Zbudowane w 1932 roku przedszkole zastąpiono w 2017 nowym budynkiem. Konieczne okazało się również całkowite przeprojektowanie systemu zasilania, ponieważ w związku z rozbudową istniejące przyłącze o maksymalnej mocy 72 kW przestało wystarczać. Zmodernizowana infrastruktura, w tym kuchnia, windy i zdecentralizowany system zaopatrzenia w ciepłą wodę, wymagały znacznie większej mocy.
W nowym projekcie uwzględniono m.in. przepływowe podgrzewacze wody, które mają stosunkowo dużą moc grzewczą, a zarazem wysokie zapotrzebowanie na moc elektryczną. Zapewniają one również wysoki poziom higieny, ponieważ podgrzewają wodę w trakcie jej przepływu i są instalowane w pobliżu miejsca jej poboru. Umożliwia to precyzyjną regulację temperatury i wyklucza rozwój niebezpiecznych bakterii.
Ponieważ jednak zapotrzebowanie na energię podwaja się, system wymaga czasami więcej mocy, niż może dostarczyć istniejące przyłącze. Oczywistym rozwiązaniem byłoby zwiększenie mocy przyłączeniowej, ale wymagałoby to sporych inwestycji po stronie operatora sieci. Między innymi rozbudowy stacji transformatorowej oraz położenia nowych przyłączy kablowych.
Inwestor zrezygnował więc z konwencjonalnego rozwiązania. Zamiast tego wybrał opcję, która choć jeszcze kilka lat temu wydawała się futurystyczna, jest obecnie powszechnie stosowana. Powstał zdecentralizowany system, bazujący na odnawialnym źródle energii, który w większości pokrywa własne obciążenia szczytowe.
Przedszkole w roli prosumenta
Prywatne gospodarstwa domowe i małe firmy wytwarzają energię elektryczną z odnawialnych źródeł energii głównie z wykorzystaniem paneli fotowoltaicznych. Przy czym ich celem nie jest już dostarczanie energii do sieci, ale raczej pokrycie własnego zapotrzebowania w możliwie największym stopniu. Systemy te stają się jednak opłacalne tylko wtedy, gdy są w stanie magazynować nadwyżki energii elektrycznej. Wynika to z faktu, że dostępność energii słonecznej ulega wahaniom niezależne od okresów zapotrzebowania na nią. Jest to kolejny obszar, w którym energia słoneczna skorzystała na rozwoju rynku, ponieważ obniżyły się również koszty systemów opartych na akumulatorach litowo-jonowych.
Przedszkole stało się prosumentem, czyli jednocześnie producentem i konsumentem, niezależnym od zewnętrznego dostawcy energii na tyle, na ile jest to tylko możliwe. Instalacja fotowoltaiczna funkcjonuje na dachu przedszkola od końca 2017 roku. Jednak przy mocy szczytowej wynoszącej 60 kilowatów system sam w sobie nie wystarczyłby do pokrycia obciążeń szczytowych, które przekraczają maksymalną moc przyłączeniową. Dlatego TEAM ELEKTRO BECK, z siedzibą w Würzburgu, zainstalował obok paneli słonecznych dodatkowy bateryjny system magazynowania energii elektrycznej opracowany wspólnie z BMW.
Magazyny energii ograniczają pobór mocy z sieci
System magazynowania energii składa się z jednostki zasilająco-sterującej BECK oraz sześciu nowych, oryginalnych akumulatorów litowo-jonowych stosowanych w BMW-i3, z których każdy ma znamionową pojemność 33 kilowatogodziny. Odpowiada to całkowitej mocy netto wynoszącej 175 kilowatogodzin. Bufor magazynowy umożliwia wykorzystanie energii elektrycznej wytworzonej na dachu zgodnie z zapotrzebowaniem.
System z Würzburga został zaprojektowany w taki sposób, aby ograniczyć moc wyjściową oraz zminimalizować konieczność pobierania energii z sieci. W pierwszej kolejności wykorzystywana jest energia generowana przez system. Jeśli jest jej za mało, wówczas energię pobiera się z akumulatorów litowo-jonowych. Priorytetem jest magazynowanie samodzielnie wytworzonej energii elektrycznej, która nie może być zużyta od razu w okresach niskiego zapotrzebowania.
„Oprócz optymalizacji zużycia energii przez konsumenta, możliwe jest uniknięcie wyższych opłat sieciowych za dostarczanie energii poprzez rozładowywanie urządzenia magazynującego w okresach szczytowego obciążenia i ładowanie go w okresach niskiego obciążenia“ – wyjaśnia Ralf Klingenberg z BECK AUTOMATION. „Kryje się za tym algorytm, który na bieżąco oblicza optymalną moc magazynu, przez co zapobiega również jego niepotrzebnemu rozładowaniu“.
Ponadto zarządzanie obciążeniem można wykorzystać do blokowania poszczególnych urządzeń zgodnie z listą priorytetów, na przykład przepływowego podgrzewacza wody, który zapewnia wodę do mycia. Jeśli moc generowana przez instalację fotowoltaiczną jest niewystarczająca, wówczas do ładowania akumulatorów poza godzinami szczytu (na przykład w nocy) można wykorzystać energię z sieci. Jeżeli jednak moc generowana przez system PV przekracza zużycie, a magazyny są już pełne, nadwyżkę energii można przekazać do sieci.
W piwnicy przedszkola znajduje się sześć akumulatorów litowo-jonowych systemu magazynowania energii.
Kompleksowa komunikacja
Firma BECK AUTOMATION wykorzystała komponenty WAGO do realizacji wymiany informacji pomiędzy magazynami energii, siecią energetyczną, systemem fotowoltaicznym i urządzeniami konsumenckimi. Sterownik PFC200 z serii WAGO-I/O-SYSTEM 750 pełni funkcję jednostki sterującej i komunikacyjnej. Zintegrowany interfejs RS-485 komunikuje się z licznikiem energii zainstalowanym w punkcie przyłączenia za pomocą otwartego protokołu Modbus RTU. Zarejestrowane dane pomiarowe mogą być wykorzystane do efektywnego sterowania procesem wytwarzania i magazynowania energii.
W przypadku połączenia z Internetem sterownik korzysta z szyfrowania za pośrednictwem wirtualnej sieci prywatnej (VPN), spełniając tym samym najwyższe standardy bezpieczeństwa. Ponadto sterownik WAGO PLC przesyła do serwera BECK bieżące dane, np. dotyczące samodzielnie wygenerowanej energii, stanów naładowania magazynu lub danych dotyczących zużycia oraz przesyła dane historyczne do bazy danych BECK w celu ich analizy. Pozwala to na dalszą optymalizację współdziałania instalacji fotowoltaicznej z magazynem energii.
Tekst: Andreas Siegert | WAGO
Zdjęcia: Jilek | Bildschön
Źródło WAGO.PL