Do tej pory fotowoltaikę, klimatyzację, wentylację i chłodnictwo projektowano zazwyczaj jako niezależne instalacje. Obecnie przedsiębiorstwa potrzebują budować struktury, które stanowią kompleksową politykę energetyczną. Dlatego, że w zakładach produkcyjnych, magazynach czy centrach logistycznych wszystkie te systemy mają jeden wspólny mianownik - zużycie energii elektrycznej. Która, jak wiadomo, jest dzisiaj zasobem drogim, nieprzewidywalnym, a totalnie niezbędnym.

Skoro chłodzenie jest jednym z istotnych odbiorników energii, a fotowoltaika produkuje najwięcej energii właśnie wtedy, gdy zapotrzebowanie na chłód rośnie, ich połączenie może stworzyć bardzo efektywny system energetyczny. Priorytetem stało się więc to, aby zaprojektować sposób produkcji, zużywania, magazynowania i zarządzania energią jako jeden system.

Słońce produkuje energię wtedy, gdy rośnie zapotrzebowanie na chłodzenie

Tworzy się w ten sposób podstawowa zależność, która sprawia, że fotowoltaika i chłodzenie mogą bardzo dobrze ze sobą współpracować. W słoneczne dni produkcja energii z instalacji PV rośnie w godzinach, w których jednocześnie zwiększa się zapotrzebowanie na:

• klimatyzację,
• wentylację,
• agregaty chłodnicze,
• pompy obiegowe,
• centrale wentylacyjne,
• systemy chłodzenia procesowego,
• chłodnie i mroźnie.

Największa produkcja energii z PV przypada zazwyczaj na środek dnia. To również okres, w którym w wielu obiektach pojawia się największe obciążenie związane z chłodzeniem. I tak powstaje naturalna synergia: wysoka produkcja PV → dostępna energia → wysokie zapotrzebowanie na chłodzenie.

Z punktu widzenia przedsiębiorstwa oznacza to możliwość wykorzystania dużej części energii z instalacji fotowoltaicznej bezpośrednio na miejscu. A właśnie wysoka autokonsumpcja jest jednym z kluczowych elementów ekonomiki instalacji PV.

Klimatyzacja może być jednym z kluczowych odbiorników energii z PV

W dyskusjach o fotowoltaice często koncentrujemy się na tym, ile energii instalacja wyprodukuje, a to tylko połowa równania. Równie ważne jest, co firma zrobi z wyprodukowaną energią? Jeżeli przedsiębiorstwo zużywa ją w tym samym czasie, gdy powstaje, zwiększa autokonsumpcję i ogranicza konieczność oddawania nadwyżek do sieci.

Dlatego w obiekcie o dużym zapotrzebowaniu na chłodzenie instalacja PV może mieć szczególnie korzystny profil wykorzystania. Wyobraźmy sobie zakład produkcyjny działający od rana do popołudnia. O godzinie 8:00 rośnie produkcja energii z PV. O 10:00 instalacja zaczyna pracować z wysoką mocą. W południe osiąga jeden z najwyższych poziomów produkcji. Jednocześnie rośnie temperatura zewnętrzna, zwiększa się obciążenie budynku, a systemy chłodzenia pracują intensywniej. Energia z PV może więc trafiać bezpośrednio do urządzeń, które właśnie jej potrzebują.

Oczywiste jest więc, że to znacznie bardziej interesujący model niż traktowanie instalacji PV jako osobnego źródła energii.

Problem zaczyna się wtedy, gdy każdy system projektowany jest osobno

W wielu przedsiębiorstwach mamy dzisiaj kilka niezależnych inwestycji: firma modernizuje klimatyzację, inwestuje w nowe agregaty chłodnicze, instaluje fotowoltaikę, rozważa magazyn energii czy modernizuje system BMS. I fakt, każda inwestycja może być uzasadniona.

Jednak prawdziwy potencjał pojawia się dopiero wtedy, gdy te elementy zaczynają ze sobą współpracować. Ponieważ najistotniejsze jest ustalenie i opracowanie systemu na to, w jaki sposób energia będzie przepływała przez cały obiekt.

PV + HVAC + magazyn energii + EMS

Kolejnym krokiem jest połączenie fotowoltaiki z magazynem energii i systemem EMS, czyli systemem zarządzania energią. W takim modelu energia może być zarządzana w kilku kierunkach: PV → bezpośrednie zużycie → magazyn energii → pozostałe odbiory.

W takim układzie, system analizuje między innymi:

• aktualną produkcję energii,
• aktualne zużycie,
• zapotrzebowanie urządzeń chłodniczych,
• moc pobieraną z sieci,
• stan naładowania magazynu,
• prognozę produkcji PV,
• harmonogram pracy przedsiębiorstwa,
• ceny energii,
• a w bardziej zaawansowanych systemach również prognozę pogody.

Dzięki temu system może podejmować decyzje nie tylko na podstawie tego, co dzieje się w danym momencie, ale również tego, co prawdopodobnie wydarzy się w perspektywie kilka godzin.

Czy można magazynować energię w postaci chłodu?

To najistotniejsze pytanie! Odpowiedź brzmi TAK i jest to jeden z ciekawszych kierunków optymalizacji. Magazyn energii nie zawsze musi oznaczać wyłącznie baterię, to zdecydowanie stereotypowe myślenie. W niektórych obiektach można wykorzystać tzw. magazynowanie energii w postaci chłodu, czyli wykorzystać bezwładność termiczną budynku, instalacji lub procesu technologicznego.

Zanalizujmy to na przykładzie. W godzinach wysokiej produkcji PV system może zwiększyć produkcję chłodu. Jeżeli warunki technologiczne na to pozwalają, obiekt może zostać schłodzony wcześniej lub system chłodzenia może zostać przygotowany z wyprzedzeniem.

Kiedy produkcja PV zaczyna spadać, system może ograniczyć pracę agregatów, wykorzystując wcześniej zgromadzony potencjał chłodniczy. W pewnym uproszczeniu oznacza to: dużo energii ze słońca → produkujemy więcej chłodu → później potrzebujemy mniej energii elektrycznej. W niektórych zastosowaniach może to być naprawdę interesującym uzupełnieniem klasycznego magazynu energii.

Największy potencjał to przemysł

To połączenie jest szczególnie interesujące dla przedsiębiorstw, w których chłodzenie jest elementem procesu technologicznego. Jakich branż to dotyczy?

Przemysł spożywczy

Chłodnie, mroźnie, agregaty chłodnicze i systemy HVAC mogą pracować przez znaczną część dnia.

Przetwórstwo

Procesy technologiczne często wymagają utrzymywania określonych temperatur, a chłodzenie może stanowić istotną część kosztów energii.

Logistyka

Centra logistyczne i magazyny wymagają wentylacji, klimatyzacji oraz coraz częściej kontrolowanych warunków temperaturowych.

Handel

Duże obiekty handlowe mają jednocześnie wysokie zapotrzebowanie na klimatyzację, wentylację i chłodnictwo.

Data center

Tutaj chłodzenie jest jednym z podstawowych elementów infrastruktury zapewniającej ciągłość działania. W takich obiektach pytanie o energię elektryczną nie może być oddzielone od pytania o chłodzenie.

Energia to nie tylko koszt kilowatogodziny

W przedsiębiorstwie liczy się nie tylko cena energii elektrycznej, równie istotne są również:

• moc zamówiona,
• pobór mocy w szczycie,
• opłaty związane z mocą,
• profil zużycia,
• autokonsumpcja,
• jakość energii,
• bezpieczeństwo zasilania,
• możliwość ograniczenia poboru z sieci,
• ciągłość procesów technologicznych.

A klimatyzacja, wentylacja i chłodzenie mogą mieć znaczący wpływ na profil obciążenia przedsiębiorstwa. Dlatego ich integracja z PV i magazynem energii może przynieść efekt wykraczający poza prostą redukcję rachunku za energię.

Zakład produkcyjny - jak to może zadziałać

Wyobraźmy sobie zakład, który posiada:

• instalację PV,
• centralę wentylacyjną,
• system klimatyzacji,
• agregaty chłodnicze,
• sprężarki,
• maszyny produkcyjne,
• magazyn energii.

W tradycyjnym modelu każde urządzenie działa według własnego harmonogramu: PV produkuje energię, chłodzenie pobiera energię, magazyn energii ładuje się według prostego algorytmu, sieć uzupełnia brakującą energię.

W modelu zintegrowanym wszystkie te elementy mogą zostać objęte jednym systemem zarządzania. EMS może analizować sytuację i decydować:

• Czy lepiej teraz ładować magazyn?
• Czy lepiej wykorzystać energię bezpośrednio w chłodzeniu?
• Czy można przesunąć część poboru energii?
• Czy warto zwiększyć produkcję chłodu?
• Czy należy ograniczyć pobór z sieci?

Właśnie w takich miejscach powstaje wartość, której nie widać w prostym porównaniu „koszt instalacji PV - oszczędność na rachunku”.

Dlatego warto zmienić sposób projektowania instalacji energetycznych

Jeżeli firma planuje inwestycję w fotowoltaikę, powinna zacząć od analizy całego profilu energetycznego przedsiębiorstwa. W ramach tego trzeba sprawdzić między innymi:

• kiedy firma zużywa najwięcej energii,
• które urządzenia odpowiadają za największe zużycie,
• jak wygląda profil pracy HVAC,
• kiedy pracują agregaty chłodnicze,
• jakie są moce szczytowe,
• jaka część energii może zostać wykorzystana bezpośrednio,
• czy istnieje potencjał przesuwania zużycia,
• czy potrzebny jest magazyn energii,
• czy można wykorzystać magazynowanie chłodu,
• jakie możliwości daje EMS,
• jak zmieni się profil energetyczny po modernizacji.

Dopiero na tej podstawie warto określić wielkość instalacji PV i pozostałych elementów systemu.

Nie instalacja PV, ale system energetyczny

Kompleksowe, długofalowe myślenie to zasadnicza zmiana w myśleniu o energetyce przedsiębiorstwa. Pamiętajmy, że fotowoltaika jest tylko jednym z elementów. Drugim jest sposób wykorzystania energii. Trzecim - jej magazynowanie. Czwartym - sterowanie. Piątym - optymalizacja odbiorników.

A klimatyzacja, wentylacja i chłodzenie mogą być jednymi z najważniejszych elementów całego układu. Dlatego w nowoczesnym przedsiębiorstwie warto patrzeć na energetykę nie jak na zbiór oddzielnych instalacji, ale jak na jeden zintegrowany system, na k†óry składają się: instalacja PV, energia elektryczna, proces produkcyjny + HVAC + chłodzenie, magazyn energii, EMS, optymalizacja kosztów + większa autokonsumpcja + większe bezpieczeństwo energetyczne.

„Jak więc najlepiej zarządzać energią, której potrzebuje cały obiekt?”. Kiedy mamy taki system do całościowego zarządzania energią, dopiero wtedy można zobaczyć pełny potencjał połączenia fotowoltaiki, chłodzenia, wentylacji, klimatyzacji, magazynowania energii i inteligentnego zarządzania.