Źródła energii odnawialnej są coraz częściej wykorzystywane w praktyce. System PV wybudowany w Warszawie przez firmę Wamtechnik potwierdza szerokie możliwości zastosowań fotowoltaiki, również w zakresie jej integracji z budynkiem.

W ramach istniejącego od 2002 roku na Politechnice Warszawskiej Centrum Fotowoltaiki, którego koordynatorem jest dr Stanisław M. Pietruszko, wybudowano instalację fotowoltaiczną umieszczoną na dachu i fasadzie budynku, o łącznej mocy 21 kW.

Instalacja fotowoltaiczna na fasadzie budynku

Do budowy systemu fotowoltaicznego (PV) przystąpiła firma Wamtechnik (autonomiczne źródła zasilania) wraz z firmami partnerskimi. Jako miejsce instalacji wybrano gmach Inżynierii Środowiska Politechniki Warszawskiej zlokalizowany przy ul. Nowowiejskiej 20. Ponieważ jest to pierwsza tego typu instalacja w Polsce, od samego początku wymagała od wszystkich osób zaangażowanych w ten projekt nowatorskiego podejścia i rozwiązywania problemów pojawiających się w trakcie realizacji. Wykonawca nie miał możliwości korzystania z czyichkolwiek doświadczeń. Koncepcja i finalny kształt systemu to nowe rozwiązania na polskim rynku.

Elementy układu

System fotowoltaiczny składa się z dwóch części: fasadowej i dachowej. W części fasadowej umieszczono moduły fotowoltaiczne (PV) Asiopak-30-SG firmy Schott. Są to elementy wykonane z krzemu amorficznego o stosunkowo niskiej sprawności lecz konstrukcyjnie przystosowane do estetycznej integracji z budynkiem. Moduły skierowano w kierunku południowym i zachodnim.
W części dachowej zainstalowano dwa rodzaje modułów PV: Asiopak-30-SG oraz KC200GHT-2 produkowane przez firmę Kyocera. Moduły KC200GHT-2 to jedno z najpopularniejszych rozwiązań stosowanych w elektrowniach PV. Moc 200 Wp to efekt zastosowania krzemu polikrystalicznego o jednej z największych sprawności (ponad 16%), który został opracowany w laboratoriach Kyocera. Ta japońska firma jest jednym z nielicznych producentów wytwarzających moduły fotowoltaiczne w całości, wyłącznie z własnych materiałów, z wykorzystaniem własnego know-how.

Instalacja fotowoltaiczna na fasadzie budynku – strona zachodnia

Konstrukcja

W celu zmaksymalizowania ilości produkowanej energii elektrycznej, moduły na dachu są zainstalowane pod kątem około 30^O. Pochylenie zrealizowano przy wykorzystaniu stalowych stelaży rozmieszczonych na powierzchni całego dachu. Zostało ono dobrane w oparciu o dane mówiące o najkorzystniejszych parametrach pracy w naszej szerokości geograficznej. Podstawą doboru miejsc posadowienia stelaży było takie ich rozmieszczenie, aby żaden z istniejących elementów budynku nie zacieniał modułów fotowoltaicznych. Uwzględniono również parametry konstrukcyjne dachu oraz takie zagrożenia, jak silne podmuchy wiatru, zaleganie śniegu, itp. Fasada fotowoltaiczna jest zabudowana równolegle do ściany budynku. Zanim zamontowano moduły, wykonano prace ociepleniowe.
Zarówno na dachu jak i fasadzie znajdują się stelaże stalowe stanowiące konstrukcję pośrednią do mocowania modułów. Konstrukcja bezpośrednia opiera się na wykorzystaniu profili aluminiowych i systemu mocowań w postaci haków i docisków. Całość konstrukcji pełni funkcje połączenia modułu PV z budynkiem.

Instalacja fotowoltaiczna na dachu budynku – moduły Kyocera

Charakterystyka elektryczna

Z elektrycznego punktu widzenia instalacja fotowoltaiczna składa się z części stałoprądowej DC po stronie modułów fotowoltaicznych oraz części zmiennoprądowej AC pomiędzy falownikiem, a miejscem gdzie jest połączona z siecią miejską. Moduły PV wytwarzają prąd stały o napięciu rzędu kilkunastu, kilkudziesięciu volt. Łącząc je w szeregi uzyskuje się źródło energii o napięciu kilkuset volt i prądzie maksymalnym zależnym od mocy modułu. Moduły, połączone za pośrednictwem kabli i złączek przewidzianych do zastosowań w fotowoltaice, są źródłem prądu na wejściu falownika. Falownik należy dobrać uwzględniając wiele czynników takich jak: napięcie szeregu modułów PV, zmienność napięcia modułu PV w zależności od temperatury, maksymalny prąd wytwarzany przez moduły, miejsca zainstalowania falownika (wnętrzowy lub do zastosowań na zewnątrz).

Instalacja fotowoltaiczna na dachu budynku – moduły Asiopak

Topografia instalacji

W omawianej instalacji wykorzystano falowniki Sunny Boy firmy SMA. Na fasadzie znajdują się po jednym na części południowej i zachodniej. W części dachowej wydzielono siedem systemów: pięć z modułami Asiopak i dwa z modułami Kyocera. Falowniki są umieszczone w bezpośredniej bliskości modułów fotowoltaicznych, na dachu, na stelażach stalowych pod modułami oraz w pomieszczeniu przylegającym do fasady fotowoltaicznej. Kable AC z wszystkich falowników zbiegają się w rozdzielnicy systemu umieszczonej w jednym z pomieszczeń gmachu. Kabel z rozdzielnicy jest przeprowadzony do pomieszczenia rozdzielni głównej na parterze budynku. W rozdzielni znajduje się punkt pomiaru ilości wytwarzanej energii oraz przyłącze systemu PV do sieci miejskiej.
Instalacja fotowoltaiczna jest wyposażona w niezbędne zabezpieczenia zarówno po stronie DC (m. in. rozłączniki Santon 1000 V / 25 A, ochrona przepięciowa) jak i AC. Zamontowano również ochronę od wyładowań atmosferycznych.

Eksploatacja

Wybudowany system PV w głównej mierze stanowi element zaplecza naukowego Politechniki Warszawskiej. W związku z tym wyposażono go w magistralę łączącą falowniki, czujniki nasłonecznienia i temperatury, które w powiązaniu ze stacją meteo będą źródłem pomiarów meteorologicznych i temperatury pracy modułów PV. Już wkrótce zostanie uruchomiona tablica wizualizacyjna informująca o ilości wytwarzanej energii.
Projekt sfinansowano ze środków PV Enlargement (kontrakt NNE5/2001/736) z VI Programu ramowego Badań i Rozwoju Unii Europejskiej. Środki na budowę przekazało również Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz Politechnika Warszawska.

mgr inż. Paweł Kostrzewa
Autor jest parcownikiem
firmy Wamtechnik Sp. z o.o.
Zdjęcia zamieszczono
dzięki uprzejmości
dr Stanisława M. Pietruszko,
inicjatora budowy opisywanego
systemu PV.