6m is integrated in agreenhouse. A peak power of approximately 40 W/m 2 electrical and thermal peak power of170 W/m 2 is expected with an illumination of 900 W/m 2 .The produced energy is determinedon 29 kWh/m 2 and the thermal yield on 144 kWh/m 2 and can be used for energy supply and/orextra cooling with a pad and fan system and/or a desalination system.De ontwikkeling en het testen van een nieuw type kas met een geïntegreerde lineaire Fresnellens, een collector en een innovatief volgsysteem, het benutten van alle directe straling dooreen zonne-energiesysteem is beschreven. Het basisidee van deze toepassing voor de tuinbouwis het ontwikkelen van een kas voor potplanten, typische schaduw planten die niet van directestraling houden. Het verwijderen van alle directe straling zal de noodzaak van de koeling in dezomer drastisch verminderen evenals de noodzaak van scherming en het kalken van het glasom een groot deel van de straling te reflecteren of tegen te houden.. Berekeningen voor dittype bedekking laten een maximum lichtvermindering in de kas met 81% zien.. De PVcellenzijn gemonteerd op een draagconstructie die met twee elektromotoren gepositioneerdkan worden. Het systeem met een omvang van 6 x 6m is geïntegreerd in een kas. Bij eenverlichtingssterkte van 900 W/m2 wordt een piekvermogen van ongeveer 40 W/m2 elektrischen 170 W/m2 thermisch verwacht. De geproduceerde energie wordt bepaald op 29 kWh/m2elektrisch en 144 kWh/m2 thermisch en kan worden gebruikt voor de energievoorziening en/of extra koeling met een pad en fan systeem en/of een ontziltingsinstallatie.DANKZEGGINGDit onderzoek wordt gefinancierd door de SenterNovem (EOS), het ministerie vanLandbouw, Natuur en Voedselkwaliteit (LNV) en het Productschap voor de Tuinbouw (PT).LiteratuurlijstJirka, V., K. Kučeravý, M. Malý, F. Pech, J. Pokorný, 1999, Energy flow in a greenhouseequipped with glass raster lenses, Renewable Energy, 16, pp 660-664Tripanagnostopoulos Y., M.Souliotis, J.K Tonui., A. Kavga, 2004. Irradiation aspects forenergy balances in greenhouses. Greensys2004 Int. conf.; Acta Hort. 691, pp733-740.

Stanghelini C., 1987. Transpiration of Greenhouse Crops. PhD- Thesis WageningenUniversityZondag, H.A., D.W. de Vries, W.G.J. van Velden, R.J.C. van Zolingen and A.A. vanSteenbergen, 2002. The thermal and electrical yield of a PV-Thermal collector. SolarEnergy 72, 113-128.Zwart, H.F. de, 1996, Analyzing energy-saving options in greenhouse cultivation usingsimulation model, PhD- Thesis Wageningen University, IMAG rapport 96-5TabellenTabel 1 Licht Transmissies en geschatte jaarlijkse opbrengst op basis van hoeveelheid lichttransmissie en directe stralingType kasdekSingle PMMAFresnel lensPMMA Fresnel lensin twee lagenPMMA Fresnel lenstussen dubbel glasPMMA Fresnellensgelamineerd tussendubbel glas met ARcoatingTransmissiebij loodrechteTransmissieloodrecht op de kasJaarlijkse opbrengstElectrisch [kWh/m 2 ]inval (%)(%) Si-PV cel Triplejunction-cel93 74 53 10681 64 45 9053 42 30 6190 72 51 102

FigurenFig. 1. Impressie van een kasdek met:A. Normale Fresnel lenzen en CPV modules.B. Lineaire Fresnel lenzen en CPV modulesDe lenzen zijn geïntegreerd tussen dubbel glas (Tekening Bode Project en Techniek).Fig. 2. Dagelijks gemiddelde globale straling in Nederland, verdeeld in diffuus en direct licht..10.90.80.70.6Fractie0.50.40.30.20.10jan feb mrt apr mei jun jul aug sep okt nov decMaandFig. 2. Diffuse en directe straling in Nederland op basis van uurgemiddelden. (rood = fractiedirecte straling, blauw = fractie diffuse straling)

Fig. 3. Plaatsing van de drie Fresnel lenzen van 1x1 m tussen het dubbele glas (totaleomvang is 1x3m).Fig. 4. De werkelijke afmeting van Fresnel kas van 6 x 6 m.Fig. 5. De drie collectoren in de kasFig. 6. De CPV collector met de silicium cellen binnen in de kas

Fig. 7. Doorsnede van de kap met details van de ophanging en stuurinrichting van decollector met weergave van de laagste en de hoogste1.91.71.5Posities1.31.10.90.70.510:00 12:00 14:00 16:00 18:00positieTimeFig. 8. Beide posities van de elektrische motoren waarbij de collector in de focus wordtgehouden op 15 augustus 2008. R1 is de positie van de motor voor de verticale bewegingen R2 is de positie van de motor voor de horizontale beweging..Power [W/m2]5045403530252015105Pnom [W/m2]Pstr [W/m2]100090080070060050040030020010000-1000:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36Time [h]Fig. 9. Gegenereerd nominaal elektrisch vermogen (Pnom) en invallende straling i (Prad)op locatie Wageningen gemeten op 31 juli. 2008.

Fig. 10. Dagelijkse stralingssom (globaal, direct en diffuus) uitgemiddeld over eenjaar op lokatie De Bilt.0.5Weekgemiddelde elektra opbrengst [kWh/dag]0.450.40.350.30.250.20.150.10.05Fig. 11.00 50 100 150 200 250 300 350 400DagnummerWeekgemiddelde van het elektrisch vermogen als functie v.h. dagnummer.