De PV-wirefree zonwering: Een adaptief buitenzonweringsysteem met draadloos geïntegreerde zonnecellen

De PV-wirefree zonwering: Een adaptief buitenzonweringsysteem met draadloos geïntegreerde zonnecellen

Broersma, S.

Van den Dobbelsteen, A.A.J.F. (mentor)
Van Swieten, P.M.J. (mentor)

Architecture

2008-06-26

De PV-wirefree zonwering is een adaptief buitenzonweringsysteem met draadloos geïntegreerde zonnecellen. Dit bouwcomponent vervult de functie van een zonweringsysteem met draaibare lamellen en kan tevens op duurzame wijze in een deel van de elektrische energie van het gebouw voorzien. Metalen draagconstructie dient als geleider Brede PV-laminaten dienen als de lamellen van de zonwering. De boven elkaar gelegen draaibare lamellen zijn tegelijkertijd elektronisch en mechanisch met twee aluminium profielen verbonden, deze vormen de draagconstructie en de elektronische geleiders van het zonweringsysteem. Het ´ne profiel dient als pluspool, het andere als de minpool.Het gehele elektronische circuit is van aluminium zodat geen corrosie tussen verschillende metalen optreedt en het circuit betrouwbaar blijft. Twee aluminium steunen per PV-lamel dragen de lamel en dienen ook weer als de polen van het PV-laminaat. Geen elektrische isolatie. Het gehele systeem is hiermee elektronisch parallel geschakeld, vergelijkbaar met het ´ PV-wirefree concept ´, waarmee ECN (Energie-onderzoek Centrum Nederland) zich enkele jaren geleden bezig hield. Met het parallel schakelen wordt de systeemspanning onder de 30 volt gehouden, waardoor het systeem zonder isolatie en andere beveiligingscomponenten ´aanraakveilig´is.Deze ongebruikelijke manier van schakelen levert echter wel aanzienlijke stroomsterktes op die grote transportverliezen van PV-cel tot inverter kunnen opleveren. Doordat de aluminium dragende profielen echter (voor het elektriciteitstransport) een zeer grote doorsnede hebben, kan dit nadeel teniet gedaan worden.Meer directe zonne-energie. De PV-lamellen zijn adaptief: ze kunnen zich gedurende de dag en het jaar aanpassen aan de hoogte van de zon om zo meer directe zonne-energie te kunnen ontvangen. Uit berekeningen naar gedeeltelijke adaptiviteit van PV-vlakken die zich op of aan de gevel bevinden, bleek dat in Nederland tot ruim 26% aan extra energie is op te wekken in hetzelfde vlak, wanneer dit over een horizontale as de zonnestand kan volgen. De introductie van een tweede, verticale as waarbij het PV-vlak aan de gevel ook nog gedeeltelijk de zon kan volgen door zich aan de azimuthoek van de zon (hoek t.o.v. het zuiden) aan te passen, bleek slechts 2% extra energie te genereren en door de benodigde aanpassingen aan het systeem, niet rendabel.Eén prefab element. Het PV-wirefree zonweringsysteem is hier ontwikkeld voor een gebouw met een traveemaat van 3.6 x 3.2 meter in de gevel. De optimale elektronische lay-out van een gesloten PV-systeem is hiervoor bepaald en bestaat uit twee boven elkaar gelegen traveematen. Hierin zijn 14 PV-lamellen boven elkaar geschakeld.Deze afmeting maakt het nog mogelijk om het zonweringsysteem als één groot prefab element te ontwikkelen, waarin alle onderdelen reeds gemonteerd zijn. De inverter, de motor en de overige delen die de beweging van de lamellen aansturen, zijn onzichtbaar in de smalle loopbrug van het zonweringsysteem geplaatst. Verwijderen van een rooster onder de loopbrug verschaft toegang tot deze componenten. In het gehele bouwcomponent is er telkens mee rekening gehouden om geen elektrische verbinding te maken tussen de beide profielen en consoles. De loopbrug is dan ook van kunststof.Opbrengst en terug-verdien-tijd. De te verwachten jaarlijkse energieopbrengst per prefab element is voor Nederland maximaal ruim 1800 kWh per prefab element, dit is zon 90 kWh/m2-gevel. In Italië levert één prefab element bijna 3000 kWh en in Sudan bijna 4000 kWh. Hiermee bedraagt de energy payback time voor het gehele PV-wirefree zonweringsysteem in Nederland ongeveer 5 jaar, in Italië ongeveer 3 jaar en in Sudan ruim 2 jaar.

zonnecellen
zonwering
pv-cellen

http://resolver.tudelft.nl/uuid:9812d42c-c924-47c9-be70-bf0f3f4548db

TU Delft, Architecture, Building Technology

Student theses

master thesis

(c) 2008 Broersma, S.