Projekt - Szkoła Słoneczna

Realizacja zadania
"Szkoła Słoneczna"

Dnia 23.03.01 nastąpiło otwarcie Szkoły Słonecznej w Bielawie, które to uwieńczyło paruletni okres przygotowawczy związany z jej powstaniem.
Realizacja projektu utworzenia Szkoły Słonecznej umożliwiła szkole poszerzenie oferty dydaktycznej o nowe moduły nauczania związane z aktywnym wykorzystaniem energii promieniowania słonecznego:

• Termiczne instalacje solarne do podgrzewania wody użytkowej

• Fotowoltaiczne instalacje solarne

Bateria kolektorów słonecznych na dachu budynku PCKP w Bielawie

I. Funkcjonujące wyposażenie techniczno-dydaktyczne w ramach realizacji zadania "Szkoła Słoneczna" stanowią:

• 3 termiczne instalacje słoneczne do podgrzewania wody użytkowej. Każda instalacja ma inne zadania do spełnienia w procesie dydaktycznym
• instalacja fotowoltaiczna do przetwarzania energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną zasilającą neon szkolny a także wykorzystywaną na symulacyjnym stanowisku dydaktycznym. Instalacja ta składa się z 6 modułów fotowoltaicznych o mocy 85 Wp każdy. Jeden z modułów zasila pompę obiegową.
• stacja pomiarowa - pomiar: natężenia promieniowania słonecznego, prędkości wiatru, temperatury powietrza,
• platforma wraz z ww. instalacjami została zamontowana na dachu budynku szkolnego i waży ok. 16 ton,
• sterownik swobodnie programowalny połączony z komputerem za pośrednictwem którego możliwe jest sterowanie pracą instalacji słonecznych,
• profesjonalne oprogramowanie umożliwiające pełną wizualizacja parametrów pracy instalacji słonecznych na ekranie komputera dzięki odpowiednio zaprojektowanym "maskom ekranowym" oraz możliwość zmiany konfiguracji połączeń kolektorów słonecznych i trybu pracy pomp obiegowych przy użyciu aktywnych klawiszy ekranowych. Program ten umożliwia także, archiwizację wyników pomiarów dokonanych poprzez wmontowane czujniki temperatury, ciśnienia, przepływu,
• symulacyjne stanowisko dydaktyczne wyposażone w sztuczne oświetlenie i moduły fotowoltaiczne oraz elementy dydaktyczne umożliwiające wykonywanie doświadczeń,
• dach dwupołaciowy pokryty dachówką oraz kolektory wraz z osprzętem służącym do ćwiczeń montażowych na tym dachu,
• pomoce dydaktyczne w postaci elementów instalacji słonecznych
• podręczniki do nauki praktycznego wykorzystania energii promieniowania słonecznego:
  "Termiczne instalacje solarne"
  "Fotowoltaiczne instalacje solarne",
• dostęp do najnowszych osiągnięć techniki solarnej oraz sposobów wykorzystania innych niekonwencjonalnych źródeł energii, jak również możliwość skorzystania z doświadczeń związanych z nauczaniem techniki solarnej w wiodących szkołach europejskich dzięki uczestnictwu w międzynarodowym programie Leonardo - Multiplikatorprojekt.
  

Instalacja fotowoltaiczna do przetwarzania energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną

Pracownia techniki solarnej. Autobezpieczne instalacje solarne.

II. Opis zainstalowanych urządzeń

Cieczowe kolektory słoneczne oraz moduły fotowoltaiczne zamocowane są na specjalnie dla tego celu wykonanym stelażu oraz platformie umiejscowionej na płaskim dachu szkoły. W skład wyposażenia wchodzą trzy samodzielnie instalacje do podgrzewania wody użytkowej:

• Instalacja nr1 z trzema kolektorami płaskimi.
  Kolektory zamocowane są pod kątem 45° względem płaszczyzny platformy i połączone z pojemnościowym podgrzewaczem c.w.u. ustawionym w sali dydaktycznej. Zasobnik wyposażony w dwie wężownice wewnętrzne, bez grzałki elektrycznej. Wężownica umieszczona w dolnej części zbiornika połączona jest z układem płaskich kolektorów cieczowych w obiegu solarnym. Obieg cieczy solarnej wymuszony jest przez pompę zasilaną prądem stałym z ogniwa fotowoltaicznego. Wężownica położona w górnej części zbiornika połączona jest z grzejnikami c.o. dla zrzutu nadmiaru ciepła ze zbiornika. Obieg ten wymuszony jest przez pompę zasilana prądem z sieci.
• Instalacja nr2 z trzema kolektorami płaskimi.
  Instalacja ta dostosowana jest do ćwiczeń montażu i demontażu oraz zmiany konfiguracji połączenia kolektorów wraz z możliwością zmiany kąta nachylenia. Pojemnościowy podgrzewacz wody umieszczony jest w pomieszczeniu piwnicznym. Zasobnik ten posiada dwa wewnętrzne wymienniki-wężownice. Dolna wężownica połączona jest z układem solarnym. Obieg ten wymuszony jest przez pompę zasilaną prądem zmiennym. Górna wężownica połączona jest z obiegiem c.o. w celu zrzutu nadmiaru ciepła ze zbiornika. Obieg zrzutowy wymuszany jest przez pompę zasilaną prądem zmiennym.
• Instalacja z dwoma kolektorami rurowymi próżniowymi działającymi na zasadzie rurki cieplnej.
  Kolektory w tej instalacji zamocowane są pod kątem 450 względem płaszczyzny platformy bez możliwości wykonywania zmian nachylenia. Instalacja podłączona jest do trzeciego zasobnika c.w.u. umieszczonego w pomieszczeniu piwnicznym przyległym do łazienek. Pompa obiegowa tej instalacji zasilana jest prądem z zmiennym. Ciepła woda zasila łazienkę. Górna wężownica połączona jest z układem c.o. dla zrzutu nadmiaru energii cieplnej ze zbiornika.
• Zastosowane rozwiązania pozwalające na bezpieczną i efektywną pracę instalacji

1. Zasobniki instalacji nr 2 i 3 połączone są ze sobą równolegle, a woda wstępnie podgrzana w okresie niesprzyjającej pogody przez kolektory słoneczne trafia z nich do elektrycznego podgrzewacza pojemnościowego, który ma za zadanie utrzymywać właściwą temperaturę wody użytkowej.
2. W okresie wakacji letnich występuje bardzo małe zapotrzebowanie wody użytkowej, przy największej podaży energii promieniowania słonecznego. Każda instalacja zabezpieczona jest przed przegrzaniem, poprzez tzw. możliwość zrzutu ciepła i wychłodzenie zasobników przed następnym upalnym dniem.
   W skład układu ciepłowniczo-schładzającego wchodzi:
   - instalacja nr 1 - jeden grzejnik płytowy zamontowany na ścianie w Pracowni Instalacje Solarne.
   - instalacja nr 2 i 3 - trzy grzejniki płytowe zamontowane na ścianie w pomieszczeniu Pracowni Pomp Ciepła
3. W okresie zimowym możliwość usunięcia pokrywy śnieżnej oraz szronu poprzez złączenie trybu ręcznego pracy pompy obiegu solarnego.

• Sterowanie i wizualizacja
  Całość obiektu w zakresie wyżej wymienionych rozłącznych instalacji została wprowadzona do wspólnego sterownika swobodnie programowalnego. Przyjęto rozwiązanie ze sterownikiem firmy Mitshubishi serii FX2 wyposażonego w jednostkę centralną, kasetę rozszerzającą oraz moduły wejść analogowych standardu Pt100 oraz 4..20 mA.
  Do sterownika wprowadzono pomiary technologiczne pracy instalacji (wg spisu pomiarów), które wykorzystano na potrzeby automatycznego sterowania, jak również na potrzeby ćwiczeń laboratoryjnych w procesie nauczania. Sterownik oddziałuje na obiekt za pomocą elektrozaworów oraz pomp obiegowych. Algorytmy sterowania są rozłączne dla każdej instalacji.
  Cała część obiektowa wraz ze sterownikiem zasilana jest z gwarantowanego źródła napięcia 230 VAC zza UPS-u. W momencie zaniku napięcia po ściśle określonym (doświadczalnie na obiekcie) okresie nastąpi procedura odstawienia instalacji polegająca na ustawieniu elektrozaworów w pozycji otwartej określonej przez wymogi technologiczne instalacji.
  Sterownik jest połączony z komputerem klasy PC poprzez złącze szeregowe standardu RS232C wyposażonym w system operacyjny Windows NT 4.0 WorkStation oraz system wizualizacji klasy SCDA ASIX firmy ASCOM z Gliwic.
  Za pomocą wizualizacji podzielonej na zdynamizowane maski dla każdej instalacji można dokonywać odczytu wszystkich parametrów pracy obiektu jak również sterować poszczególnymi układami instalacji. System wizualizacji wyposażony jest w mechanizm archiwizacji, gdzie można zdefiniować w wymaganych horyzontach czasowych raport z wybranych punktów pomiarowych. Prostota konfiguracji ASIX-a pozwoli wykładowcy budować dowolne doświadczenia na potrzeby opracowanych ćwiczeń laboratoryjnych.
• Instalacja fotowoltaiczna
  Instalacja fotowoltaiczna składa się z:
  - 6 modułów fotowoltaicznych połączonych równolegle o mocy 85 Wp każdy,
  - akumulatorów 3 x 105 Ah akumulujących nadmiar energii wytworzonej przez moduły w ciągu dnia,
  - regulatora ładowania akumulatorów - zadaniem którego jest kontrola stanu naładowania i rozładowania akumulatorów, zapewnienie właściwego naładowania,
  - falownika - 12 VDC/230VAC, 50Hz, 500W, zadaniem którego jest zamiana napięcia stałego 12V na napięcie zmienne 230V wymagane do zasilenia neonu,
  - neon-napis SZKOŁA SŁONECZNA,
  - stanowisko dydaktyczne z możliwością pomiaru oraz wykorzystania prądu stałego jago efektu konwersji fotowoltaicznej z instalacji fotowoltaicznej oraz symulacyjne stanowisko z sztucznym źródłem promieniowania.

III. Koszty realizacji zadania
Koszt całkowity zadania: 629 000 złotych

IV. Pozyskane dotacje:
Na realizację zadania udało się pozyskać środki
- 294 000 złotych - DBU Niemiecka Fundacja Ochrony Środowiska
- 178 000 złotych - Starostwo Powiatowe w Dzierżoniowie
- 48 000 złotych - Program Leonardo da Vinci Multiplikatorprojekt
- 106 000 złotych - Urząd Miasta w Bielawie

Opracował
Grzegorz Raganowicz