Zdecydowana większość modułów fotowoltaicznych, które są obecnie produkowane na świecie, trafia do dużych instalacji określanych mianem farm albo coraz częściej elektrowni fotowoltaicznych. Na drugim miejscu, pod względem wykorzystania modułów znajdują się instalacje prosumenckie. Oba rodzaje wymienionych obiektów to instalacje typu on-grid czyli przyłączone do istniejącej sieci energetycznej. Nawet jeśli obecnie coraz częściej dąży się do tego aby instalacje te były wyposażone w magazyny energii, to nadal ich podstawową funkcją jest przekazywanie wyprodukowanej energii elektrycznej do sieci. Inny rodzaj instalacji fotowoltaicznych to te określane są mianem off-grid albo autonomicznych. Na chwilę obecną jest to zdecydowana nisza wśród najnowszych zastosowań fotowoltaiki. Jednak od kilku lat znowu zaczyna być rozwijana. 

Ciekawym przykładem takiej mini instalacji, która może być całkowicie autonomiczna w określnym okresie roku, jest stacja do doraźnej naprawy rowerów zasilana instalacją paneli fotowoltaicznych opracowana i wykonana przez studentów Politechniki Śląskiej w ramach programu „Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza” w zakresie kształcenia zorientowanego projektowo – Project Based Learning 2022/2023 oraz przy znaczącym wsparciu firmy HELIOENERGIA. Interdyscyplinarny zespół projektowy stanowili studenci reprezentujący różne kierunki studiów: Dominik Leszczewski, Paweł Nowak, Piotr Nowak, Franciszek Szendera oraz Paweł Szychliński. Merytoryczną opiekę nad pracami pełnili pracownicy reprezentujący dwa wydziały: dr inż. Mariola Jureczko z Wydziału Mechanicznego Technologicznego oraz dr inż. Michał Jurczyk i mgr inż. Bartosz Stanek z Wydziału Inżynierii Środowiska i Energetyki. Liderem projektu ze strony studentów był Paweł Nowak. 

Zdjęcie gotowej, zainstalowanej na terenie Politechniki Śląskiej i działającej stacji pokazano na rysunku 1. 

Rys. 1. Autonomiczna stacja naprawy rowerów zasilana modułami fotowoltaicznymi

Projekt został zrealizowany w bardzo profesjonalny sposób a jego zakres jest imponujący jak na takie, wydawałoby się, proste zadanie jakim jest montaż 4 modułów PV na postumencie i podpięcie ich do urządzeń serwisu. 

W pierwszej kolejności została wykonana wizualizacja całego układu i szczegółowy projekt techniczny (Rys. 2).  

Rys. 2. Wizualizacja autonomicznej stacji doraźnego serwisu rowerów (po lewej), fragment dokumentacji technicznej (po prawej)

Już na tym etapie zdecydowano, że stacja ma nie tylko pozwalać na podstawowy serwis rowerowy przy użyciu zamontowanych w niej narzędzi i kompresora do pompowania kół, ale także na naładowania urządzeń elektrycznych takich ja oświetlenie roweru czy po prostu smartfon. Równie ważny jak efekt praktyczny był walor estetyczny całego układu. 

Dlatego dobrano i wykonano (na linii produkcyjnej firmy Helioenergia) specjalne moduły PV, na których powierzchni wygrawerowano logotypy Wydziału Inżynierii Środowiska i Energetyki, Wydziału Mechanicznego Technicznego, Politechniki Śląskiej oraz firmy Helioenergia. W celu wykonania tej instalacji studenci musieli zapoznać się z techniką obróbki powierzchni szkła za pomocą lasera CO2 oraz przygotować odpowiedni projekt w oprogramowaniu CAD. Także projekt techniczno-budowalny wykonano w oparciu o tego typu narzędzia, przy czym konieczna była podstawowa wiedza z zakresu budownictwa, którą wykorzystano podczas projektowania fundamentu i betonowego postumentu. Moduły PV zamontowane są do profili stalowych, które przechodzą przez betonowy fundament i jednocześnie stabilizują konstrukcję. Ponadto fundament ma na celu zwiększenie ciężaru obiektu, co dodatkowo ustabilizuje całą instalację oraz chroni osprzęt i moduły przed kradzieżą lub dewastacją. 

Równolegle przeprowadzono symulacje komputerowe ilości energii jaką może wyprodukować tak zaprojektowana instalacja PV. Skorzystano z komercyjnego oprogramowania PVSYST. Pozwoliło ono na oszacowanie ilości produkowanej energii w poszczególnych miesiącach. Uwzględniono docelowe umiejscowienie stacji na terenie Politechniki Śląskiej. W symulacjach wzięto także pod uwagę otoczenie stacji, takie jak budynki uczelni. Studenci nie tylko zbudowali wirtualny model stacji i otoczenia, ale także za pomocą dronu wyposażonego w kamerę wykonali zdjęcia o różnych porach dnia aby ocenić rzeczywiste zacienienie obiektu. 

Także połączenie modułów jest bardziej zaawansowane niż w typowych instalacjach PV. Cztery moduły PV o mocy znamionowej 263 Wp każdy wyposażono w osobny kontroler ładowania typu MPPT (ang. Maximum Power Point Tracking). Poprawia on sprawność modułu poprzez ciągłe śledzenie jego napięcia i natężenia, dla których dobiera optymalny punkt pracy (moduł pracuje z maksymalną mocą). 

Wyniki z symulacji pokazały, iż stacja może pozostawać całkowicie autonomiczna w okresie od początku kwietnia do końca września, natomiast w październiku niedobór energii jest niewielki. Pobór energii elektrycznej przez stację wynika z zamontowania w niej kompresora o mocy 150 W oraz dwóch ładowarek po 15W każda. Dodatkowo, stacja posiada efektowne nocne podświetlenie o mocy 30W (Rys. 3.). Nie zrezygnowano z niego, gdyż uznano, że jest to bardzo ważny element budujący estetykę całej instalacji.  

Rys. 3. Autonomiczna stacja naprawy rowerów zasilana z modułami fotowoltaicznymi – po zmroku

Stacja już działa i znajduje się na pasie zieleni pomiędzy ścieżkami dla pieszych przed wyjściem do głównego budynku wydziału Inżynierii Środowiska i Energetyki Politechniki Śląskiej. 

Tego typu projekty mają ogromną wartość. Nie wynika ona tylko z faktu, iż Gliwice zyskały nowoczesny i ciekawy architektonicznie serwis rowerowy. Z jednej strony takie interdyscyplinarne przedsięwzięcia są ważnym elementem kształcenia nowego pokolenia inżynierów, a z drugiej budują świadomość społeczną w zakresie możliwości fotowoltaiki w obszarze wykorzystania ekologicznego i darmowego źródła energii, jakim jest promieniowanie słoneczne. 

LOKALIZACJA SERWISU

https://www.google.com/maps/d/u/0/viewer?mid=1vCtnUtKmqdCbsKGylBqs3bpnKPsiChw&ll=50.29306840000002%2C18.679853900000015&z=17 

Badania zostały wykonane w ramach programu „Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza” w zakresie kształcenia zorientowanego projektowo – Project Based Learning 2022/2023.

Autorzy projektu pragną również serdecznie podziękować firmie Helioenergia sp. z o.o. za wszelką pomoc udzieloną w ramach współpracy i realizowanych badań.