Autonomiczny system PV dopasowany do potrzeb budynku

Instalacja fotowoltaiczna do grzania wody może jednocześnie pełnić funkcję zasilania awaryjnego. W tym projekcie zaprojektowałem autonomiczny system PV typu off-grid, którego głównym zadaniem jest przygotowanie ciepłej wody użytkowej oraz zasilanie najważniejszych urządzeń podczas awarii.

Potrzeba klienta

Budynek jest okresowo wynajmowany, dlatego instalacja miała być prosta, funkcjonalna i dopasowana do rzeczywistych potrzeb.

Głównym celem było wykorzystanie energii słonecznej do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Jednocześnie system miał zapewnić podstawowe zasilanie wybranych odbiorów w przypadku zaniku zasilania.

Nie było potrzeby projektowania instalacji, która podczas awarii zasilałaby cały budynek. Zamiast tego wydzielono najważniejsze odbiory, takie jak oświetlenie, pompa centralnego ogrzewania czy pompa studni.

Projekt instalacji fotowoltaicznej

Zaprojektowany system pracuje jako autonomiczna instalacja off-grid. Energia z modułów fotowoltaicznych trafia do falownika, który zarządza jej wykorzystaniem oraz ładowaniem akumulatorów.

Instalacja składa się z 10 modułów PV.

Zastosowany falownik umożliwia współpracę z instalacją fotowoltaiczną, akumulatorami oraz wydzielonymi odbiorami AC.

Fotowoltaika do grzania wody

Podstawowym odbiornikiem energii jest bojler CWU o pojemności 150 litrów, wyposażony w grzałkę elektryczną o mocy 1,5 kW.

Wytwarzana energia elektryczna może być w pierwszej kolejności wykorzystywana do podgrzewania wody. Pozwala to zagospodarować energię produkowaną przez instalację PV bez konieczności oddawania jej do sieci.

Takie rozwiązanie jest szczególnie interesujące w budynkach, w których zużycie energii na przygotowanie CWU stanowi istotną część całkowitego zapotrzebowania.

Zasilanie awaryjne z fotowoltaiki

Drugim zadaniem instalacji jest zapewnienie zasilania wybranych odbiorów podczas awarii podstawowego źródła energii.

Z wydzielonej rozdzielnicy mogą być zasilane m.in.:

• obwód z oświetleniem awaryjnym,
• obwód pompy centralnego ogrzewania o mocy około 30 W,
• obwód pompy studni IBO o mocy około 0,75 kW,
• obwód bojlera CWU z grzałką o regulowanej mocy 1-2kW,
• obwód gniazda pod internet i wybrane odbiorniki

System nie zasila całej instalacji elektrycznej budynku. Instalacja zasilania przez system jest w pełni odseparowana od tradycyjnej instalacji. Zostały zastosowane gniazda w kolorze CZARNYM. Dzięki temu można ograniczyć wymaganą moc falownika i pojemność zestawu akumulatorów, koncentrując się na urządzeniach rzeczywiście potrzebnych podczas awarii.

Możliwość współpracy z agregatem

System przewiduje również możliwość zastosowania agregatu prądotwórczego jako dodatkowego źródła energii.

Agregat może być wykorzystany w sytuacji długotrwałego braku zasilania lub niewystarczającej produkcji energii z PV. Pozwala to stworzyć wieloźródłowy system zasilania, łączący fotowoltaikę, akumulatory oraz awaryjne źródło konwencjonalne.

Parametry systemu

System obejmuje 9 modułów fotowoltaicznych.

Za pracę instalacji odpowiada falownik off-grid VOLT SINUS PRO ULTRA 6000 24/230 V z regulatorem MPPT.

System wyposażono w zestaw dwóch akumulatorów żelowych 12 V / 110 Ah, połączonych szeregowo do napięcia 24 V. W przyszłości możliwa jest rozbudowa układu o dodatkową pojemność akumulatorów.

Energia z instalacji może być wykorzystywana przede wszystkim do ogrzewania ciepłej wody użytkowej w bojlerze 150 l z grzałką 1,5 kW.

Efekt projektu

Powstało rozwiązanie, które łączy dwa podstawowe zadania:

produkcję energii na potrzeby CWU oraz zasilanie awaryjne najważniejszych odbiorów.

Zamiast projektować rozbudowany system zasilający cały budynek, instalację dopasowano do rzeczywistego sposobu jego użytkowania.

Takie podejście pozwala ograniczyć zakres instalacji, a jednocześnie zwiększyć jej funkcjonalność i niezależność energetyczną.

Wpływ na charakterystykę energetyczną budynku

Wykorzystanie energii z instalacji PV na potrzeby przygotowania CWU może ograniczyć zapotrzebowanie budynku na energię dostarczaną z zewnętrznych źródeł.

W zależności od przyjętej metodologii obliczeń i sposobu wykorzystania energii z instalacji, rozwiązanie może również przyczynić się do obniżenia wskaźnika energii pierwotnej EP.

Bezpieczeństwo i wymagania techniczne

Projekt uwzględnia dobór zabezpieczeń po stronie DC i AC, ochronę przeciwprzepięciową oraz właściwe prowadzenie przewodów ochronnych i uziemienie instalacji.

Przy projektowaniu uwzględniono wymagania dotyczące instalacji fotowoltaicznych, ochrony przeciwporażeniowej oraz zasad wykonywania instalacji elektrycznych.

Instalacja off-grid została zaprojektowana jako wydzielony system zasilania odbiorów priorytetowych, bez bezpośredniego połączenia wyjścia falownika z siecią elektroenergetyczną.

Zakres projektu

W ramach realizacji przygotowano:

• analizę potrzeb energetycznych obiektu,
• dobór konfiguracji instalacji PV,
• dobór falownika i akumulatorów,
• koncepcję zasilania CWU,
• wydzielenie odbiorów awaryjnych,
• koncepcję współpracy z agregatem,
• dobór podstawowych zabezpieczeń,
• schemat elektryczny instalacji,
• założenia dotyczące rozbudowy systemu.

Jedna instalacja. Dwa główne zadania.

Energia słoneczna na co dzień.
Zasilanie awaryjne wtedy, gdy jest potrzebne.

To przykład projektowania instalacji energetycznej nie tylko pod kątem mocy urządzeń, ale przede wszystkim rzeczywistych potrzeb użytkownika i sposobu wykorzystania budynku.

Potrzebujesz podobnego rozwiązania?

Projektuję rozwiązania PV, systemy off-grid oraz układy zasilania awaryjnego dopasowane do indywidualnych potrzeb budynków i odbiorców.

Bartłomiej Bułka | Power System Engineering