Na vykurovanie sa spotrebováva najväčšia časť nakupovanej energie (tepla resp. paliva). Preto aj v prípade hľadania možnosti úspor by sa mala pozornosť sústreďovať z veľkej časti práve na túto časť. Ak je však v zimnom období v triede teplota napr.18°C, škola síce šetrí, teplota napr.18°C, ale nevytvára svojim žiakom predpísané podmienky. Ak je však v triede teplota podstatne vyššia ako 20°C, musí sa častejšie vetrať a zbytočne sa spotrebováva energia. Znížením teploty o 1 °C znížime spotrebu energie na vykurovanie o 6%.Znížením teploty v triede z hodnoty napr. 23°C na 20°C, klesne spotreba energie v triede o 18%. Úspory energie sa dajú dosiahnuť aj bez straty komfortu.
K úsporám energie môžeme pri vykurovaní dospieť bez nákladovým spôsobom :
Na stabilizáciu príkonu do siete použijeme solárne panely, ktoré by mali dokázať vyrobiť toľko energie, aby postačilo na priemernú spotrebu . Ďalšou podmienkou je aby sa vyrobená energia neakumulovala vo veľkých batériách pretože častým nabíjaním a vybíjaním sa skracuje ich životnosť. Vyrobená energia by sa pribežne dodávala do siete. Malo by sa vyrábať a dodávať toľko energie koľko je jej len možné získať pri danej ploche a efektivite fotovoltaických článkov v priebehu dňa a roka.
Pre každý konkrétny priestor v školách treba klásť dôraz na iný súbor kritérií. Napr. v posluchárňach prevažujú hľadiská zrakového výkonu, v učebňach praktického vyučovania kritériá zrakového výkonu a zrakovej pohody, v aulách kritériá zrakového výkonu a architektúry priestoru a pod.
Pri osvetľovaní školských priestorov sú dôležité najmä:
Často vzniká v miestnosti oslnenie odrazom, je nevyhnutné ho obmedziť na najmenšiu možnú mieru. Môžeme to dosiahnuť niekoľkými spôsobmi, napr:
Závesné svietidlo Hubb LED Jednoradové a viacradové svetlo
Veľmi dôležitou úlohou je vytvoriť rovnaké podmienky práce pre všetkých žiakov či študentov.
Vzhľadom k tomu väčšia časť škôl má inštalovane žiarovkové a žiarivkové osvetlenie, ktoré nespĺňa toto kritérium.
Intenzita osvetlenia
Pôvodná priemerná intenzita osvetlenia 350lx
Nová úroveň intenzity osvetlenia 490lx
Nárast intenzity osvetlenia 40%
Spotreba elektrickej energie
Pôvodná okamžitá spotreba 29 kW
Nová okamžitá spotreba 5,22 kW
Zníženie okamžitej spotreby elektrickej energie o 32%
Ročná spotreba elektrickej energie pôvodného osvetlenia 5800 kW
Ročná spotreba elektrickej energie nové LED osvetlenie 1044 kW
Výsledky analýzy vykurovania
Spotreba energie pri teplote 23 C 350 kW
Spotreba energie pri teplote 20 C 308,85 kW
Na schéme je príklad prevedenia fotovoltaického zdroja pracujúceho s distribučnou sieťou. Zdrojom je fotovoltaické pole ,ktoré je spojené s meničom. V prípade väčšieho počtu fotovoltaických panelov je potrebne zabezpečiť ochranu proti spätným prúdom a nadprúdovú ochranu káblov fotovoltaického poľa pri poruche. Súčasne je tu riešená ochrana proti prepätiu(1) zvodičom prepätia. Na zabezpečenie údržby meniča je potrebné zabudovať odpojovače DC(2) a AC(3).
Schéma zapojenia FV
Za AC odpojovačom inštalujeme zvodič prepätia(4).Ďalej môžeme zapojiť miestne meranie elektrickej vyrobenej energie, ktoré je pripojené cez istiace prístroje v rozvádzači( 5). V prípade fotovoltaického zdroja veľkého výkonu sa do rozvádzača pripájajú istiace prístroje.
Rozvádzač a následný rozvod je chránený zvodičom prepätia(6). Meranie dodávanej a spotrebovanej energie predchádza hlavný odpojovač v rozvádzači(7).Vedenie smerom k distribučnému rozvodu je chránený hlavným istiacim prístrojom(8).
Tento subsystém je kľúčom k funkčnosti celého systému. Ako musí generovať vodík, tak ho dodávať musí aj v požadovanom tlaku uskladňovať. V súčasnej dobe je väčšina komerčných elektrolyzérov s kvapalným zásaditým elektrolytom na striedavý (AC) prúd. To umožňuje pre výrobu vodíka použitie elektrickej siete alebo iného energetického systému. Avšak v tomto prípade hybridný energetický systém potrebuje DC-AC menič. Ak je elektrolyzér jednosmerného typu (DC), môže byť spojený s fotovoltaickými panelmi priamo, alebo cez DC-AC menič, pomocou ktorého možno získať vhodné napätie pre elektrolyzér. V malých systémoch, môže byť elektrolyzér spojený priamo s fotovoltaickými panelmi, ale pri priamom spôsobe spojenia je veľmi ťažké optimalizovať výkonové charakteristiky a pracovné body.
Vodík
Vodík je možné skladovať buď ako plyn, alebo kvapalinu. Najbežnejšou formou skladovania stlačeného vodíka je v tlakových fľašiach. Bohužiaľ mierna hustota energie tohto média je nízka. Pri vyššom tlaku vznikajú náklady a vyššie priority na bezpečnosť. Ďalšou variantov je skvapalňovanie vodíka v metalhybridových materiáloch (a najnovší v nanouhlíkových materiáloch), keď sa vodík eskaláciou zachováva do štruktúry základného materiálu. Výsledkom tejto varianty je vyššia objemová hustota skladovaného vodíka pri nižších prevádzkových tlakoch. Nevýhodou: je vyššia váha zliatin, obmedzená kapacita materiálov, problémy pri spätnom uvoľňovaní vodíka a vysoké náklady na tento proces. Výroba vodíka: a jeho použitie ako úložisko energie z obnoviteľných zdrojov stále vyžaduje vývojové práce k ich zníženiu energetickej náročnosti, očakáva sa však že v nasledujúcich desaťročiach vodíkové články a vodík vyrobenej z obnoviteľných zdrojov vstúpi na energetický trh a bude hrať významnú úlohu pri znižovaní emisii, a zvyšovaní bezpečnosti svetovej energie.
Luminiscenčná dióda – LED je polovodičová elektronická súčiastka, ktorá vyžaruje úzkospektrálne svetlo, keď ňou prechádza elektrický prúd v priepustnom smere. Svietiaci efekt je následkom žiarivej rekombinácie elektrón- dierového páru a je formou elektro luminiscencie. Farba vyžarovaného svetla závisí od chemického zloženia použitého polovodičového materiál.
Každá LED vyrobená iba z jedného druhu polovodiča má svoju charakteristickú vĺn, na ktorej emituje svetlo. To znamená, že dokáže vyžarovať iba jednu farbu. Túto vlnovú dĺžku je možné nastaviť pomocou druhu polovodiča a u niektorých polovodičov aj zmenou obsahu dotovacieho prvku. Takto je možne vyrobiť LED v širokom spektre vlnových dĺžok. Prakticky je možne vyrobiť LED s vlnovými dĺžkami od 250 do 3 500nm.
Hlavné výhody LED: produkujú viac svetla na watt ako klasické (wolfrámové), halogénové či žiarivkové svetelné zdroje. To znamená, že pri rovnakej svietivosti spotrebuje LED menej elektrickej energie v porovnaní s inými svetelnými zdrojmi, čím nám ušetrí náklady na spotrebovanú energiu a prispieva k zníženiu emisií CO2 do atmosféry (pri výrobe el. energie).
Vyhotovenie modelu
Najprv bolo potrebné si určiť postupnosť práce, zhromaždiť materiál nevyhnutný na zostrojenie a v neposlednom rade pochopiť princíp činnosti celého modelu. Rozhodli sme sa pre zostrojenie makety budovy. Na maketu budovy sa zabudoval solárny panel o rozmeroch 581x330x21mm. Pod maketu sa nachádza sokel(podstavec) pre uloženie elektrických prístrojov so zapojením. Do vnútra makety sa osadili jednotlivé svietidla pre porovnanie svietivosti a PieltIerov článok kvôli klimatizácii.Solárny panel nám za priaznivého slnečného žiarenia vyrába elektrickú energiu.
Vzhľadom k tomu, že sa jedna o spoločenské priestory tak samotná elektroinštalácia sa realizovala samozhášacími káblami CXKEP-R VUKI v súlade s STN.
Elektrická časť pozostáva z nasledovných časti :
- elektrický obvod silnoprúdového zapojenia
- elektronický obvod
- vodíková časť
- peltlierov článok
Samotný model môžeme napájať dvoma spôsobmi. Z distribučnej siete ,alebo cez fotovoltaicky panel. Na ochranu proti prepätiu sme zabudovali prepäťové ochrany pre jednosmerné a striedavé napätie. Ističe a prúdový chránič nám slúžia na ochranu proti skratu a nadpradú.
Pripojením prívodného kábla cievka relé zapne spínacie kontakty(14-11),(24-21) a rozopne rozpínacie kontakty (12-11),(22-21),preto nedostaneme spätne napätie do meniča. Zapnutím cievky relé napájame cez prúdový chránič, ističe jednotlivé svietidla, regulátor teploty a pieltlerov článok.
Vypnutím prívodného kábla cievka relé rozopne spínacie kontakty(14-11),(24-21) a zapne rozpínacie kontakty(12-11),(22-21) a(31-32).
Schéma elektrického obvodu silnoprúdového zapojenia
Schéma regulácie teplot
Elektrický obvod vodíkovej časti
Celá ovládacia časť funguje na napätie 5 V z upraveného počítačového zdroja. Elektrolyzer mení vodu na kyslík a vodík ktorý ukladáme do skladu vodíka. V sklade vodíka plný spínací kontakt zaktivuje relé a následne palivový článok, ktorý nám vyrába elektrickú energiu, v našom prípade je to výstup USB napríklad na nabíjanie telefónu. Ak hladina vodíka v sklade klesne pod 25% LED2 (červená) nám začne signalizovať.
Schéma elektrického obvodu vodíkovej časti
Vodíkový generátor
Palivový článok je elektrochemické zariadenie, ktoré s vysokou účinnosťou, prevádza chemickú energiu reaktantov priamo na energiu elektrickú a teplo. Základom palivového článku je vrstva elektrolytu alebo membrána, ktorá je v kontakte s poréznymi elektródami, katódou a anódou. Typicky používané elektrolyty sú napr. H3PO4, KOH, alebo keramiky či membrány po väčšinou z fluórovaných polymérov.
Vodíkový generátor
Palivový článok
Palivový článok je elektrochemické zariadenie, ktoré premieňa priamo chemickú energiu paliva a okysličovadla na elektrickú energiu. Palivový článok je galvanický článok skladajúci sa z dvoch elektród (anóda a katóda), ktoré sú oddelené membránou alebo elektrolytom. K anóde je privádzané palivo a ku katóde okysličovadlo. Na katóde sa okysličovadlo (väčšinou kyslík) redukuje na anióny O2-, ktorá potom reagujú s iónmi H+ na vodu. Elektródy palivového článku sú katalycky a reaktívne stabilné. Palivové články môžu pracovať nepretržite, ak nie je prerušený prívod paliva alebo okysličovadla ku elektródam.
Palivový článok
Výsledkom práce je funkčný model elektroinštalácie. Tento dokáže v automatickom režime vyrobiť, uskladniť a dodávať energiu. Výpočtom sme zistili, že navrhovaným opatrením ušetríme 45% energie a z hľadiska bezpečnosti elektroinštalácia je v súlade s STN. Model môžeme využiť ako učebnú pomôcku na výučbu praktickej časti.
