Technologie

Bilans energii elektrycznej budynku niskoemisyjnego – analiza przypadku

Spełnienie wymogów budownictwa zeroemisyjnego wymaga wykorzystania różnych form energii, które pochodzą ze źródeł odnawialnych (OZE). W budynkach mieszkalnych są to najczęściej: ogniwa fotowoltaiczne, kolektory słoneczne, turbiny wiatrowe oraz sprężarkowe pompy ciepła.

W okresie ostatnich dziesięciu lat dominującą technologią OZE stały się ogniwa fotowoltaiczne (PV), do których w ciągu kilku ostatnich lat dołączyły pompy ciepła (PC). Wspólna praca PV i PC stała się podstawą budownictwa zeroemisyjnego i dlatego warto przeprowadzać bilanse energetyczne dla takich układów. Wybrane fragmenty takiego bilansu przedstawiono w dalszej części artykułu.

Powierzchnia zabudowy analizowanego budynku wynosi 124,5 m2, jego powierzchnia użytkowa 100,2 m2, a kubatura 436,00 m3. Budynek jest jednokondygnacyjny i ma typowy wewnętrzny układ przestrzenny. W wykonanej symulacji (przed 2018r.) przyjęto wartość rocznego zużycia energii elektrycznej równą 3500 kWh oraz roczne nasłonecznienie 1,034 kWh/m2. Przy nasłonecznieniu rocznym budynku wynoszącym 82%, roczny uzysk energii obliczono na 8,754 kWh, przy zainstalowanych 20 modułach fotowoltaicznych. Wyniki symulacji prowadziły do następujących wniosków: zainstalowana moc DC – 6,1 kWp, maksymalna osiągana moc AC – 5,00 kW, roczna produkcja energii – 6,07 MWh, redukcja emisji CO2 – 4,69 t. Zużycie energii rozkładałoby się na pobór własny na poziomie 17% oraz eksport 83%.

Po upływie czterech lat (2018-2022) funkcjonowania systemu przeprowadzono bilans energetyczny dla analizowanego budynku. Z uzyskanych danych wynika, że roczna wartość produkowanej energii elektrycznej (PV) przewyższa zapotrzebowanie na nią (PC). Największa produkcja przypadała na okres kwiecień-sierpień każdego roku, co wiązało się z oczywistym faktem poziomu nasłonecznienia w tym okresie. Zestawienie energii wyprodukowanej, zużytej oraz pobranej z sieci zasilającej, dla okresów miesięcznych w roku 2022, przedstawiono na rysunku 1 (miesiąc listopad został uwzględniony w niepełnym  wymiarze czasu).

Rys. 1. Miesięczne zestawienie energii elektrycznej: wyprodukowanej, zużytej oraz pobranej, w okresie styczeń-październik 2022, dla analizowanego budynku.

Z kolei wartość energii pobranej w budynku stale wzrasta. W układzie miesięcznym jest ona większa w miesiącach jesienno-zimowych niż wiosennych i letnich, co wiąże się z koniecznością ogrzania budynku oraz jego oświetlenia. Zestawienie takie, za okres roku 2021, przedstawiono na rysunku 2.

Rys. 1. Miesięczne zestawienie energii elektrycznej: wyprodukowanej, zużytej oraz pobranej, w okresie styczeń-październik 2022, dla analizowanego budynku.

Zestawienie wartości energii elektrycznej zużytej w analizowanych czterech latach, przedstawiono na rysunku 3. Wartość energii zużytej corocznie wzrastała (w roku 2022 przeprowadzono modernizację energetyczną oraz bilans za rok 2022 nie został zamknięty).

Rys. 3. Roczne zestawienie wartości energii zużytej w okresie 2018- 2022 dla analizowanego budynku.

Dokładne informacje w zakresie bilansu energii daje charakterystyka dobowa dla danego miesiąca. Dla analizowanego obiektu charakterystykę taką przedstawiono na rysunku 4. W miesiącu styczniu nastąpiło znaczące niezbilansowanie układu, czego konsekwencją był pobór energii z systemu elektroenergetycznego.

Rys. 4. Miesięczne zestawienie wartości energii w styczniu 2021 dla analizowanego budynku.

Domy niskoemisyjne wykorzystują wyprodukowaną energię elektryczną na potrzeby własne, tj.: ogrzewanie, chłodzenie, oświetlenie, pozyskiwanie ciepłej wody do celów użytkowych. Jej nadmiar mogą gromadzić lub przekazywać do sieci elektroenergetycznej. Zaspokajają one własne potrzeby energetyczne. Poprawna gospodarka energią przynosi efekty w postaci jej oszczędzania, redukcji emisji gazów cieplarnianych oraz redukcji kosztów utrzymania domu.

Wyniki przeprowadzonego bilansu energii elektrycznej w budynku wskazują, iż założone roczne zużycie energii elektrycznej na poziomie 3500 kWh zostało w kolejnych latach przekroczone. Jednak zainstalowane ogniwa fotowoltaiczne pozwalają na zaspokojenie potrzeb budynku oraz na przesył energii do systemu elektroenergetycznego. Rentowność zainstalowanej instalacji wynosi 6 lat. Uzyskano roczne oszczędności zużycia energii na potrzeby własne, zyski z oszczędzania oraz ograniczenie emisji CO2. Produkowana energia dzielona jest w następujący sposób: energia wyprodukowana w pierwszej kolejności zasila obwody budynku, a jeśli nie zostanie skonsumowana trafia do sieci elektroenergetycznej. Prosument korzysta z rozliczenia rocznego instalacji, a więc energię oddaną do sieci może spożytkować w danym roku rozliczeniowym w chwili, gdy jego produkcja PV jest niestarczająca, aby zaspokoić zapotrzebowanie na energię elektryczną. Może wtedy odebrać nadprodukcję, ale do wartości 80% swojej nagromadzonej energii, ponieważ oplata za gromadzenie energii wynosi 20% dla instalacji do 10kW i 30% dla instalacji powyżej tej wartości mocy zainstalowanej. Z analizy wynika, że instalacja fotowoltaiczna może jednak okazać się zbyt mała przy rosnącym zużyciu energii. W okresach jesienno-zimowych prosument w dalszym ciągu pobiera energię elektryczną z sieci, ponieważ system fotowoltaiczny jest niewydolny przy pracy stosunkowo dużej pompy ciepła. Powyższą sytuację można zmienić instalując drugi, mniejszy inwerter i rozbudowując instalację PV do mocy około 9,9kWp.

mgr inż. Jakub Zając1,
dr hab. inż. Jerzy Wojciechowski,
prof. UTH Rad.2
mgr inż. Łukasz Pietras2

Bibliografia

[1]. Dyrektywa 2010/31/UE z dnia 19 maja 2010 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków.

[2]. Norma PN-EN 15316-1:2009 – Systemy ogrzewcze w budynkach – Metoda obliczania zapotrzebowania na energię i sprawności systemów – Część 1.

[3]. Norma PN-EN ISO 15603:2008 – Energetyczne właściwości użytkowe budynków – Całkowite zużycie energii i definicja energii znamionowej.

[4]. Ramczyk M., Podstawy prawne wykorzystania odnawialnych źródeł energii

w budownictwie. Budownictwo o zoptymalizowanym potencjale energetycznym”, Vol. 8, No 1/2019, s. 115-121.

[5]. Sowa J., Budynki o niemal zerowym zużyciu energii. Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2017.

[6]. Sowa S., Odnawialne źródła energii jako czynnik wpływający na poprawę efektywności energetycznej. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk, Politechnika Poznańska, Instytut Elektroenergetyki, nr 105/2018, s. 187-196.

[7]. Ustawa o OZE z dnia 22 czerwca 2016 roku (Dz.U. 2015 poz. 478 z późn. zm.).

Click to comment

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

To Top