Programowanie pracy odbiorników i niekonwencjonalnych źródeł energii w budynku energooszczędnym
Algorytm działania układu sterowania pozycjonowaniem lamel rolety według opisu podanego dla przycisków P1 i P2: a) sterowanie ruchu naprzemiennie przyciskiem P1, b) sterowanie ruchu naprzemiennie przyciskiem P1 i zatrzymanie ruchu przyciskiem P2
Jednym ze sposobów oddziaływania otoczenia na budynek, wpływających na jego efektywność energetyczną, jest transfer energii cieplnej z oraz do otoczenia. Utrzymanie stałego przedziału zmienności temperatury wewnątrz budynku jest możliwe przez schładzanie pomieszczeń i korytarzy w okresach wysokich albo ogrzewanie w okresach niskich temperatur, czyli przez kompensację wpływu zmian warunków atmosferycznych. Jest to typowy sposób realizacji stabilizacji temperatury – regulacji pogodowej.
Zobacz także
mgr inż. Mirosław Kobusiński Ochrona przeciwprzepięciowa i przetężeniowa w instalacjach inteligentnych
W ostatnich dekadach nastąpił gwałtowny postęp technologiczny w dziedzinie techniki instalacyjnej, związany między innymi z wprowadzeniem systemów automatyki budynkowej, które przyjęło się określać jako...
W ostatnich dekadach nastąpił gwałtowny postęp technologiczny w dziedzinie techniki instalacyjnej, związany między innymi z wprowadzeniem systemów automatyki budynkowej, które przyjęło się określać jako „instalacje inteligentne”. W potocznym rozumieniu, zastosowanie „instalacji inteligentnej” w danym budynku sprawia, że jest on traktowany jako budynek bądź też dom „inteligentny”, czyli wyposażony w takie układy instalacyjne, które są w stanie samoczynnie wykonywać zaprogramowane funkcje sterowania,...
Farnell Projekty w trudnych warunkach przemysłowych
Zastosowanie skomplikowanych urządzeń elektronicznych i czujników do ulepszania i rozszerzania procesów produkcji, obróbki skrawaniem i procesów produkcyjnych w zastosowaniach przemysłowych jest możliwe...
Zastosowanie skomplikowanych urządzeń elektronicznych i czujników do ulepszania i rozszerzania procesów produkcji, obróbki skrawaniem i procesów produkcyjnych w zastosowaniach przemysłowych jest możliwe tylko wtedy, gdy wszystkie komponenty przetrwają w trudnym środowisku. Systemy muszą wytrzymywać gorące, wilgotne i trudne warunki oraz niszczące pola elektryczne i magnetyczne. Specyficzne warunki środowiskowe, w których produkt jest używany, wpływają na jego specyfikacje. Takie specyfikacje należy...
dr inż. Karol Kuczyński Ograniczenie strat w transformatorach rozdzielczych – co możemy jeszcze zrobić?
Straty w sieci energetycznej różnią się znacznie w poszczególnych krajach na całym świecie. Liczby wahają się od mniej niż 4% do ponad 20%. W większości krajów daje to możliwość znacznych oszczędności....
Straty w sieci energetycznej różnią się znacznie w poszczególnych krajach na całym świecie. Liczby wahają się od mniej niż 4% do ponad 20%. W większości krajów daje to możliwość znacznych oszczędności. Transformatory rozdzielcze są wykorzystywane do przekształcania energii elektrycznej ze średniego napięcia – poziomu, na którym energia jest przesyłana lokalnie i dostarczana do wielu odbiorców przemysłowych – do poziomu niskiego napięcia – zazwyczaj wykorzystywanego przez konsumentów indywidualnych...
StreszczenieW artykule opisano struktury algorytmów sterowania pracą odbiorników energii elektrycznej w instalacji inteligentnej, współpracujących z innymi instalacjami technicznymi, w celu polepszenia parametrów energetycznych budynku. Do struktury instalacji włączono agregat ogniw fotowoltaicznych, współpracujących z baterią akumulatorów stacyjnych. Opracowano algorytmy działania układów programujących proces ruchu rolet ograniczających dopływ ciepła przez okna do pomieszczeń (latem) i odpływ ciepła do otoczenia (zimą) oraz doświetlania wnętrza pomieszczenia. Opisano sposoby wyposażenia obwodów instalacji odbiorczej i programowania pracy odbiorników energii elektrycznej w jednym z systemów instalacji inteligentnych, na przykładzie systemu LCN (Local Control Network).AbstractProgramming the operation of receivers and the unconventional sources of energy in the energy-efficient buildingIn the paper the structures of algorithms of controlling were described with operation of receivers of the electric energy in the intelligent installation, cooperating with different technical installations, in order to upgrade the energy parameters of the building. A unit of photovoltaic cells and aggregate of station batteries were included in the structure of the electric installation. The algorithms of the operation of systems programming for the process of moving the roller-blinds were worked out for limiting the inflow of the heat through the windows into rooms (during summer) and outflow of the heat (during winter). Additionally the aspect of correction the ambient lighting in relation to the natural light from the sun was taken into the consideration. Different methods of equipping circumferences of the installation and the programming the functioning of the receivers of the electric energy were described using LCN system (Local Control Network) as an example of intelligent installation systems. |
Ograniczanie niepożądanego wpływu można zrealizować przez wprowadzenie dodatkowych przegród dla strumienia ciepła w postaci rolet, markiz lub zasłon. Uzyskamy tym sposobem zmniejszenie strumienia ciepła wpływającego niekorzystnie (również ekonomicznie) na komfort cieplny pomieszczeń.
Kosztem niewielkiego poboru energii elektrycznej przez układ sterowania np. roletami, układ pozwoli zmniejszyć, w pewnych granicach, ilość energii (ciepła lub chłodu) niezbędnej dla utrzymania stałej temperatury wewnątrz budynku. Podnosi to efektywność energetyczną budynku, jednak wymaga zastosowania niezależnego układu automatyki, który może być zastąpiony przez jedną z funkcji instalacji inteligentnych.
Drugim czynnikiem wpływającym na określenie energochłonności budynku, który jest uwzględniony przy sporządzaniu audytu energetycznego, jest energia (także moc) pobierana na cele oświetleniowe, przeliczona na ilość dostarczonej energii pierwotnej.
Energia pobrana przez pozostałe odbiorniki energii elektrycznej zainstalowane w budynku zależy od jego przeznaczenia oraz przyzwyczajeń jego użytkowników – mieszkańców, a w przypadku obiektu przemysłowego – od wyposażenia linii technologicznych związanych z jego przeznaczeniem.
Ograniczając rozważania do instalacji elektrycznych jako technicznego wyposażenia budynku [6, 10] można przyjąć, że dokonanie rozdziału obwodów instalacji odbiorczej jest związane z rodzajem zasilanych odbiorników.
Taki podział uwzględnia jedynie funkcjonalność obwodów instalacji odbiorczej. Jest on istotny w przypadku wystąpienia uszkodzenia instalacji (zwarcia, przeciążenia, przepięcia itp) dla podniesienia pewności pracy pozostałych grup. Zakładając konieczność sterowania poborem mocy, wykonywaną przez użytkownika w celu realizacji przyjętych zasad zarządzania pobieraną energią, ograniczenie rozdziału obwodów do grupy odbiorników oświetleniowych i pozostałych nie jest wystarczające.
Rozdział musi uwzględniać dodatkowo obecność lokalnych źródeł energii elektrycznej zasilanych odnawialną energią pierwotną (OZE) [8] oraz zasady gospodarowania tą energią. Tym samym pojawia się problem priorytetów zasilania odbiorników energii.
Podział obwodów instalacji odbiorczej
Na rysunku 1. przedstawiono uproszczony schemat instalacji elektrycznej budynku, zasilanej z własnych źródeł energii elektrycznej pozyskanej z OZE, głównie z agregatu ogniw fotowoltaicznych [1, 7] oraz z sieci niskiego napięcia. Dodatkowo założono, że obiekt jest zasilany z sieci inteligentnej – smart grid, z tego powodu powstają dodatkowe uwarunkowania [2, 4, 12, 13, 14, 15]. Między innymi w układzie zasilania zainstalowany jest dwukwadrantowy licznik energii elektrycznej, który pozwala jednocześnie rozliczać energię pobraną z lokalnej sieci oraz do niej wprowadzoną.
Kryterium uprzywilejowania
Biorąc pod uwagę ograniczenia związane z pracą ogniw fotowoltaicznych zaproponowano podział obwodów instalacji odbiorczej na trzy grupy: standardowe, uprzywilejowane i preferowane [9]. Można w ten sposób dodatkowo wydzielić podgrupę odbiorników zasilanych przez to źródło energii.
Pozwala to przede wszystkim dopasować moc pobieraną przez grupę odbiorników do mocy znamionowej dysponowanego źródła. Jest to istotne w przypadku wystąpienia awarii zasilania z sieci i konieczności ograniczenia pobieranej mocy wymuszonego przez układ sterowania FACTS (ang. Flexible alternating current transmission system) sieci inteligentnej (smart grid).
Brak rozdziału obwodów odbiorczych (również wlz) prowadzi albo do całkowitego odcięcia zasilania (odciążenie), albo uniemożliwia elastyczne sterowanie poborem mocy wewnątrz sieci inteligentnej [10]. Dalszym skutkiem braku możliwości sterowania pracą odbiorników jest brak wykorzystania efektów sterowania pracą systemu elektroenergetycznego wynikających z zastosowania systemów teleinformatycznych [11].
Kryterium funkcjonalności
Podział obwodów instalacji odbiorczej według funkcjonalności poszczególnych odbiorów jest stosowany w instalacjach tradycyjnych [6].
Wydziela się odbiorniki oświetleniowe, a pozostałe grupuje, uwzględniając ich moc oraz przeznaczenie – głównie są to obwody gniazd wtyczkowych oraz odbiorniki na stałe przyłączone do instalacji zasilającej. Na rysunku 1. wyróżniono fragment instalacji zawierającej obwody oświetleniowe i gniazd wtyczkowych zaliczonych do grupy uprzywilejowanych.
Celem nadrzędnym stosowania układów sterowania poborem energii jest uzyskanie najniższego z możliwych poboru energii bez utraty poczucia komfortu przez użytkownika budynku. W tym celu niezbędne jest opracowanie algorytmu sterowania pracą odbiorników energii elektrycznej (również ciepła lub chłodu) zapewniającego osiągnięcie planowanego poziomu efektywności energetycznej budynku.
Algorytm sterowania napędem rolet
Sterowanie położeniem rolet można wykonywać ręcznie lub automatycznie. Funkcjonalność rolety wzrasta w przypadku sterowania automatycznego, które odbywa się zgodnie z jakąś (określoną) procedurą. Zarówno sterowanie ręczne, jak i automatyczne opisane jest algorytmem.
Układ zasilania napędu rolet – sterowanie ręczne
Obwód instalacji elektrycznej zasilającej układ napędu rolet oprócz typowych zabezpieczeń zawiera przekaźnik albo stycznik, przy większych mocach silnika. Schemat toru zasilania przedstawiono na rysunku 2.
Asynchroniczny silnik jednofazowy prądu przemiennego zasilany jest z tablicy zasilającej przewodem o trzech żyłach: L – fazowa, N – neutralna, PE – ochronna. Żyła ochronna jest połączona z obudową napędu. Obwód zasilania zawiera zabezpieczenie różnicowoprądowe (F1) oraz nadprądowe z wyzwalaniem elektromagnetycznym i termicznym (F2). Przełącznik W1 ma trzy położenia stabilne, które wyznaczają sposób pracy silnika napędu rolet (rys. 2.). W pozycji: 1 – podnoszenie rolety; 2 – silnik wyłączony, roleta pozostaje w pozycji osiągniętej, w momencie wyłączenia zasilania, zarówno podczas podnoszenia, jak i opuszczania; 3 – opuszczanie rolety.
Wewnątrz obudowy napędu zamontowane są wyłączniki krańcowe, które odcinają zasilanie w chwili uzyskania przez roletę pozycji w pełni podniesionej lub opuszczonej. Przestawienie wyłącznika z pozycji 1 na 3 powoduje zmianę kierunku obrotów silnika i tym samym zmianę kierunku ruchu rolety.
Sterowanie ręczne realizowane przez opisany układ wymaga zainicjowania procesu zmiany położenia rolety przez użytkownika. Proces ten można zautomatyzować przez zastąpienie przełącznika W1 układem sterowania. Schemat układu ze sterowaniem automatycznym pokazano na rysunku 3. W tym układzie położenie lamel rolety (lub żaluzji) można uzależnić od pory dnia, temperatury wewnętrznej lub/i zewnętrznej oraz prędkości wiatru. Impulsy sterujące pochodzą wówczas od czujników wymienionych wielkości. Układ umożliwia również sterowanie ręczne.
Sposób wykorzystania instalacji, zbudowanej z wykorzystaniem jednego z dostępnych powszechnie systemów instalacji inteligentnych, opisano w kolejnych punktach tego rozdziału.
Układ zasilania napędu rolet – sterowanie automatyczne
Do automatycznego sterowania ruchem rolety zastosowano system instalacji inteligentnej LCN (Local Control Network – lokalnej sieci sterującej) [3, 5]. Charakteryzuje się on tym, że sygnały sterujące układami wykonawczymi są w sposób cyfrowy wysyłane żyłą D przewodu normalnej instalacji elektrycznej, odbiorczej (rys. 4.). Obwód sterowania zamyka się przez przewód neutralny N. Prąd zasilający sterowany odbiornik dopływa żyłą L i powraca do źródła żyłą N. Żyła neutralna N odgrywa podwójną rolę, dlatego należy to uwzględnić przy zabezpieczaniu obwodu za pomocą zabezpieczenia różnicowoprądowego, że musi ono obejmować również żyłę D [5].
Stan pracy odbiornika Odb jest wymuszany przyciskami przyłączonymi do wejścia T modułu logicznego. Moduł z przyciskami znajduje się w puszce instalacyjnej, a moduł wykonawczy zamontowany jest w rozdzielnicy.
Do sterowania można wykorzystać cztery przyciski z tabeli A modułu logicznego. Sterowanie odbywa się za pomocą przekaźnika – funkcji wbudowanej w algorytm działania modułu. W wariancie pierwszym wykorzystać można tylko jeden przycisk, natomiast w drugim – dwa albo wszystkie (cztery). Przyciski będą pełniły następujące funkcje:
- P1 – przycisk pierwszy – po jednym, krótkim naciśnięciu ruch rolety w górę, po ponownym krótkim naciśnięciu – ruch rolety w dół, realizacja przez przełączanie się przekaźnika,
- P2 – przycisk drugi – po krótkim naciśnięciu zatrzymanie ruchu rolety (stop), po naciśnięciu przycisku następuje zawsze zmiana kierunku ruchu,
- P3 – przycisk trzeci – przyciśnięcie długie, ruch rolety w górę, puszczenie przycisku, zatrzymanie ruchu rolety, w położeniu, które roleta do tej pory uzyskała,
- P4 – przycisk trzeci – przyciśnięcie długie, ruch rolety w dół, puszczenie przycisku, zatrzymanie ruchu rolety, w położeniu, które roleta do tej pory uzyskała.
Za naciśnięcie krótkie uważa się takie, które trwa około 0,2 s.
Opis działania przedstawiony w formie graficznej pokazano na rysunku 5. Romby obrazują sprawdzenie wartości logicznej zmiennych, w tym przypadku stany łączników P1, P2. Ponadto wprowadzono zmienne S i D opisujące stan pracy silnika oraz kierunek ruchu rolety (w rzeczywistości kierunek obrotów silnika).
Każda ze zmiennych może przyjąć tylko dwie wartości: fałsz przypisany do wartości 0 (styki rozwarte) zmiennej oraz prawda przypisana do wartości 1 (styki zwarte). Jako kryterium wyboru dalszego działania sprawdzać można dowolny z tych stanów. Przyjmując, że wartość 1 oznacza styk zamknięty (czyli prąd dopływa do silnika lub przycisk jest naciśnięty), werbalny opis badania stanu przycisku P1 brzmi wtedy następująco: czy naciśnięto przycisk P1? Jeżeli tak, to P1=1, jeżeli nie to P1=0.
Kwadraty lub prostokąty opisują działania – wymuszenie zmiany położenia styków przekaźników w układzie zasilania silnika rolety, na przykład dla opuszczania D=1, a dla podnoszenia D=0. Są to informacje wyznaczające żądaną pozycję styków przekaźnika określającego kierunek obrotów silnika. Oprócz tego opisany jest stan styków S przekaźnika załączającego i wyłączającego zasilanie silnika. Stan wyłączników krańcowych położenia dolnego WKD=0 albo górnego WKG=0 oznacza osiągnięcie danej pozycji krańcowej i tym samym otwarcie styków w obwodzie zasilania silnika, który wtedy zatrzymuje swój bieg. Funkcję tę realizuje zespół styków wbudowany do układu napędowego, dlatego w algorytmie nie uwzględniono stanu tych styków.
Algorytm przedstawiony na rysunku 5a opisuje proces sterowania pozycją rolety za pomocą jednego przycisku P1. Przekaźnik realizujący zmianę kierunku obrotów silnika ma styki normalnie rozwarte (NO – normally open), zamykające obwód (zwierające się) po podaniu napięcia na cewkę przekaźnika i styki normalnie zwarte (zamknięte) (NC – normally closed) w stanie beznapięciowym cewki i rozwierające się po podaniu napięcia na cewkę.
W stanie początkowym – cewka nie jest zasilana, zmienna opisująca kierunek ruchu rolety przyjmuje wartość D=1, co oznacza, że możliwy jest ruch rolety w dół, aż do osiągnięcia pozycji skrajnej. Ruch ten uaktywnia naciśnięcie przycisku P1. Po osiągnięciu pozycji krańcowej, dolnej, wyłącznik krańcowy (WKD) rozewrze się i odetnie przepływ prądu do silnika. Ponowne naciśnięcie przycisku P1 wymusi ruch rolety w górę, ponieważ przekaźnik D zmienił stan, nie jest pobudzony, stąd D=0. Po osiągnięciu górnej pozycji skrajnej zasilanie silnika ustanie wskutek zadziałania wyłącznika skrajnego WKG wbudowanego w układ napędowy. Zmiana kierunku ruchu rolety odbywa się cyklicznie po każdym naciśnięciu przycisku P1.
Opisany algorytm sterowania (rys. 5a) jest prosty, ale układ nie pozwala zatrzymać ruchu rolety w dowolnej pozycji między górną i dolną skrajną. Umożliwia to układ przedstawiony na rysunku 5b ruch rolety można zatrzymać w dowolnej chwili naciśnięciem przycisku P2. Naciśnięcie przycisku P1 spowoduje zmianę kierunku ruchu rolety według algorytmu z rysunku 5a.
Opisane algorytmy można rozbudować, zwiększając liczbę i zakres warunków ograniczających realizowane procedury sterowania, na przykład: o funkcje realizowane przyciskami 3 i 4. W celu uniknięcia przypadkowych zadziałań układu należy zawsze ustalić warunki początkowe, które muszą być spełnione, aby układ znajdował się w stanie bezpiecznym dla użytkownika i sterowanego urządzenia.
Zaproponowany algorytm działania można zastosować do sterowania pracą dowolnego odbiornika energii – zarówno elektrycznej, jak i chłodu lub ciepła oraz mediów: wody i gazu. Fragment instalacji pokazany na rysunku 6. zawiera elementy umożliwiające sterowanie procesem pozycjonowania rolety.
Działanie układu można opisać następująco. Styki przekaźnika R1 zasilają silnik rolety w czasie jej podnoszenia lub opuszczania, a przekaźnik R2 ustala kierunek obrotów silnika, czyli kierunek ruchu rolety – opuszczanie lub podnoszenie. Pracą obu przekaźników steruje układ logiczny, który jest zaimplementowany w modułach instalacji inteligentnej, w tym przypadku w module SH+ [3]. Układ ten realizuje funkcje opisane w algorytmie sterowania położeniem lamel rolety.
Stany pracy układu są wymuszane przyciskami P1, P2, P3, P4, które uaktywniać będą funkcje zdefiniowane w algorytmie. W układach instalacji inteligentnych kolejność numerowania przycisków nie ma znaczenia, istotna jest funkcja przypisana danemu przyciskowi. Wyróżnia się jednak czas wywierania nacisku na przycisk – krótko (około 0,2 s) lub długo oraz moment ustania nacisku, czyli puszczenia przycisku.
Powiązania między sygnałem pochodzącym od przycisków, czujników, przekaźników czy innych urządzeń sterujących realizowane są za pomocą funkcji logicznych (iloczyn suma, negacja itd.) oraz czterech tabel oznaczonych jako A, B, C i D [3].
Algorytm sterowania doświetlaniem pomieszczenia
Znaczącym udziałem w pobieranej przez odbiorców bytowo-komunalnych energii elektrycznej charakteryzują się odbiorniki oświetleniowe. W bilansie mocy czteropokojowego mieszkania (z odpowiednią powierzchnią towarzyszącą) moc zainstalowana urządzeń oświetleniowych wynosi około 2 kW. Z tego powodu działania wpływające na ograniczenie poboru mocy na cele oświetleniowe mogą zdecydowanie podnieść efektywność energetyczną budynku. Dotyczy to również budynków i obiektów użyteczności publicznej. Obniżenie poboru energii można uzyskać dwojako: obniżyć moc urządzenia i zarazem podnieść jego sprawność energetyczną albo ograniczyć, bez obniżania komfortu, czas i sposób jego użytkowania.
Czas użytkowania oświetlenia wynika z przyzwyczajeń i potrzeb użytkownika pomieszczenia. Jednak przede wszystkim wynika również z pory doby i czasu nasłonecznienia [14]. Z badań opisanych w pracy [14] wynika, iż średni, roczny (z wielolecia 1884-2010) czas usłonecznienia – czas operacji promieniowania słonecznego – w Krakowie wynosi 1547,5 godziny.
Czas, w którym chwilowe, maksymalne natężenie promieniowania słonecznego wynosi ponad 1000 W/m2, występuje w okresie letnim (od maja do lipca), nawet przy zachmurzeniu dochodzącym od 40 do 75%, w zależności od rodzaju chmur. Czas nasłonecznienia wpływa również na poziom mocy generowanej przez agregat ogniw fotowoltaicznych. Co prawda czas ten jest wydłużony o okres, w którym energię dostarcza bateria akumulatorów, jednak jest ściśle ograniczony jej pojemnością, stanem naładowania oraz mocą zasilanych urządzeń.
Doświetlanie – częściowe oświetlenie pomieszczenia w celu wyrównania poziomu natężenia oświetlenia powierzchni roboczych uzyskać można projektując instalację zasilającą źródła światła w sposób przedstawiony na rysunku 7. Ograniczenie mocy pobieranej przez instalacje oświetleniowe uzyskane przez włączenie tylko jej części jest najprostszym sposobem zmniejszenia poboru energii elektrycznej.
Utworzono grupy lamp, opisane literami A, B, C i D, które zasilane są przez układ sterujący wartością emitowanego strumienia świetlnego. Doświetlenie powoduje wyłączenie lamp w grupach A i B (znajdują się w strefie położonej blisko okien) oraz możliwość regulacji strumienia w grupie lamp C. W przypadku, gdy poziom natężenia oświetlenia jest niewystarczający, załączane są strefy A i B z poziomem wyznaczonym przez układ automatycznego pomiaru natężenia w pomieszczeniu.
Do wysterowania tego procesu wystarczy jeden z przycisków w module GT12. Jego naciśnięcie powoduje uaktywnienie procesu doświetlania, po ponownym naciśnięciu układ oświetleniowy wraca do normalnego stanu. Dwa przyciski normalnie sterujące oświetleniem pozwalają załączyć i wyłączyć oświetlenie wszystkich stref (A, B, C) po naciśnięciu krótkim oraz zmniejszyć lub zwiększyć natężenie oświetlenia po naciśnięciu długim i puszczeniu przycisku, odpowiednio: wyłącz lub załącz).
Regulacja mocy – natężenia oświetlenia jest realizowana przez układ logiczny instalacji inteligentnej zamontowany na tablicy zasilającej (LCN-HU) oraz układ logiczny zamontowany w puszce instalacyjnej (LCN-UPP) wraz zespołem przycisków GT12. Algorytm doboru natężenia strumienia świetlnego emitowanego przez elektryczne źródła światła można dowolnie komplikować używając do tego celu funkcji logicznych zaimplementowanych w modułach logicznych.
Moduł HU charakteryzuje się możliwością płynnego sterowania strumieniem świetlnym emitowanym przez źródło. Sygnał sterujący może mieć postać analogową (poziom napięcia w przedziale 0–10 V) oraz cyfrową do współpracy z systemem DALI). W omawianym przypadku grupy oświetleniowe A i B są sterowane wspólnym sygnałem 0–10 V z wyjścia 1, a grupa C z wyjścia 2. Oprawy oświetleniowe strefy D są załączane oddzielnie, ponieważ stanowią fragment instalacji oświetlenia iluminacyjnego.
Programowanie pracy źródeł zasilania budynku
Ogólne uwagi związane ze współpracą lokalnego źródła energii elektrycznej z mikrosiecią opisano w pracy [13]. Jednym z uwarunkowań tam opisanych jest prognoza obciążenia oraz prognoza warunków pogodowych istotnych dla pracy danego źródła, na przykład ogniw fotowoltaicznych czy wiatraka.
Do opracowania programu pracy agregatu ogniw fotowoltaicznych niezbędna jest prognoza sum promieniowania słonecznego, dla wiatraków wartość prędkości wiatru oraz okresu jej występowania, a także opadów na terenie zlewni cieku, na którym zainstalowano małą elektrownię wodną (MEW). W analizowanym przypadku prognozowanie pracy źródeł energii ograniczono do energii promieniowania Słońca.
Prognozy opadów są dość dobrze opracowane (np. meteo ICM) natomiast poziom zachmurzenia można określić dla konkretnego przedziału czasu z błędem od około 22% dla danego miesiąca do 42% dla wybranej doby [14]. Do prognozowania tego parametru, jako narzędzie, stosuje się sieć neuronową w postaci perceptronu wielowarstwowego.
Znajomość nasłonecznienia pozwala przewidzieć okresy, w których wydajność źródła w postaci agregatu ogniw fotowoltaicznych będzie ograniczona. Do wykonania stosownych obliczeń niezbędna jest baza danych meteorologicznych, głównie nasłonecznienia (w tym zachmurzenia). Ewentualne braki dostatecznej operacji Słońca pokrywa energia gromadzona w baterii akumulatorów. Technika określania dysponowanej pojemności akumulatorów może być wzorowana na procesach stosowanych przy realizacji gospodarki zbiornikowej w elektrowni wodnej. W odniesieniu do akumulatorów byłby to aktualizowany na bieżąco wykres C (t) – pojemność dysponowana jako efekt bilansu ładunku władowanego i pobranego.
Podsumowanie
Problem programowania pracy lokalnych źródeł energii zasilających budynek charakteryzują dwa punkty odniesienia – widziany od strony mikrosieci, do której przyłączone są źródła i drugi, związany z instalacją odbiorczą zasilaną przez te źródła. Moc źródeł, na ogół wynikająca z warunków dostępności i rodzaju OZE oraz kosztów inwestycyjnych, może przekraczać poziom mocy zapotrzebowanej przez odbiorców w rozpatrywanym budynku (budynkach) i wówczas nadwyżka jest eksportowana do mikrosieci. Przy mocy zainstalowanej źródeł mniejszej od zapotrzebowanej deficyt mocy jest pokrywany przez źródła według algorytmu akceptowanego przez mikrosieć. Oznacza to, że pobór mocy powinien być przewidywalny na poziomie styku mikrosieci i SEE – systemu elektroenergetycznego.
Część odbiorcza toru zasilania energią może być sterowana w ramach instalacji inteligentnych budynków. Informacje, które opisują profil energetyczny odbiorców, są odwzorowane w urządzeniach pomiarowo-rozliczeniowych (licznikach). Integracja tych informacji na poziomie mikrosieci pozwala optymalizować zarówno koszt generacji w tej sieci jak i na poziomie SEE [12].
Ten efekt można uzyskać wówczas, kiedy informacje służące do podejmowania decyzji są bieżąco aktualizowane. Dołączenie aktualnych danych pogodowych do bazy danych elektroenergetycznych pozwala precyzować możliwości lokalnych źródeł energii, tworzących podstawę zasilania mikrosieci, wpływa korzystnie na planowanie pracy tych źródeł energii elektrycznej, które są silnie uzależnione od stanu pogody – wiatraków i ogniw fotowoltaicznych.
***
Tekst artykułu prezentowanego w formie referatu na XV Sympozjum z cyklu „Współczesne urządzenia oraz usługi elektroenergetyczne, telekomunikacyjne i informatyczne” pt. „Klasyczne i inteligentne sieci oraz instalacje – projektowanie, budowa, eksploatacja”, Poznań 21–22 listopada 2012 r.
Literatura
- Chwieduk D., Wykorzystanie promieniowania słonecznego dla potrzeb produkcji ciepła i energii elektrycznej. IV Międzynarodowa Konf. Procesorów Energii ECO-€uro-Energia. Bydgoszcz 2007. s. 151–155.
- Kacejko P., Generacja rozproszona w systemie elektroenergetycznym, Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin, 2004
- Katalog systemu instalacji inteligentnych LCN.
- Kowalska A., Wilczyński A., Źródła rozproszone w systemie elektroenergetycznym. Wyd. Kaprint, Lublin 2007. ISBN- 978-83-915429-5-8
- LCN-Local Control Network. Opis sytemu. Perfekcyjna technika automatyzacji budynku. Issendorf GmbH.
- Markiewicz H., Instalacje elektryczne. WNT Warszawa
- Photovoltaic energy barometer. Systemes solaires. Le journal des energies renouvelable. No 184/2008. s. 49–70
- Paska J., Surma T., Wytwarzanie energii elektrycznej z zasobów odnawialnych w Polsce i Unii Europejskiej. Rynek Energii Elektrycznej REE’08. Rynek Energii Zesz. tematyczny nr I(II) maj 2008. s. 61–68.
- Sroczan E., Cechy współczesnych systemów zarządzania energią. W: X Sympozjum „Współczesne urządzenia oraz usługi elektroenergetyczne, informatyczne i telekomunikacyjne. Zintegrowane zarządzanie energią w budynkach”. Wyd. Oddz. Pozn. SEP. Poznań 2007. s. 7-11.
- Sroczan E., Nowoczesne wyposażenie techniczne domu jednorodzinnego. Instalacje elektryczne. PWRiL Poznań 2004.
- Sroczan E., Współczesne narzędzia teleinformatyczne stosowane do zarządzania energią, Rynek Energii, Nr 1(50)/2004. s. 2-11
- Sroczan E., Symulacja zmienności obciążenia w mikrosieci zawierającej elektrownie zasilane z odnawialnych źródeł energii. W: X Sympozjum „Współczesne urządzenia oraz usługi elektroenergetyczne, informatyczne i telekomunikacyjne. Wyd. Oddz. Pozn. SEP. Poznań 2011. s.
- Szwed P., Współpraca dużej farmy wiatrowej z lokalnym systemem elektroenergetycznym. ape ’03-Present-Day Problems of Power Engineering, Jurata, Poland. 2003. T.IV. s. 15–20
- Trajer J., Czekalski D., Prognozowanie sum promieniowania słonecznego, Polska Energetyka Słoneczna, nr 2-4/2011, s.39-41
- Zaporowski B., Rozwój technologii wytwarzania energii elektrycznej, Zesz. Nauk. Pol. Poznańskiej, Elektryka nr 49/2005. s. 101–135.