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 zonnepanelen (Zon PV). De kosten zijn echter nog relatief hoog en de beschikbaarheid van oppervlak voor de huidige systemen is in Nederlands stedelijk gebied zeer beperkt.

Met INNOZOWA werken we op een revolutionaire manier aan het terugdringen van kosten, het optimaal gebruik maken van oppervlakte in Nederland én het aanboren van hernieuwbare energie!

INNOZOWA staat voor de ontwikkeling van drijvende zonnepanelen op binnenwater, die gelijktijdig met het winnen van zonne-energie een meerwaarde leveren voor de ecologie.

Hoe we dat doen?

Het antwoord op die vraag is drieledig:

Onderzoek

om een gedegen systeem te kunnen lanceren…

Om tot een kostenefficiënt, doch sterk systeem te komen dat ook nog eens maximale zonne-energie omzet is onderzoek nodig. TU Delft, één van de partners van INNOZOWA neemt hierin het voortouw. Hun reeds uitgebreide kennis en ervaring op het gebied van Zon-pv vullen we aan met verder onderzoek naar, onder andere, drijfconstructies waarop de zonnepanelen worden geplaatst en bifacials (zonnepanelen waar de zonnecel lichtenergie van beide zijden op kan nemen). Uiteraard blijft het niet bij labonderzoek alleen, maar brengen we het ook in de praktijk. Deze combinatie zorgt ervoor dat we straks een gedegen systeem kunnen lanceren.

 

Drijvende PV zonne-energie is een opkomende toepassing om hernieuwbare energie te produceren door wateroppervlakten in te zetten. Dit was aanleiding voor Waterschap Rivierenland (Waterschap Rivierenland) om een innovatief drijvend zonnesysteem te bedenken dat aansluit bij de taak- en doelstellingen van het waterschap (waterkwaliteit, onderhoud van wateren, biodiversiteit,
etc). Het resultaat, ‘InnoZoWa’, is ge nstalleerd op een waterretentiebasin bij Afvalwaterzuivering in Weurt. Het 3-jarige (2017-2020) onderzoeksproject is uitgevoerd met subsidie van het Ministerie van Economische Zaken, Nationale regelingen EZ-subsidies, Topsector Energie uitgevoerd door Rijksdienst voor Ondernemend Nederland.

 

InnoZoWa heeft als doel een innovatief drijvend zon-PV systeem te ontwikkelen dat voldoet aan eisen en kennisvragen vanuit het waterschap en kan concurreren met conventionele grondgebonden “zon PV”.
Vanuit het project zijn zes ontwerpalternatieven voor zon op water bedacht.
Hiervan zijn vijf ontwerpen nader uitgewerkt en doorgerekend in termen van productiekosten, robuustheid en het potentieel van zonneproductie.
Uiteindelijk zijn twee ontwerpen gerealiseerd in een pilootopstellingen: een intrekbaar systeem (ge nspireerd op de werking van een winkelwagentje)
en een zonvolgend systeem (ge nspireerd op het principe van een tuimelaar). Hoewel InnoZoWa zich vooral gericht heeft op toepassing van bifaciale zonnepanelen, hebben simulatieresultaten van de TU Delft geleid tot een bredere benadering van het onderzoek. In plaats van te focussen op de toepassing van bifaciale zonnepanelen, is om de meest optimale PV-panelen
en balans van systeemcomponenten (BOS) te selecteren, verschillende drijvende PV-systemen (mono-faciaal, bifaciaal met en zonder reflectoren) met verschillende tilt- en volgmogelijkhedengeïnstalleerd en gemonitord.

 

De monitoringsperiode van 12 maanden geeft inzicht in energieopbrengst van de verschillende type en opstellingen van PV-panelen, de effecten van albedo (mate van reflectie van licht) op water, gedeeltelijke wateropname en thermische geleidbaarheid. Uit de resultaten blijkt dat een bifaciaal PV-systeem met reflector en horizontale tracking 18 ~ 29% meer opbrengst oplevert in
vergelijking met een mono-face PV-systeem dat op het land is geïnstalleerd.
Resultaten van de thermische studie toonden aan dat het gedeeltelijk in water onderdompelen van het frame van PV-modules geen aanzienlijk extra rendement oplevert (+ 0,17%).
Onderzoek naar de elektrische opbrengst concludeerde dat vanwege het lage albedo van binnenwateren (~ 11%) bifaciale PV-systemen reflectoren moeten hebben.

 

InnoZoWa is het eerste onderzoek op pilotschaal dat kijkt naar de kansen en risico’s voor ecologie.
Ondanks het streven naar minimale impact van de pilot en relatief korte monitoringsperiode zijn ook negatieve effecten gemeten. Aangezien InnoZoWa is gestart om ook juist de negatieve impact te minimaliseren, zijn deze resultaten opmerkelijk. Verder onderzoek is nodig om erachter
te komen in hoeverre deze potentieel negatieve effecten op belangrijke ecosysteemfuncties zoals productiviteit, sedimentatie en afbraak kunnen worden geëxtrapoleerd naar grote PV-systemen, en in hoeverre de respons van deze ecosysteemfuncties specifiek is voor de projectsite.
De kenniskloof over de impact van drijvende zonne-energie op waterkwaliteit en ecologie moet zeker worden gedicht. Hoewel interpretatie van de resultaten voor dit rapport moeilijk is vanwege de tijdslimiet van slechts een jaar, zet Waterschap Rivierenland het onderzoek voort. Dit sluit ook
aan bij het landelijke traject naar kennisontwikkeling.

Slim!

We kampen steeds meer met gebrek aan ruimte capaciteit, voornamelijk in stedelijk gebied. Dit terwijl de potentie van waterbergingen, plassen en weteringen in landelijk en stedelijk gebied groot en onbenut is. Exclusief de grote meren hebben we het over zo’n 52.000 ha ondiep binnenwater. Het potentieel is dus enorm!

 

Wereldwijd worden grote inspanningen geleverd om over te schakelen van een fossiele economie naar een duurzamere economie op basis van hernieuwbare energie. Bij een dergelijke transitie zijn oppervlaktes nodig voor de inzet van energiesystemen zoals windturbines en fotovolta sche zonne-energie (PV). Gebieden waar energie het meest nodig is, bevinden zich echter meestal in steden, waar de vastgoedprijs relatief hoog is en de beschikbare grond voor energieproductie vrij beperkt is. Terwijl sommigen nog steeds moeite hebben om ruimte te vinden in een stedelijke omgeving, zijn velen begonnen met het verkennen van de mogelijkheid om ‘ruimte’ te benutten op grote watergebieden, waaronder de waterschappen in Nederland.

 

Nederlands binnenwater, zoals meren en retentiebekkens zijn meestal ondiep (1-4 meter) en bevinden zich dicht bij stedelijke gebieden, wat handig is om de opgewekte elektriciteit in het bestaande net te leveren. Niettemin hebben waterpartijen ook regelmatig onderhoud nodig, zoals maaien of baggeren, om hun primaire functie als onderdeel van watersystemen te garanderen.

 

De bestaande systemen voor drijvende PV zou moeten worden gedemonteerd en aan land gebracht om geen belemmering te vormen voor maaiboten of baggermachines. Dit is nogal onpraktisch en is daarom de niche waar het
consortium van InnoZoWa in wil springen

Flexibel ontwerp

Gebruik maken van de binnenwateren vergt wel het nodige van het ontwerp. Denk bijvoorbeeld aan het voldoende doorlaten van zonlicht aan het water en gelegenheid om te maaien (zo moeten waterbergingen 1 tot 2 keer per jaar volledig gemaaid worden om optimaal te kunnen blijven functioneren). Daarom kiezen we bij INNOZOWA voor een flexibel ontwerp. En dat is uniek in de wereld van zonnepanelen op water! Het ontwerp is dan ook drijvend, verplaatsbaar en tweezijdig.

 

Uiteraard is ook het materiaalgebruik hierbij essentieel. Zo moet de constructie niet te zwaar zijn, vanuit flexibiliteit en kostenoogpunt. Anderzijds mag het niet te licht zijn, zodat het goed bestand is tegen de weersinvloeden.

Naar aanleiding van de bevindingen in de voorstudies, is er gekozen voor een pilot-opstelling waarin verschillende innovaties zijn opgesplitst, om zoveel mogelijk data te kunnen verzamelen en onderlinge afhankelijkheden te minimaliseren. Zodoende zijn er twee ontwerpconcepten geselecteerd: de ‘Tumbler’ en het ‘Retractable’ systeem (weergegeven in Figuur 2.1).

 

De tumbler is een grootschaliger drijvend eiland dat kan roteren.
Door water rond te pompen wordt één kant zwaarder en zal het eiland die kant op hellen. De pomp kan vervolgens worden geautomatiseerd, zodat het eiland met de richting van de zon mee beweegt (enkel-as zonvolgsysteem).

 

Het ‘retractable’ systeem is inschuifbaar, net als winkelkarretjes, en maakt zo plaats voor onderhoud aan het watersysteem.
Gezien de toepassing op ondiep water is rekening gehouden in het ontwerp dat de systemen blijven functioneren in situaties waarbij het water droogvalt.
Beide concepten zijn uitgerust met een groot aantal verschillende PV opstellingen, zowel mono- als bifacial panelen met/zonder reflectoren en met verschillende hellingshoeken.
Daarnaast is er op het land een opstelling geplaatst met zowel mono- als bifacial modules, ter validatie van de drijvende systemen.

Kansrijke missie

INNOZOWA biedt veel kansen voor, in de eerste plaats, waterschappen om te werken aan hun energie neutrale ambities. Ook biedt het de mogelijkheid om voorop te blijven lopen in nieuwe ontwikkelingen op het gebied van waterbeheer. Bovendien houden we rekening met ecologie en waterkwaliteit. We proberen hierbij zelfs nog iets toe te voegen: door schaduw, lagere watertemperaturen, schuilplaatsen voor vissen, maar zonder een groot oppervlak af te sluiten, verwachten we positieve effecten op natuur en water.

 

Het consortium van Waterschap Rivierenland, Blue21, Hakkers en de TU Delft zetten al hun expertise in om gezamenlijk deze veelbelovende innovatie tot een succes te brengen.