Tot 50% minder opbrengst door snelle schaduw windturbines op zonnepanelen

In gecombineerde wind- en zonneparken veroorzaken de draaiende windturbinebladen schaduw die de energie-opbrengst van de zonnepanelen vermindert. Er komen lokaal tijdelijk uitschieters voor tot 50 procent aan energieverlies.

De gevolgen van de dynamische schaduw, veroorzaakt door de snelle lichtfluctuaties in milliseconden, zijn onderzocht door TNO in samenwerking met partners uit het bedrijfsleven.

Langzame en snelle schaduw

De effecten van de schaduwwerking door de turbinemast zijn al wel uitvoerig onderzocht en bekend. Dan gaat het om de langzaam bewegende schaduw die de zonnestralen over de dag heen tijdelijk blokkeren. Maar naar de hoogfrequente schaduw van snel roterende turbinebladen is nooit diepgaand onderzoek verricht.

Cruciale rol elektronica

Uitvoerige metingen over langere tijd in zonnepark Haringvliet-Zuid van Vattenfall leverden veel interessante gegevens op. Met name de omvormers, die de geoogste zonne-energie omzet in bruikbare elektriciteit, spelen een cruciale rol. Op het moment dat er schaduwwerking optreedt probeert deze met een zogeheten maximum power point tracker (MPPT) razendsnel de spanning te optimaliseren. Wat er dan op millisecondeschaal, precies gebeurt is nu voor het eerst vastgesteld.

De MPPT probeert zoveel mogelijk vermogen uit de zonnepanelen te trekken en rekent voortdurend hoe het maximum eruit te halen is. Alle meetsystemen voor zonne-energie zitten op een tijdschaal van enkele seconden, maar hier gaat het om milliseconden waarbinnen alle signalen als stroom, spanning, temperatuur en instraling op exact hetzelfde moment moeten worden gemeten want anders krijg je verschuivingen in tijd.

Ervaring met snelle metingen

‘‘Dankzij financiële ondersteuning van het ministerie van EZK via RVO hebben we een consortium kunnen vormen met Vattenfall als eigenaar van windparken, elektronicabedrijf Heliox dat omvormers maakt, adviseur Uw-Stroom en ontwikkelaar Prosoldiga. Zo konden we ons onderzoek onder reële omstandigheden doen”, zegt TNO-onderzoeker zonne-energie Lenneke Slooff. ‘‘Gelukkig hebben onze collega’s van windenergie al ervaring met dit soort snelle metingen. Door deze twee expertisegebieden te combineren hebben we nu een schat aan nieuwe inzichten.”

Omvormers optimaliseren

Een daarvan is dat de omvormer volledig van slag kan raken door de snelle schaduwen. Soms duurde het lange tijd voordat deze weer het maximale punt wist te vinden. De fabrikant gebruikt de metingen en analyses van TNO nu om de omvormers zelf te optimaliseren.

‘‘Het verlies aan opbrengst proberen we zo te minimaliseren. De gemeten percentages aan energieverlies fluctueren maar zijn wel significant, dus zeker de moeite waard om fors terug te brengen. We zijn al in gesprek met eigenaren en ontwerpers van zonne- en windparken die onze onderzoeksgegevens willen gebruiken,” zegt Lenneke.

“Daarnaast is er veel interesse in een model dat voor elk zonnepark het effect kwantitatief kan voorspellen. Op die manier kun je een gecombineerd zon en wind park nog beter ontwerpen. We zijn aan het kijken of we zo’n model kunnen ontwikkelen op basis van de data die we nu hebben gemeten.”