Использование солнечных фотоэлектрических систем для нужд стационарного кампуса

Введение: Критическая потребность в надежной энергии в медицинских учреждениях

Больницы работают круглосуточно, потребляя огромное количество электроэнергии для питания оборудования жизнеобеспечения, хирургических наборов, диагностической визуализации, освещения, систем HVAC и центров обработки данных. В отличие от многих коммерческих зданий, кратковременная потеря электроэнергии может поставить под угрозу безопасность пациентов, нарушить критические процедуры и поставить под угрозу чувствительные к температуре лекарства. Традиционное электроснабжение, в то время как в целом надежное, уязвимо для отключений, вызванных штормами, отказами оборудования или отключениями. Поскольку затраты на энергию продолжают расти, а регулирующее давление для сокращения выбросов углерода увеличивается, многие администраторы здравоохранения обращаются к возобновляемой энергии на месте - в частности, солнечные фотоэлектрические (PV) системы - для повышения энергетической устойчивости и устойчивости.

Солнечные фотоэлектрические системы предлагают больницам путь к энергетической независимости, долгосрочной экономии затрат и меньшему экологическому следу. Однако проектирование, установка и обслуживание солнечной батареи в кампусе больницы требует тщательного рассмотрения уникальных структурных, эксплуатационных и нормативных требований. Эта статья предоставляет всеобъемлющее руководство для руководителей учреждений и лиц, принимающих решения, оценивающих солнечную фотоэлектрическую энергию для потребностей в энергии кампуса больницы.

Основные преимущества солнечной фотоэлектрической энергии для больничных кампусов

Принятие солнечной энергии обеспечивает множество преимуществ, которые выходят далеко за рамки простого сокращения расходов. Каждое преимущество усиливает основную миссию больницы по обеспечению высококачественного, бесперебойного ухода.

Финансовые сбережения и возврат инвестиций

Больницы являются одними из самых энергоемких типов зданий, с затратами на энергию, часто составляющими 1-3% операционных бюджетов. Хорошо спроектированная солнечная фотоэлектрическая система может компенсировать 20-40% потребления электроэнергии в кампусе, что приводит к экономии миллионов долларов в течение 25-30 лет жизни системы. Федеральные и государственные стимулы, такие как Инвестиционный налоговый кредит (ITC) в Соединенных Штатах, позволяют больницам требовать до 30% затрат на установку в качестве налогового кредита. Многие коммунальные службы предлагают чистые программы учета, которые кредитуют избыточную солнечную генерацию против будущих покупок в сети. В сочетании с снижением затрат на солнечные панели, срок окупаемости больничных солнечных установок упал до 5-8 лет во многих регионах.

Энергетическая устойчивость и резервная мощность

Больницы должны поддерживать аварийную энергию на неопределенный срок во время отключений сети. В то время как дизель-генераторы являются стандартными, они полагаются на поставки топлива, которые могут быть нарушены во время стихийных бедствий. Солнечные фотоэлектрические системы в сочетании с аккумулятором могут обеспечить ежедневное «возобновляемое резервное копирование», которое снижает время работы генератора и расход топлива. При длительном отключении, солнечная энергия плюс хранение может поддерживать критические нагрузки в течение нескольких часов или дней, покупая время до подачи топлива. Эта возможность особенно ценна для больниц, расположенных в районах, подверженных ураганам, лесным пожарам или землетрясениям.

Воздействие на окружающую среду и общественное здравоохранение

Больницы имеют моральный императив «сначала не навреди». Заменяя электричество на основе ископаемого топлива, солнечная фотоэлектрическая энергия снижает загрязнение воздуха, которое связано с астмой, сердечно-сосудистыми заболеваниями и респираторными инфекциями. Более низкие выбросы приносят пользу окружающему сообществу, особенно уязвимым группам населения, живущим вблизи медицинских учреждений. Кроме того, демонстрация приверженности устойчивости повышает репутацию больницы, привлекая пациентов и персонал, которые ценят экологическое управление. Многие больницы используют свои солнечные установки в маркетинговых материалах, заработав признание от таких организаций, как Practice Greenhealth или сеть Global Green and Healthy Hospitals.

Регуляторное соблюдение и возможности предоставления

Государственные и местные органы власти все чаще требуют от государственных учреждений сокращения выбросов парниковых газов. Солнечная фотоэлектрическая энергия является проверенной стратегией для достижения таких целей. Кроме того, многочисленные гранты и программы кредитования с низким процентом существуют специально для медицинских учреждений, занимающихся возобновляемыми источниками энергии - например, Программа сельского хозяйства США для Америки (REAP) или стимулы государственного энергетического офиса. Раннее принятие также может помочь больницам подготовиться к будущему ценообразованию на углерод или более строгим строительным нормам.

Основные дизайн и технические соображения

Установка солнечной энергии в кампусе больницы не является универсальным проектом. Система должна быть спроектирована так, чтобы сосуществовать со сложными медицинскими операциями, строгими правилами безопасности и профилями переменной нагрузки.

Оценка сайта и анализ солнечных ресурсов

Тщательная оценка участка оценивает состояние крыши, структурную емкость, затенение от соседних зданий или деревьев и доступную площадь земли. В больничных крышах часто размещаются блоки HVAC, выхлопные отверстия, переборки лифта и световые люки, которые уменьшают полезное пространство. Инженеры также должны учитывать возраст крыши - крыша, приближающаяся к концу своей жизни, должна быть заменена до установки панели, чтобы избежать дорогостоящего удаления позже. Для кампусов с достаточным количеством земли или парковок, наземные системы или солнечные навесы могут размещать более крупные массивы без проблем проникновения крыши.

Моделирование солнечных ресурсов использует исторические данные о погоде и спутниковые снимки для оценки годового производства энергии. Такие инструменты, как PVWatts Calculator NREL, дают оценки первого прохода, но для учета затенения и ориентации панелей необходимы подробные симуляции (например, с использованием гелиоскопа или полярного сияния). Больницы в северном полушарии обычно достигают наилучшего производства с панелями с южной стороны под углом наклона, равным широте минус 10-15 градусов.

Многочисленные федеральные, государственные и коммунальные программы поддерживают солнечные проекты больниц. Примеры включают гранты USDA REAP (до 50% стоимости проекта для сельских больниц), государственные программы, такие как Программа стимулирования самогенерации Калифорнии (SGIP) для хранения и финансирование Управления технологий солнечной энергии Министерства энергетики. Больницы должны искать ресурсы в DSIRE , базе данных государственных стимулов.

Реальные мировые тематические исследования успеха солнечной энергии в больнице

Несколько медицинских учреждений продемонстрировали, что солнечные фотоэлектрические системы могут быть безопасно и с прибылью интегрированы в работу больниц.

Центр медицинских наук Саннибрук (Торонто, Канада)

Крупнейшая в Канаде больничная солнечная установка на крыше состоит из 1500 панелей, генерирующих примерно 450 МВтч в год. Система компенсирует достаточное количество электроэнергии для питания 50 домов в год и снижает выбросы CO2 на 100 тонн в год. Sunnybrook использовал комбинацию грантов и соглашения о покупке электроэнергии для финансирования проекта с нулевой первоначальной стоимостью.

Клиника Кливленда (Огайо, США)

Клиника Кливленда развернула солнечные батареи в нескольких кампусах, в том числе установку мощностью 2,4 МВт в главном кампусе. Система обеспечивает около 7% потребности кампуса в электроэнергии и помогает клинике достичь своей цели по сокращению выбросов парниковых газов на 30% к 2030 году. Проект был частично профинансирован за счет стандарта энергоэффективности и возобновляемого портфеля OUC Огайо.

Kaiser Permanente (Калифорния, США)

В рамках своей более широкой стратегии использования возобновляемых источников энергии компания Kaiser Permanente установила солнечные батареи в десятках своих медицинских центров. Система здравоохранения использует солнечную энергию на месте в сочетании с крупномасштабными закупками возобновляемых источников энергии за пределами площадки для достижения углеродной нейтральности с 2020 года. Их опыт показывает, что больничные сети могут масштабировать развертывание солнечной энергии с помощью централизованного подхода к закупкам.

Всеиндийский институт медицинских наук (AIIMS, Нью-Дели)

В нескольких кампусах AIIMS теперь установлены солнечные фотоэлектрические системы на крыше от 100 кВт до 500 кВт. Эти установки снижают зависимость от часто ненадежных сетей и снижают затраты на электроэнергию на 15-20%. Схема солнечной сети для больниц правительства Индии предоставила капитальные субсидии, что делает проекты финансово жизнеспособными.

Шаги по реализации проектов больничных солнечных батарей

Успешное развертывание требует тщательной поэтапности, начиная с первоначальной оценки и заканчивая текущими операциями и техническим обслуживанием.

Осуществимость и предварительный дизайн (3-6 месяцев)

Шаг 1: Выполняйте энергетический аудит и анализ нагрузки. Шаг 2: Оцените состояние крыши, затенение и конструктивную емкость. Шаг 3: Контактная утилита для подтверждения требований к сетевому измерению и межсоединению. Шаг 4: Оценка затрат, экономия и окупаемость с помощью и без стимулов.

Подробная инженерия и разрешение (2-4 месяца)

Шаг 1: Разработать электрические однолинейные диаграммы, расчеты штампов конструкции и планы пожарной безопасности. Шаг 2: Предоставить разрешения местным строительным и пожарным службам. Шаг 3: Завершить соглашение о взаимном соединении с коммунальными услугами.

Закупки и строительство (2-6 месяцев в зависимости от размера)

Шаг 1: Заказать солнечные панели, инверторы, стеллажное и аккумуляторное оборудование (в настоящее время время свинца может превышать 6 месяцев. Шаг 2: План установки в периоды низкой переписи пациентов, чтобы минимизировать сбои. Шаг 3: Установить стеллаж, панели, электрические каналы и аккумуляторную систему. Шаг 4: Нанять стороннего агента по вводу в эксплуатацию для проверки производительности и безопасности системы.

Ввод в эксплуатацию и передача (1 месяц)

Шаг 1: Испытайте все компоненты: эффективность инвертора, циклы заряда/разряда батареи, быстрое отключение и отключение сети. Шаг 2: Персонал железнодорожного объекта по мониторингу программного обеспечения и устранению основных неполадок. Шаг 3: Получите разрешение на работу от утилиты.

Операции и техническое обслуживание (постоянно)

Солнечные O&M для больниц включают в себя регулярную очистку панелей (особенно в пыльных или снежных районах), ежегодные электрические проверки, испытания емкости аккумулятора и управление растительностью. Большинство солнечных модулей поставляются с 25-летней гарантией производительности и инверторами с 10-15-летней гарантией. Контрольная панель должна быть доступна для руководителей объектов 24/7, чтобы быстро обнаруживать падение производительности.

Будущие тенденции: следующее десятилетие солнечной энергетики

Инновации в области солнечных технологий и управления энергией еще больше увеличат ценность для больниц.

Интегрированный и легкий PV

Тонкие пленки и гибкие солнечные ламинаты можно наносить на металлические крыши с постоянным швом без проникновения в мембрану, снижая риск установки. Двусторонние панели, которые захватывают солнечный свет с обеих сторон, могут повысить выход энергии на 10-20% на белых крышах или наземных установках со светлыми поверхностями.

Microgrid и расширенные возможности управления

Системы хранения солнечной энергии и накопителей превращаются в микросети кампуса, способные выходить из сети во время чрезвычайных ситуаций. Передовое программное обеспечение для управления энергией может оптимизировать отправку батареи на основе скорости использования, сборов за спрос и прогнозов погоды. Больницы также могут участвовать в программах реагирования на спрос, получая доход за счет сокращения нагрузки или разрядки батарей во время пикового напряжения в сети.

Солнечная термометрия для высокотемпературных нагрузок

Помимо электричества, солнечные тепловые системы могут предварительно нагревать воду для стирки, мытья посуды и бытовой горячей воды - основных потребителей энергии в больницах. Объединение фотоэлектрических систем с солнечными тепловыми (PVT) системами может еще больше повысить общую эффективность.

Производство зелёного водорода

Избыток солнечной электроэнергии может привести к появлению электролизеров для производства зеленого водорода, хранящегося и впоследствии используемого в топливных элементах для резервного питания или транспортных средств. В то время как в настоящее время это дорого, пилотные проекты изучают это как долгосрочное решение для устойчивости к энергии в больницах.

Заключение

Солнечные фотоэлектрические системы предлагают убедительное решение для потребностей в электроэнергии в кампусе больницы, обеспечивая финансовую экономию, повышенную устойчивость и экологические преимущества. Хотя проблемы проектирования и регулирования значительны, они преодолимы с опытными партнерами и тщательным планированием. Принимая солнечную энергию, больницы не только защищают свою прибыль, но и продвигают свою миссию по защите здоровья человека - как внутри своих стен, так и в более широком сообществе.

Для получения дополнительных рекомендаций больницы могут проконсультироваться с ресурсами из инициативы Министерства энергетики США «Солнечная энергия в здравоохранении» и сети «Практика Greenhealth» .