Сградата на SMA Solar Academy в Ниестетале, Германия, има капацитет от 500 души, а всички общи системи и оборудване - отопление, вентилация, климатизация, компютри, заведения за хранене и модерни презентационни технологии - трябва да бъдат покрити с енергия. Благодарение на технологията за системи извън мрежата и интелигентната енергийна концепция, всички енергийни изисквания са изпълнени от собственото производство и сградата работи независимо, без електрозахранване от мрежата.

остров

Центърът се използва широко - в четири семинарни зали обикновено има около 120 участници, на по-големи лекционни събития има 500 души. Семинарите се провеждат целогодишно - при 30 ° C през лятото, а също и през есента, когато интензивността на слънчевата светлина е минимална. Потреблението на електроенергия не само варира значително, но и производството на електроенергия от фотоволтаична (PV) система. Потреблението на електроенергия само на тази сграда съответства на потреблението на 35 средни немски домакинства. В допълнение към независимостта от обществената мрежа, сградата на Слънчевата академия има и друга амбициозна цел: енергията трябва да идва изключително от възобновяеми източници.

Извън мрежата - собствена островна мрежа
Изграждането и експлоатацията на самодостатъчна електрическа мрежа е водеща дисциплина на системните технологии. Концепцията включва координация на различни генератори и уреди и стриктно спазване на ъглите на фазово изместване по отношение на текущото напрежение и честота. В същото време е необходимо да се инсталира резервно захранване, което трябва постоянно да се наблюдава и контролира.

Екологична и нискоенергийна концепция
Електричеството се получава главно чрез фотоволтаични системи - едната е част от южната стъклена фасада, а другата е разположена на покрива на сградата. В случай на по-голямо потребление или по-лошо време, към островната мрежа могат да бъдат свързани още девет PV системи за позициониране (тракери), които иначе доставят електричество към обществената мрежа. Всеки от тези тракери, с размери приблизително 45 m 2, е като огромен слънчоглед, който постоянно следва пътя на слънцето, като по този начин улавя голямо количество слънчева светлина. Вътрешната топлоелектрическа централа - вторият източник на електричество за сградата - също работи по екологичен начин. Горивната единица произвежда електричество, докато топлината, генерирана при производството на електричество като страничен продукт, се използва за отопление. Чрез комбиниране на производството на електричество и топлина близо до точката на потребление, се използват до 90% от енергията на горивото - около два пъти повече, отколкото в конвенционалните електроцентрали. Освен това биогазът, който е възобновяем енергиен източник, се използва като гориво.

Контролен център
Управлението и координацията се осигуряват от технически център на пода, оборудван с голям интерактивен екран, където посетителите могат да видят схематично представяне на енергийната концепция на цялата сграда. Те определят напрежението и честотата на променлив ток, а също така контролират и други генератори на електричество. Други контролни устройства управляват голям акумулатор, който заема почти цялото отделно помещение. Ако фотоволтаичните системи генерират повече енергия, отколкото е необходимо в момента, излишната енергия се съхранява в батерията. В противен случай инверторите генерират променлив ток от постоянния ток на батерията и го осигуряват чрез вътрешната мрежа на сградата. Вътрешната електроцентрала се стартира само когато енергията от слънцето не е достатъчна и в същото време батерията не е достатъчно заредена. Тази ситуация се случва от време на време през зимните месеци, когато интензивността на слънчевата светлина е по-ниска. Тъй като обаче централата работи винаги само за преходен период, нуждите от топлина за отопление непрекъснато се покриват от голям буферен резервоар.


-> ->
Разсейване на топлинното натоварване
Голямата стъклена фасада с южно изложение налага значително топлинно натоварване на интериора през летните месеци. Използвано е висококачествено изолационно стъкло, за да се ограничи преносът на топлина, но все още е необходимо климатизиране на интериора. Той обаче беше решен нетипично и по отношение на екологичната концепция на цялата сграда - източникът на студ е подпочвената вода, изпомпвана от дълбочина 40 метра под повърхността. Естественият източник на студ през цялата година осигурява студена вода дори при температура от 11 ° C. Вместо енергоемки хладилни компресори, само две по-малки помпи осигуряват охлаждане.

Икономиите на енергия "нагоре" на първо място
Важна предпоставка за експлоатацията на сграда, независима от разпределителната мрежа, е ефективното боравене с електричество. В допълнение към висококачествената изолация на сградите и максималното използване на дневната светлина, ефективността на използването и управлението на електрическите уреди е особено важна. При проектирането на учебния център се наблягаше не само на удобството на потребителя, но и на цялостната ниско енергийна концепция. Тези усилия доведоха и до избора на уреди, които отговарят на най-новите енергоспестяващи стандарти. Вместо обикновени настолни компютри, в класните стаи можете да намерите енергоспестяващи лаптопи, проектори със специални икономични изключвания и осветление, решени изключително от енергоспестяващи крушки или LED лампи. Автоматизацията на сградите също помага за намаляване на консумацията на енергия. Контролният център автоматично разпознава, когато е твърде светло или тъмно, настройва вентилацията на текущите температури и изключва всички уреди в режим на готовност през нощта.

Стъпка по-нататък е т.нар интелигентен контрол на натоварването - времева координация на различни електрически уреди. Тъй като едновременното включване на енергоемки уреди увеличава няколко пъти максимално необходимата мощност на островната мрежа, консумацията на енергия от мрежата се синхронизира и някои изисквания се отлагат за кратко. Например, когато включите чайника в кухнята, докато включвате асансьора и зареждате лаптопите на слушателите, заявката за асансьора е за предпочитане - чаят ще бъде готов няколко секунди по-късно, а участниците в семинара няма да забележат, че компютрите им работят на батерия мощност за кратки периоди. Ползите от подобни мерки обаче са значителни.


Диаграма на енергийната концепция на сградата

Вътрешна топлоелектрическа централа
Вътрешната топлоелектрическа централа, задвижвана с биогаз, освен фотоволтаиците, е вторият стълб на електроснабдяването на острова. Устройството за поръчка от 140 kW от Kirsch се задвижва от текущата консумация и има безстепенен контрол на скоростта. Работата на ТЕЦ се определя от необходимата електрическа мощност и генерираната топлина се съхранява в резервоар за съхранение. Инверторите на Sunny Island могат да изискват 30 до 100% от номиналната електрическа мощност, в зависимост от текущата консумация. Ползите са очевидни: по-лесно управление на островната мрежа и минимизиране на потреблението на биогаз. Освен това батериите могат да се зареждат и с захранващ ток, което увеличава техния експлоатационен живот - в противен случай излишната енергия на ТЕЦ би трябвало да се съхранява другаде. Променливата скорост води до променлива честота на произвеждания променлив ток. Следователно преобразуването в постоянна честота на островната мрежа се осигурява от трифазен честотен преобразувател. Ако при интензивна слънчева светлина и ниски температури топлоцентралата произвежда топлина изключително в съответствие с непосредствените нужди на сградата, електрическият ток, получен от фотоволтаичните системи, допълва отоплението на резервоара за съхранение на топлина.

Самодостатъчна сграда, приятелска към околностите
Учебният център SMA ще впечатли посетителите не само с архитектурното си решение, но и с гениалната си концепция и добре обмислената работа на всички интегрирани системи. Електричеството се доставя от PV системи на фасадата и покрива на сградата. При слаба слънчева светлина съседните системи за позициониране на PV (тракери) са свързани към островната мрежа на сградата. При проектирането на сградата беше поставен голям акцент върху екологично решение, поради което вътрешната ТЕЦ използва биогаз, охлаждането се осигурява от подземен воден източник. Водата, използвана за охлаждане, се оттича в зоната на задържане, където подпомага образуването на влажно местообитание.

Комбинацията от инвертори за управление извън мрежата и батерии осигурява стабилна островна мрежа, която при необходимост доставя електричество към свързаните уреди. В комбинация с вътрешна термоелектрическа централа с променлива скорост и резервоар за съхранение на топлина, за да поддържа сградата в енергиен баланс.

Снимка: SMA Solar Technology AG, SMA Чехия