Description
Photovoltaic (PV) technology has the potential to be integrated on many surfaces in various environments, even on water. Modeling, design, and realization of a floating PV system have more challenges than conventional rooftop or freestanding PV system. In this work, we introduce two innovative concepts for floating bifacial PV systems, describing their modeling, design, and performance monitoring. The developed concepts are retractable and enable maximum energy production through tracking the Sun. Various floating PV systems (monofacial, bifacial with and without reflectors) with different tilts and tracking capabilities are installed on a Dutch pond and are being monitored. Results of the thermal study showed that partially soaking the frame of PV modules into water does not bring a considerable additional yield (+0.17%) and revealed that floating PV modules experience higher temperature special variance compared with land‐based systems. Observations showed that the birds' presence has a severe effect on floating PV performance in the short term. Electrical yield investigation concluded that due to low albedo of inland water areas (~6.5%), bifacial PV systems must have reflectors. One‐year monitoring showed that a bifacial PV system with reflector and horizontal tracking delivers ~17.3% more specific yield (up to 29% in a clear‐sky month) compared with a monofacial PV system installed on land. Ecological monitoring showed no discernable impacts on the water quality in weekly samplings but did show significant impacts on the aquatic plant biomass and periods of low oxygen concentrations.
OVER INNOZOWA
INNOZOWA, INNOVATIEVE ZON-PV OP WATER
Duurzame energie, het is gelukkig niet meer weg te denken in onze wereld. De vraag naar schone energie neemt steeds verder toe, en de ontwikkeling van manieren om schone energiebronnen te benutten gaat steeds sneller. Zo zijn er grote (inter)nationale ambities op het gebied van de realisatie van zonne-energie . Voor het realiseren van zonneparken is ruimte nodig. Water biedt in potentie ruimte voor drijvende zonneparken.\
Anticiperend op deze ontwikkeling is Waterschap Rivierenland gestart met het innovatieproject INNOZOWA.
INNOZOWA richt zich op de ontwikkeling van drijvende Zon-PV voor ondiepe wateren zoals waterbergingen. Als waterschap zien we het als onze maatschappelijke taak om te onderzoeken of en hoe zon op ondiepe wateren inpasbaar is met onze wettelijke taakstellingen (schoon en voldoende water). Het gebruik van ondiepe wateren voor drijvende zon-PV biedt kansen, maar brengt ook diverse uitdagingen met zich mee. In de periode 2019-2021 is een eerste verkenning gedaan naar deze kansen en uitdagingen. Aansluitend op deze verkenning starten we in 2022 met een nieuwe fase. Hierbij richten we ons het onderzoeken van ecologisch effect en het reduceren van (constructie)kosten van drijvende zon-pv. Hiervoor realiseren we proefopstellingen, waarin we diverse innovatieve oplossingen toepassen en onderzoeken op effectiviteit. Daarbij zoeken we vooral naar oplossingen die zowel leiden tot kostenreductie als ook negatief effecten op ecologie/waterbeheer kunnen voorkomen. De proefopstellingen zijn dan ook bedoeld om te experimenteren; zo leren we sneller en meer door het gewoon te doen.
Hoe we dat doen?
Het antwoord op die vraag is drieledig:
- Onderzoek
- Slim gebruik maken van beschikbare ruimte
- Flexibel ontwerp
ONDERZOEK
OM EEN GEDEGEN SYSTEEM TE KUNNEN LANCEREN…
Ons onderzoek richt zich op zowel ecologisch als technisch onderzoek.\
Ecologisch onderzoek sluit aan bij de bevindingen uit de eerste fase 2019-2020. Om meer zich te krijgen en duiding te geven aan deze eerste resultaten realiseren we een grootschalige proefopstelling (40 mtr). Hierbij variëren we de bedekkingsgraad met PV-panelen. We doen dit om inzicht te krijgen in het effect dat bedekking heeft op lichtklimaat en daarmee samenhangende ecologische processen. Door de bedekkingsgraad te varieren (50-100%) willen we in beeld brengen welke bedekking maximaal toelaatbaar is voordat dit negatief effect heeft op ecologie.\
Technisch onderzoek richt zich vooral op de effectiviteit van nieuwe innovatieve oplossingen en toepassingen die we integreren in de proefopstelling. Hierbij kan het gaan om de effectiviteit ten aanzien van kostenreductie, of voorkomen van ecologisch effect.
ONTWIKKELINGEN
INNOZOWA is uniek omdat we werken aan de ontwikkeling van een zon op watersysteem dat geschikt is voor ondiepe wateren. Omdat op ondiepe wateren andere belangen spelen wijken we qua ontwikkeling van dit systeem af van bestaande systemen die veelal worden toegepast op diepe wateren.\
We zetten in op nieuwe innovatieve technische ontwikkelingen die zowel bijdragen aan kostenreductie als ook negatief effect op ecologie voorkomen. Daarnaast houden we natuurlijk vast aan de basisprincipes dat zon op water rendabel moet zijn (ten opzichte van land) en dat zon op water het uitvoer van onze waterschapstaken niet mag belemmeren. Daarbij kijken we ook naar het gebruik van biobased materiaal en natuurlijk naar de mogelijkheden van verdere scale-up.
LEREN DOOR TE DOEN
Zowel vanuit onderzoek als ontwikkeling volgden 3 nieuwe pilotopstellingen.
Pilot 1.
Deze proefopstelling is primair gericht op het uitvoeren van ecologisch onderzoek naar de effecten van zon op water. Om het effect van zon op water te kunnen onderzoeken realiseren we een grootschalige proefopstelling (ca 40 meter doorsnee). Omdat vrijwel geen kennis over effecten (welke en wanneer deze optreden) als gevolg van zon op water bekend is, gebruiken we de proefopstelling om deze grenzen te verkennen. De proefopstelling heeft daarom een variabele bedekking. We starten met een bedekking van ca 50%. Afhankelijk van de resultaten voeren we de bedekking op naar 75% of hoger. Op deze wijze willen we inzicht krijgen welk effect welke bedekking heeft op de aquatische ecologie. Aanvullend kijken we ook naar of het bedekken van wateren effect heeft op de uitstoot van broeikasgassen uit wateren.\
Met de proefopstelling onderzoeken we ook hoe effecten op ecologie gemitigeerd, dan wel voorkomen kunnen worden. Hiervoor kijken we vooral naar slimme oplossingen die zowel positief bijdragen aan ecologie als ook economie.
- Suntracking. Uit de eerste pilot volgt dat een zonvolgend zon op watersysteem de energieopbrengst aanzienlijk kan vergroten. Dit helpt om tot een positieve business-case te komen. Omdat de opstelling slechts een 50% bedekkingsgraad heeft is gekozen de open delen in het systeem als zgn lichtstraten in te richten. Deze lichtstraten voorkomen als gevolg van de draaibeweging van het veld continue schaduwwerking onder het veld. Hierdoor kunnen negatieve effecten op ecologie als gevolg van verminderde lichtinval gemitigeerd worden.
- Veldverplaatsing. Het kunnen verplaatsen van een drijvend systeem volgt uit de eerste pilot waarbij het systeem verplaatst moest kunnen worden zodat regulier beheer en onderhoud van het waterschap hier geen hinder van zou ondervinden. Met de proefopstelling pakken we het groots aan. De gehele proefopstelling kan verplaatst worden over het water naar een geheel nieuwe locatie. Hierdoor belemmerd de opstelling niet het reguliere onderhoud van het waterschap, maar daarbij biedt dit de mogelijkheid waarmee aquatische ecologie zich kan herstellen. Dit volgt het principe van de zgn. wisselteelt, waarbij we afhankelijk van de effecten en de snelheid waarmee die optreden de frequentie van het verplaatsen kunnen aanpassen. Ook deze oplossing is gericht op het voorkomen van een continue druk op het onderwaterleven als gevolg van het bedekken van een open watersysteem.
- Aandrijving. Om de proefopstelling te kunnen laten draaien en verplaatsen kiezen we voor een aandrijving met (electrische) motoren. We verwachten dat dit een positief effect heeft op ecologie omdat hierdoor water onder het veld vermengd wordt met water dat niet bedekt is door de drijvende opstelling. Het (actief) vermengen van water kan het wegvallen van wind- en golfwerking door het bedekken van wateren mitigeren en heeft daamee een positief effect op ecologie
- Doorkijk. In potentie kan deze proefopstelling gezien wroden als een eerste mogelijkheid van een geheel autonoom drijvend zon op watersysteem. Een systeem dat (continu) autonoom zonvolgend is en over een beschikbaar areaal van een wateroppervlakte verplaatst waardoor geen negatief op ecologie optreedt.
Pilot 2
Deze proefopstelling is gericht op het reduceren van kosten. Uit de eerste pilot volgt dat zon op watersystemen gevoelig zijn voor windwerking. Hoewel het aantal stormen in Nederland relatief beperkt is, moeten systemen op het water voldoen aan normen voor windlast. Dit betekent dat zon op watersystemen veelal zwaar en/of over gedimensioneerd zijn. De meest voor de hand liggende kostenreductie ligt dan ook in besparen op de constructiekosten.\
De proefopstelling die hiervoor ontwikkeld is, is uniek. Het is ’s werelds eerste zon op watersysteem die windbelasting vermijdt door tijdelijk onder water te zinken. Boven windkracht 6 zakt het hele systeem automatisch onder water. Hierdoor wordt windlast en daarmee ook constructiekosten en schade van het systeem letterlijk vermeden. Zodra de weersomstandigheden weer gunstig zijn, komt het systeem automatisch boven water. Deze proefopstelling is zo revolutionair dat onderzoek en ontwikkeling primair gericht is op proof of principle. Daarna zal deze proefopstelling verder worden doorontwikkeld op efficiëntie.\
Doorkijk. De proefopstelling is zo revolutionair dat we hier een seperate proefopstelling voor realiseren. We verwachten echter dat indien succesvol we deze techniek relatief eenvoudig kunnen vertalen naar grootschalige toepassing zoals in pilot 1. Daarbij speelt dat in verband met de hoogte van de constructie zelf en de beschikbare waterdiepte, het laten zinken van een opstelling in diep water relatief eenvoudiger is dan in ondiep water.
Pilot 3
In deze proefopstelling onderzoeken we de mogelijkheden van het toepassen van biobased materiaal. We hebben gekozen om bamboecomposiet. In deze pilot passen we voor het eerst bamboecomposiet toe voor onderdelen van een drijfconstructie. De mogelijkheid om dit soort materialen te gaan gebruiken hangt nauw samen met de ontwikkeling naar een lichtgewicht constructie die mogelijk is wanneer windlast vermeden kan worden. Deze pilot hangt daarmee nauw samen met pilot 2. Met deze proefopstelling kijken we vooral naar hoe bestendig het materiaal is in het overgangsmilieu tussen lucht en water.
Samenvatting (Dutch description)
Opening pilotinstallatie 20 september 2019 in Weurt
Na twee jaar hard werken is de pilotintallatie INNOZOWA oftewel INNOvatieve ZOn-pv op WAter opgeleverd. Op een plas in Weurt wordt op een revolutionaire manier zonne-energie op water gewonnen.
Waterschap Rivierenland wil innoveren om energietransitie en waterbeheerdoelen met elkaar te verbinden. Zonne-energie is een belangrijke duurzame energiebron die fossiele brandstoffen kan vervangen. De ontwikkeling van zonnepanelen staat dan ook niet stil. Echter, de plaatsing van zonnepanelen op land loopt in Nederland tegen een grens aan. In een waterrijk Nederland wordt vanuit deze ruimtevraag gekeken naar het benutten van oppervlaktewater voor de plaatsing van zonnepanelen.
Dit is de reden waarom Waterschap Rivierenland dit project heeft opgezet. Samen met drie andere partijen -elk met hun eigen specialisme-, is gewerkt aan de energietransitie en waterschap energieneutraal 2030. Het resultaat van deze samenwerking is een nieuw model voor zon pv op water.
De innovatie biedt naast het halen van energiedoelstellingen ook kansen voor waterbeheer. Zo kunnen de drijvende zonnepanelen een meerwaarde bieden voor ecologie.
Met de uitkomsten van deze pilot verwachten de partijen voldoende data en ervaring te hebben om het project verder op te schalen.
Help us provide more detailed information about this project by
contributing!