Na drodze do zeroemisyjności

Wieloletnie doświadczenie oraz szeroka wiedza pracowników SKOMAT pozwala im podejmować się realizacji wielu specyficznych oraz niestandardowych projektów, takich jak np. rozwiązanie off-gridowe, instalacje przemysłowe maksymalizujące autokonsumpcję energii własnej, układy hybrydowe wiatrowo-słoneczne, instalacje gruntowe dopasowane do specyficznego ukształtowania terenu czy instalacje Building Integrated Photovoltaics (BIPV). SKOMAT współpracuje także z podmiotami z sektora energetycznego przy szacowaniu potencjału energetycznego budynków lub działek budowlanych, wykonuje analizę energetyczną i ekonomiczną projektów fotowoltaicznych oraz optymalizuje energetycznie i kosztowo projektowane instalacje.

Nowoczesna energetycznie siedziba SKAMER-ACM

Jedną z instalacji fotowoltaicznych, którą warto szerzej opisać, jest projekt zrealizowany dla firmy SKAMER-ACM
z Tarnowa, którą można określić mianem lidera w holistycznym podejściu do efektywności energetycznej – przykładem są audyty energetyczne i efektywności energetycznej, systemy monitoringu mediów, instalacje odzysku energii itp. Firma postawiła na racjonalne użytkowanie energii również przy trwającej obecnie budowie nowej siedziby. Zainwestowano w instalację fotowoltaiczną, pompy ciepła i wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła.

Stoły fotowoltaiczne i podział inwerterów

W przypadku instalacji fotowoltaicznej przy budynku SKAMER-ACM podstawę projektową stanowiło specyficzne ułożenie terenu wokół niego. Skarpa, która powstała podczas kształtowania się terenu przy budynku idealnie nadawała się na posadowienie farmy fotowoltaicznej. Jak wykazały badania geologiczne składa się ona w dużej mierze z łupków przykrytych piaskiem. Taki profil geologiczny jest doskonały do posadowienia konstrukcji montażowej pod moduły fotowoltaiczne. W przypadku farmy fotowoltaicznej przy budynku SKAMER-ACM
zdecydowano się na konstrukcję stalową, kafarowaną. Aby zminimalizować efekt rozszerzalności cieplnej oraz powstałych w jej wyniku naprężeń, konstrukcja została podzielona na części, tzw. stoły fotowoltaiczne. Na konstrukcję złożyło się 12 stołów zawierających 20 modułów fotowoltaicznych oraz dwa stoły po 24 moduły. Ułożenie całości w 12 kolumn po dwa stoły pozwoliło na harmonijne pokrycie całości skarpy, dając efekt całkowitego zabudowania mało estetycznego terenu. Odstępy między stołami (50 cm) mają dwa dodatkowe atuty: są przestrzenią komunikacyjną oraz pozwalają na efektywne odprowadzanie ciepła powstającego pod modułami. Wraz z wyborem optymalnego rozwiązania montażowego modułów fotowoltaicznych dobrano ich liczbę, a co za tym idzie moc. Analizy profilu zużycia w całym budynku oraz potencjału energetycznego terenu pozwoliły na wybór mocy instalacji – 90 kWp. Finalnie zdecydowano się na moc 89,6 kWp, na którą złożyły się 288 moduły o mocy jednostkowej 300 Wp. W przypadku instalacji przy budynku SKAMER-ACM zastosowano rozproszony układ stałoprądowy. Na etapie projektowania instalacji zdecydowanie odrzucono użycie inwertera centralnego. W jego zastępstwie użyto czterech inwerterów SMA STP 20000 TL-30 o mocy 20 kWp każdy i jednego inwertera SMA STP 10.0. Dzięki zastosowaniu rozproszonego układu stałoprądowego z pięcioma inwerterami możliwe było zminimalizowanie odległości między poszczególnymi modułami fotowoltaicznymi a inwerterami.

Krótkie odległości torów stałoprądowych są jednym z elementów optymalizacji energetycznej instalacji. Kolejnym argumentem przemawiającym za kilkoma inwerterami jest wyższa stabilność ciągłej produkcji, która jest niemożliwa w przypadku inwertera centralnego. Na wybór producenta inwertera wpłynęło kilka czynników. W takim układzie ważne jest, aby komunikacja między wszystkimi inwerterami była ciągła, a jakość energii elektrycznej po stronie zmienno-prądowej była identyczna. Oba kryteria spełniają inwertery SMA. Zastosowane w przypadku instalacji modułu SinoSola SA300-60M zostały dobrane zgodnie z dwoma głównymi kryteriami. Pierwszym były wysoka sprawność sięgająca 18,44 % oraz niski współczynnik temperaturowy dla mocy modułu tj. –0,36 %/K. Drugim był wysoki współczynnik obciążalności mechanicznej tych modułów. Aby poprawić bezpieczeństwo długookresowego użytkowania całej instalacji, zastosowano rozbudowaną ochronę przeciwprzepięciową całej instalacji. Jej głównymi elementami są ograniczniki przepięć stało- i zmiennoprądowe (montowane przy inwerterach fotowoltaicznych kaskadowo w rozdzielnicach stało- i zmiennoprądowych), ogranicznik przepięć w złączu kablowym przeznaczonym do instalacji fotowoltaicznej oraz ogranicznik przepięć w złączu kablowym całego budynku. Ochronę przepięciową uzupełnia instalacja uziemiająca, której głównym elementem są zwody pionowe w postaci iglic o wysokości 3 m, usytuowanych na koronie skarpy. Z punktu widzenia rozliczania wyprodukowanej energii głównym elementem układu jest licznik energii elektrycznej. Dzięki pomiarowi półpośredniemu i transmisji danych Operator Systemu Dystrybucyjnego ma na bieżąco wgląd do produkcji energii elektrycznej. Sam licznik wraz z niezbędną automatyką znajduje się na koronie skarpy obok instalacji fotowoltaicznej.

Dystrybucja wytworzonej energii do budynku SKAMER-ACM i sieci publicznej odbywa się przez kolejne złącze kablowe zlokalizowane przy głównym liczniku energii elektrycznej dla całego obiektu. Złącze kablowe budynku zostało uzupełnione o kolejny element zabezpieczający. Zaprojektowany oraz zamontowany układ zabezpieczenia generatorowego Micrologic 2.2G oraz kontrolera uREG pozwala na pełną automatyzację współpracy energetycznej farmy z Operatorem Systemu Dystrybucyjnego. Całość rozwiązania spina przeciwpożarowy wyłącznik prądu przeznaczony do instalacji fotowoltaicznej.

Centralna pompa ciepła

Kolejnym elementem, na który należy zwrócić uwagę w nowej siedzibie firmy SKAMER-ACM jest centralna pompa ciepła typu powietrze-woda, zastosowana do ogrzewania, chłodzenia oraz wytwarzania ciepłej wody użytkowej dla całego budynku. Pompa ciepła, dzięki net-meteringowemu rozliczaniu energii elektrycznej z OSD, jest pośrednio zasilana z instalacji fotowoltaicznej. Dzięki zastosowaniu obiegu termodynamicznego pompa pobiera ciepło z powietrza z zewnątrz, co przekłada się na prawie czterokrotną redukcję zużycia energii elektrycznej w stosunku do klasycznych oporowych rozwiązań grzewczych. Urządzenie ma klasę efektywności sezonowej A+. Precyzyjne, inwerterowe sterowanie sześcioma sprężarkami pompy zwiększa żywotność urządzenia oraz pozwala optymalizować energetycznie zapotrzebowanie na ciepło lub chłód. Ma to kluczowe znaczenie w bardzo niejednolitym energetycznie środowisku, jakim jest przestrzeń biurowa. Rzadsze, energochłonne cykle załączania i zatrzymywania zmniejszają zużycie energii do 30 % i zapewniają bardziej stabilną temperaturę. Moc grzewcza i chłodnicza (ponad 60 kW wraz z wysokim średniorocznym COP dla C.W.O i C.O. – 3,45) przekłada się teoretycznie na możliwość wytworzenia 320 MWh ciepła lub chłodu w całorocznej produkcji energii elektrycznej z istniejącej instalacji fotowoltaicznej.

Instalacja wentylacji wyposażona została w wymienniki krzyżowe przeciwprądowe, dzięki temu uzyskano odzysk ciepła rzędu 86 %. Wymienniki ciepła wykorzystują w szczególności zasadę przepływu krzyżowego. Zalety tego rozwiązania to rozdzielenie strumieni powietrza nawiewanego i usuwanego oraz obniżenie temperatury, w której występuje szronienie i zatykanie się wymiennika. Ciągłe udoskonalanie konstrukcji wymiennika w celu eliminacji zjawiska szronienia doprowadziło do powstania wymienników przeciwprądowych spiralnych. Mają one większą powierzchnię czynną w stosunku do zwykłego wymiennika przeciwprądowego.

Podsumowanie

Mając na uwadze farmę fotowoltaiczną, SKAMER-ACM rozważa wprowadzenie do swojej floty samochodów elektrycznych i zainstalowanie stacji ładowania. Finalnie firma chce być zeroemisyjna. Zastosowanie fotowoltaiki, instalacji odzysku i pomp ciepła jest inwestycją, której czas zwrotu nie przekracza pięciu lat, a zysk dla środowiska jest nie do przecenienia. 

SKOMAT
ul. Gustawa Morcinka 23e/1
31-762 Kraków
tel.+48 576 911 790
www.skomat-fotowoltaika.pl

SKAMER-ACM
ul. Rogoyskiego 26
33-100 Tarnów
tel. +48 665 844 444
www.skamer.pl

źródło: Automatyka 4/2021