{"id":127,"date":"2007-11-28T08:42:00","date_gmt":"2007-11-28T06:42:00","guid":{"rendered":"urn:uuid:{a.guid}"},"modified":"2011-01-05T17:43:20","modified_gmt":"2011-01-05T16:43:20","slug":"flatcon_csp_zonne_energie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/articles\/2007\/11\/28\/flatcon_csp_zonne_energie\/","title":{"rendered":"FLATCON CSP, een mooi product op zonne-energie"},"content":{"rendered":"<p>Een tijd geleden schreef ik over <a href=\"\/articles\/2006\/08\/08\/csp\">Concentrating Solar Power<\/a>, als een mooie duurzame manier om uit zonnestraling een hele hoop elektrische energie te halen en ook nog de mogelijkheid om water te ontzilten. Ik heb onlangs gezien dat het bedrijf Concentrix al een heel eind op weg is met hun invulling van CSP, namelijk met een product als de FLATCON module, die ik in dit artikel wil presenteren in al zijn aspecten.<br \/>\n<a href=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_complete_tracker.jpg\" rel=\"lightbox\" title=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_complete_tracker.jpg\" class=\"thickbox no_icon\"><img decoding=\"async\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_complete_tracker_small.jpg\" alt=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_complete_tracker_small.jpg\" title=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_complete_tracker_small.jpg\" \/><\/a>    <\/p>\n<p><!--more--> <\/p>\n<p><\/p>\n<h2>Het FLATCON product<\/h2>\n<p>De FLATCON module is een product op basis van CSP dat wordt gepromoot door <a href=\"\/\/http:\/\/www.concentrixsolar.de\/cms\/deutsch-flatcontechnologie.html\" target=\"_blank\">het bedrijf Concentrix<\/a>, dat een spin-off is van het  Fraunhofer instituut dat in de 90-er jaren de technologie uitgewerkt heeft wat de basis vormt voor dit product.<br \/>\nHet bedrijf heeft als doel het commercialiseren van de FLATCON technology en het is begonnen in 2005, nadat het Fraunhofer instituut al een effici\u00ebntie had aangetoond van 22,7 % met de beste, manueel geproduceerde, modules, en nadat een gedetailleerde kostanalyse liet zien dat dit product met deze technologie mogelijkheden bood in de toekomst, zie ook onderstaand figuur.<br \/>\n<img decoding=\"async\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_cost_analysis.png\" alt=\"Plaatje van FLATCON kost analyse\" title=\"FLATCON kost analyse\"\/><br \/>\n<em>Figuur: kostenanalyse inschatting voor 2010 voor een FLATCON productielijn<\/em><br \/>\n<img decoding=\"async\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_cost_calculation.png\" alt=\"Plaatje van de elektriciteitskosten afhankelijk van de standplaats\" title=\"Elektriciteitskosten afhankelijk van de standplaats\"\/><br \/>\n<em>Figuur: kosten voor de elektriciteit van het FLATCON product zijn erg afhankelijk van de standplaats<\/em><br \/>\nZoals al eerder aangegeven met CSP, is het belangrijk dat deze modules ge\u00efnstalleerd worden in gebieden met een hoge zonne-instraling (in het plaatje de &#8220;Global Horizontal Irradiance&#8221;). Zoals is te zien is in (Zuid-)Spanje het FLATCON systeem goedkoper dan het bekende fotovolta\u00efsche zonnepaneelsysteem. Beide plaatjes betreffen een inschatting van de situatie in 2010, waarbij is uitgegaan een tweemaal zo hoge onderhoudskosten voor de FLATCON (vanwege de tracker, zie ook verder).    <\/p>\n<p><\/p>\n<h2>De FLATCON technologie<\/h2>\n<p><strong>Concentreren van zonne-energie<\/strong><br \/>\nHet product maakt gebruik van de omzetting van zonne-energie in elektrische energie, net zoals de <a href=\"\/articles\/2006\/07\/02\/2500w-aan-zonnepanelen\" target=\"_blank\">gewone zonnepanelen<\/a> die we allemaal wel kennen. Echter, dit product concentreert de zonne-energie door gebruikmaking van een (Fresnel)lens; de zonnestraling die op een gebiedje van 4 cm x 4 cm komt wordt geconcentreerd op een kleine zonnecel van 2 mm diameter.<br \/>\n<img decoding=\"async\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_working_principle.png\" alt=\"Plaatje van het functioneringsprincipe van de FLATCON module\" title=\"Schematisch zijaanzicht van de module wat het werkingsprincipe uitlegt\"\/><br \/>\n<em>Figuur: zijaanzicht van de module, het concentreren van de zonnestraling op de zonnecel<\/em>    <\/p>\n<p>De voordelen zijn de volgende:    <\/p>\n<ul>\n<li>Er is maar een kleine zonnecel nodig om veel energie te ontvangen en om te zetten; deze zonnecel ontvangt nu de lichtenergie van 500 x de oppervlakte van zichzelf. Omdat de kosten van de zonnecel hoog zijn, en omdat er hier maar weinig van nodig is, drukt deze technologie dus de modulekosten. In de plaats hiervan komen lens (glas) kosten en deze zijn veel lager.<\/li>\n<li>De zonnecel blijkt effici\u00ebnter te werken bij hele hoge concentraties zonne-instraling. Dat verbetert dus in totaal ook de module effici\u00ebntie. <\/li>\n<\/ul>\n<p><strong>De III-V materiaal technologie<\/strong><br \/>\nEr kan gebruik gemaakt worden van verschillende celmateriaal-technologi\u00eben. Een voorbeeld zijn de producten op silicium gebaseerd zoals van bedrijven als <a href=\"http:\/\/www.amonix.com\/technology_description.html\" target=\"_blank\"> Amonix<\/a> of <a href=\"http:\/\/www.solarsystems.com.au\/\" target=\"_blank\">Solarsystems Australia<\/a>. Het Fraunhofer instituur heeft het geld ingezet op de III-V technologie &#8211; die al gebruikt werd voor zonnecellen gebruikt in de ruimte voor satellieten &#8211; want zij stellen dat hier hogere effici\u00ebnties mee gehaald kunnen worden.<br \/>\n<img decoding=\"async\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_cell_efficiencies.png\" alt=\"Plaatje van cel-effici\u00ebnties van verschillende technologi\u00eben\" title=\"Historische ontwikkeling van de effici\u00ebnties van de verschillende cel technologi\u00eben\"\/><br \/>\n<em>Figuur: Historische ontwikkeling van effici\u00ebnties van III-V samengestelde zonnecellen<\/em>    <\/p>\n<p><strong>Koeling<\/strong><br \/>\nDe zonnecel krijgt een hele hoop zonne-energie te converteren, waardoor deze erg warm wordt. Voor voldoende koeling wordt gezorgd door de cel te monteren op een koperen plaatje. Deze passieve manier van koelen blijkt voldoende om de temperatuur van de zonnecel intern onder de 90 graden te houden bij normale buitentemperaturen.<br \/>\nJe kunt op de volgende detailfoto goed de koperen plaatjes zien. Trouwens ook het vele metaal om de modules te dragen.<br \/>\n<a href=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_CSP_detail.jpg\" rel=\"lightbox\" title=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_CSP_detail.jpg\" class=\"thickbox no_icon\"><img decoding=\"async\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_CSP_detail_small.jpg\" alt=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_CSP_detail_small.jpg\" title=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_CSP_detail_small.jpg\" \/><\/a><br \/>\n<em>Figuur: achteraanzicht, met de koperen plaatjes en het frame om alle modules te dragen<\/em>    <\/p>\n<p><strong>Tracker: volgsysteem voor de zon<\/strong><br \/>\nHet is belangrijk dat de module goed gericht is op de zon, zodanig dat de zonnestralen loodrecht binnenkomen en daarmee afgebeeld worden op de kleine zonne-cel; want bij een iets scheve inval, komen de zonnestralen al vlug deels naast de cel terecht en hiermee wordt energie niet opgevangen en omgezet naar elektriciteit. Er wordt gebruik gemaakt van een volgsysteem dat kennis heeft van de geografische ge\u00efnstalleerde positie en een astronomisch algoritme gebruikt om zich te richten, en het gebruikt ook een optische sensor om de lichtinval te meten en te corrigeren voor kleine afwijkingen.<br \/>\n<img decoding=\"async\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_CSP_tracker_detail.jpg\" alt=\"Foto van de optische sensor\" title=\"Optische sensor van het tracker systeem\"\/><br \/>\n<em>Figuur: de optische sensor. Bron Peter Segaar 2007<\/em>    <\/p>\n<p><strong>Samengestelde zonnecellen<\/strong><br \/>\nIn het Engels &#8220;compound solarcells&#8221;, wat betekent dat de zonnecellen bestaan uit op elkaar gestapelde afzonderlijke cellen, in dit geval drie verschillende typen cellen (in het Engels &#8220;triple-junction solarcells&#8221;.<br \/>\n<img decoding=\"async\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_compound_solarcell.png\" alt=\"Plaatje van de omzetting van licht door een tandemzonnecel\" title=\"Omzetting van het zichtbare licht, in twee gedeeltes, naar elektriciteit, door een tandemzonnecel\"\/><br \/>\n<em>Figuur: een tandemzonnecel deelt het lichtspectrum in twe\u00eben en zet het dan om in elektriciteit&#8221;)<\/em><br \/>\nIeder type cel heeft een eigen gevoeligheid voor een specifiek deel van het spectrum van het zonlicht dat erop valt. Uiteindelijk wordt zo een groot gedeelte van het zonlicht geabsorbeerd en omgezet in elektriciteit, wat dus de effici\u00ebntie verhoogt.    <\/p>\n<h2>De ervaringen met het product<\/h2>\n<p>In Lorca, Spanje, is ervaring opgedaan met een FLATCON systeem. Dit systeem had een vermogen onder standaard condities van 5.67 kW en een systeem-effici\u00ebntie van 23 %.<br \/>\n<img decoding=\"async\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_trackers_in_lorca.png\" alt=\"Plaatje van drie trackers in Lorca\" title=\"Drie trackers in Lorca, Spanje\"\/><br \/>\n<em>Figuur: de energie-centrale bestaande uit drie trackers, in Lorca, Spanje<\/em><br \/>\nMen had van te voren bepaald dat een fout in uitlijning met de zon een groot effect heeft op de opbrengst, zoals onderstaand figuur laat zien.<br \/>\n<img decoding=\"async\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_acceptance_angle_influence.png\" alt=\"Plaatje met de opbrengst afhankelijk van de zonne-inval-afwijkingshoek t.o.v. de optimale loodrechte inval\" title=\"Opbrengst afhankelijk van hoek van inval van het zonnelicht\"\/><br \/>\n<em>Figuur: de hoekafwijking in uitlijning met de zon en de impact op de performance<\/em><br \/>\nIn Spanje is zodoende bepaald wat de positionerings-fouten waren als gevolg van (1) de nauwkeurigheid van de tracker en (2) het buigen van de plaat waarop alle 120 modules zaten. Middels het integreren van extra meetsensoren is bepaald dat de maximale fout kleiner was dan 0,1 graad, dus de impact op de performance is klein. Men heeft de invloed van wind wel genoemd als zijnde van mogelijke invloed, maar niet gemeten (althans niets gerapporteerd).<br \/>\nConcentrix heeft inmiddels een pilot productielijn van 1 MW per jaar, en is deze aan het uitbouwen naar 25 MW.<\/p>\n<p><\/p>\n<h2>Energie terugverdientijd<\/h2>\n<p>De energiebalans of de energie-terugverdientijd geeft aan hoe lang het duurt voordat het product zijn eigen energie terug heeft opgewekt. Met de eigen energie wordt bedoeld:<\/p>\n<ol>\n<li>de energie die het kost om het product te produceren. Hierbij bepaalt men de energie nodig voor de grondstoffen en halffabrikaten voor de modules, evenals de energie nodig voor de assemblage en productieprocessen (veelal elektrische energie).<\/li>\n<li>de energie die het kost om het product te onderhouden (vooral de energie opgenomen door de tracker om de zon te volgen)<\/li>\n<li>de energie te wellicht teruggewonnen wordt wanneer men tot recycling overgaat<\/li>\n<\/ol>\n<p>Zie verder ook <a href=\"http:\/\/www.olino.org\/articles\/2006\/09\/02\/energiebalans\" target=\"_blank\">dit artikel over de energiebalans<\/a>.    <\/p>\n<p>Alle energi\u00eben worden uiteindelijk omgerekend naar een primaire energiebehoefte. Deze relatie is in ieder land wat anders en afhankelij van hoe de elektrische energie wordt opgewekt. Bijvoorbeeld in Duitsland is deze 2,9 en in Spanje 2,5, dit wil zeggen dat in Duitsland voor iedere elektrische kWh er wordt verbruikt, er 2,9 x 1 kWh aan primaire energie nodig is. In Spanje is er minder primaire energie nodig, waarschijnlijk omdat de energiecentrales daar effici\u00ebnter zijn.<\/p>\n<p>Wat mij betreft is deze energiebalans veel belangrijker dan de economische, daar alleen energiegenererende producten met een positieve energiebalans in staat zijn om in onze honger naar energie blijvend te kunnen voorzien. Ook heeft een korte energie-terugverdientijd een relatie met het vermogen CO<sub>2<\/sub> uitstoot te reduceren;hoe korter de terugverdientijd des te meer CO<sub>2<\/sub> wordt bespaart die anders zou zijn gegenereerd door de huidige fossiele verbranding.<\/p>\n<p>Men heeft deze analyse uitgevoerd voor een FLATCON module zoals die in 2005 werd geproduceerd, met een vermogen van 6 kW<sub>p<\/sub>. De energie terugverdientijd is te berekenen door gebruik te maken van de volgende formule:<br \/>\n<img decoding=\"async\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_EPBT_equation.png\" alt=\"Formule voor berekening energie-terugverdientijd\" title=\"Formule ter bepaling van de energie-terugverdientijd\"\/>, waarbij:<br \/>\nEPBT de terugverdientijd is in jaren<br \/>\nCED<sub>system<\/sub> [J] de totale primaire energievraag is voor de productie<br \/>\nE<sub>el<\/sub> [J] is de elektrische energie die in 1 jaar wordt geproduceerd<br \/>\nE<sub>tracking<\/sub> is de energieconsumptie van het trackingsysteem, per jaar<br \/>\nR<sub>prim<\/sub> is de conversie van elektriciteit naar primaire energie, geldend voor het land waar de module werkt.    <\/p>\n<p><strong>Productie-energie<\/strong><br \/>\n<img decoding=\"async\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_energie_cost_contribution_parts_and_processes.png\" alt=\"Plaatje van de energiekosten bijdrages van onderdelen en productieprocessen voor de FLATCON module\" title=\"De energiekosten van onderdelen en productieprocessen voor de FLATCON module\"\/><br \/>\n<em>Figuur: de bijdrage van de verschillende onderdelen aan de benodigde (primaire) energie voor de productie van een FLATCON module<\/em><br \/>\nMen kan duidelijk zien dat het tracker systeem veel energie vraagt. Dit komt omdat bijna 1000 kg aan staal nodig is voor de tracker. Ook de glazen behuizing is van belang, die hier een tweede plaats inneemt. Men heeft goed gekeken naar de onnauwkeurigheid in de bepaling van de energie benodigd voor deze onderdelen en rekening gehouden met een best en een worst-case. In het totaal komt dit neer op 80.266 MJ aan primaire energie voor de productie (rekening houdend met een factor 2,9 omdat de unit in Duitsland is geproduceerd).    <\/p>\n<p><strong>Energie in het gebruik<\/strong><br \/>\nIn operatie gebruikt de module energie voor het tracking systeem. Dit is gesteld op 12 uur tegen 50 W, dus een 219 kWh per jaar. De hoeveelheid opgewekte energie is bepaald van een systeem dat heeft gewerkt in Tabernas, Spanje. Hier leverde een 25,6 m<sup>2<\/sup> module tegen een effici\u00ebntie van 26 % een totaal van 11.888 kWh per jaar. De netto opbrengst is hiermee 11.669 kWh per jaar. Ook deze wordt omgerekend naar de primaire energie en omdat we in Spanje zijn, is deze een factor 2,5 keer hoger, komende op 105.021 MJ (1 kWh is gelijk aan 3,6 MJ).<\/p>\n<p><strong>Energie bij recycling<\/strong><br \/>\nVanwege het niet aanwezig hebben van betrouwbare informatie over het recycleproces, is deze fase niet meegenomen in de berekening. Er is in het design wel gelet op het makkelijk recycleerbaar maken van de module, dus er zou energie terugverdiend moeten worden bij recyclage (omdat de materialen hergebruikt kunnen worden).<\/p>\n<p><strong>Resultaat<\/strong><br \/>\n<img decoding=\"async\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_EPBT_equation_filled_in.png\" alt=\"Energie terugverdientijd formule ingevuld\" title=\"Energie-terugverdientijd uitgerekend\"\/><br \/>\nEr komt dus driekwart jaar uit, oftewel 9 maanden. Houdt men rekening met enige onnauwkeurigheid in de productie-energie berekening dan komt men op 8 \u00e0 10 maanden energie-terugverdientijd.<\/p>\n<p>Wanneer het systeem in Duitsland zou worden gebruikt, dan valt de transport-energie grotendeels weg, maar is de opbrengst ook minder vanwege de lagere zonne-instraling. Men heeft de berekening opnieuw uitgevoerd en komt dan op 12 \u00e0 16 maanden.<\/p>\n<p>In <a href=\"http:\/\/www.olino.org\/articles\/2006\/09\/02\/energiebalans\" target=\"_blank\">mijn energiebalans artikel<\/a> heb ik deze FLATCON toegevoegd in de tabel met energie terugverdientijden. Om de extra parameter EPR uit te rekenen ben ik uitgegaan van een technische levensduur van 25 jaar, vergelijkbaar met overige CSP systemen.<\/p>\n<p><\/p>\n<h2>Conclusies<\/h2>\n<p>In dit artikel heb ik verteld over een CSP product dat inmiddels in verre ontwikkeling is. De kostenanalyse geeft aan dat het product meer potentie heeft dan de huidige zonnecellen. Veldtesten laten zien dat opbrengsten zodanig zijn dat van energie-terugverdientijden kan worden gesproken van ongeveer 9 maanden bij installatie in Spanje of 14 maanden bij installatie in Duitsland. Dus, energetisch gezien, is het in Duitsland al interessant om dit systeem te installeren en te gebruiken voor de elektriciteitsvoorziening. Men zou kunnen denken langs snelwegen bijvoorbeeld.<br \/>\nTot slot hoop ik dat we binnenkort meer kunnen horen en zien van dit product en anderen die middels dezelfde technologie werken. <\/p>\n<p><\/p>\n<h2>Referenties<\/h2>\n<p>Bijna alle referenties kunnen worden gevonden op <a href=\"http:\/\/www.concentrixsolar.de\/cms\/deutsch-downloads.html\" target=\"_blank\">de website van Concentrix<\/a>.    <\/p>\n<p>De publicatie over de energie-terugverdientijd is <a href=\"\/wp-content\/uploads\/2008\/articles\/FLATCON_Energy-payback.pdf\">middels deze link<\/a> te verkrijgen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Een tijd geleden schreef ik over Concentrating Solar Power, als een mooie duurzame manier om uit zonnestraling een hele hoop elektrische energie te halen en ook nog de mogelijkheid om water te ontzilten. Ik heb onlangs gezien dat het bedrijf Concentrix al een heel eind op weg is met hun invulling van CSP, namelijk met [&hellip;]<\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[2],"tags":[141],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/127"}],"collection":[{"href":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=127"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/127\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":22022,"href":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/127\/revisions\/22022"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=127"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=127"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/olino.org\/blog\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=127"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}