Natáení solárních panel

Transkript

1 Natáení solárních panel Swing round of solar panels Martin Hoke Bakaláská práce 2008

2

3

4 ABSTRAKT Tato bakaláská práce je zamená na problematiku fotovoltaických solárních systém a jejich praktické využití pro dodávku elektrické energie. Úvodem popisuje fotovoltaiku, základní principy solárních lánk, solárních panel a solárních elektráren. Objasuje podmínky pro provoz solárních systém na území eské republiky a zabývá se také legislativou v R. Následuje popis obecných solárních systém a návrh systému pro využití v rekreaních objektech. V posledním bod se zabývá namením elektrických vlastností konkrétního solárního panelu. Klíová slova: solární systém, fotovoltaika, solární panel, solární lánek ABSTRACT This bachelor work is focused on solar systems and their practic usage for delivery of electric energy. Preliminary describes basic principles of photovoltaic, solar cells, solar panels and solar power stations. Clearing terms for operation solar systems in Czech Republic and put mind to legislation of Czech Republic. After that is describtion general solar systems and systems design for usage in the recreational objects. In finaly point, there is act of metering electric parameter concrete solar panel. Keywords: solar system, photovoltaic, solar panel, solar cell

5 Podkování patí hlavn vedoucímu mé bakaláské práce panu doc. Milanu Adámkovi, Ph.D., za jeho trplivost, ochotu a vstícnost pi práci se mnou. Také mi pomohl a vcn poradil vždy, když jsem poteboval a významn se zasloužil o vznik této práce. Rád bych také podkoval svému nejbližšímu okolí za vytvoení ideálních pracovních podmínek pro tuto práci. Prohlašuji, že jsem na bakaláské práci pracoval samostatn a použitou literaturu jsem citoval. V pípad publikace výsledk, je-li to uvolnno na základ licenní smlouvy, budu uveden jako spoluautor. Ve Zlín.. Podpis diplomanta

6 OBSAH ÚVOD...8 I TEORETICKÁ ÁST VLASTNOSTI A VYUŽITÍ SOLÁRNÍCH PANEL FOTOVOLTAICKÝ JEV FOTOVOLTAICKÝ LÁNEK Materiály pro solární lánky SOLÁRNÍ PANEL Kemíkový solární panel Organický solární panel PRINCIP SLUNENÍ ELEKTRÁRNY PALIVOVÝ LÁNEK SLUNENÍ TEPELNÉ ELEKTRÁRNY SOLÁRNÍ LÁNKY A JEJICH VYUŽITÍ V SENZORICE A AUTOMATIZACI SLUNENÍ ELEKTRÁRNY A BUDOUCNOST PROVOZ SOLÁRNÍCH SYSTÉM NA ÚZEMÍ ESKÉ REPUBLIKY FOTOVOLTAIKA V ESKÉ REPUBLICE Nejvtší solární elektrárna v R Pírodní podmínky v R Legislativa v R Finanní nástroje podpory v R...24 II PRAKTICKÁ ÁST NÁVRH ZPSOBU EŠENÍ NAPÁJENÍ NATÁENÍ SOLÁRNÍHO SYSTÉMU FOTOVOLTAICKÉ SYSTÉMY Ostrovní systémy (off-grid) Síové systémy (on-grid) REGULÁTOR Regulátory ostrovních FV systém Regulátory síových FV systém AKUMULÁTORY PRO SOLÁRNÍ FOTOVOLTAICKÉ SYSTÉMY MNIE NAPTÍ Typy mni NAVRŽENÁ SOLÁRNÍ SESTAVA S VÝSTUPEM 12V Polykrystalický fotovoltaický panel KC130GH Ventilem ízený olovný akumulátor Fiamm 12 SP Regulátor CX Mni naptí...39

7 3.6 CENOVÁ KALKULACE NAVRŽENÉHO SYSTÉMU PRAKTICKÁ REALIZACE A NAMENÍ VLASTNOSTÍ SYSTÉMU M ENÝ SOLÁRNÍ SYSTÉM Mitelné parametry a provedená základní mení na penelu Základní mení ovládání solárního panelu...49 ZÁVR...50 ZÁVR V ANGLITIN...51 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY...52 SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOL A ZKRATEK...54 SEZNAM OBRÁZK...55 SEZNAM TABULEK...56

8 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 8 ÚVOD Souasný trend v energetické politice prosazuje vyrovnaný "energetický mix" jednotlivých druh zdroj. Jejich role je pímo závislá jak na hodnocení z hlediska trvale udržitelného rozvoje, tak z hlediska ekonomických ukazatel. Krom primárních zdroj (fosilní paliva, tj. klasické elektrárny, uran, tedy JE Temelín, JE Dukovany) to platí i pro tzv. alternativní zdroje, astji nazývané jako zdroje obnovitelné. V mítku existence lidstva a jeho poteb jde o nevyerpatelné formy energie Slunce a Zem. Mezi alternativní zdroje patí: energie vody geotermální energie spalování biomasy energie vtru energie sluneního záení využití tepelných erpadel energie píboje a odlivu oceán Požadavek na maximální využívání alternativních zdroj je i jedním z klíových bod energetické politiky Evropské unie. Podle výsledk przkumu provedeného statistickým úadem EU Eurostat považuje zvyšování podílu alternativních zdroj energie na bilanci spoteby energie za jeden z prioritních úkol svých vlád 90 % oban lenských zemí. V pístupové dohod z Atén z bezna 2003 se R zavázala, že podíl výroby elektrické energie z alternativních zdroj bude v roce 2010 init 8 % celkové výroby. Podíl alternativních zdroj na spoteb primárních zdroj se pak k roku 2010 pedpokládá 6%. Otázkou dosud zstává jaké ekonomické podmínky bude teba splnit, aby se tohoto podílu dosáhlo. Nejvtší producent elektrické energie v R, EZ, a s., zvýšil v roce 2004 meziron výrobu v alternativních zdrojích (vodní elektrárny bez peerpávání, biomasa, vtrná a solární elektrárna) o 97 %. [1]

9 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 9 Stejn jako jsou negativní dopady jaderné elektrárny na životní prostedí minimální, získávání elektrické energie pímo ze sluneního záení je z hlediska životního prostedí nejistším a nejšetrnjším zpsobem její výroby. Jaderná energetika i slunení elektrárny využívají zdroje energie, kterého je a ješt dlouho bude v pírod dostatek. Úinnost pemny sluneního záení na elektinu umožuje získat se souasnými solárními systémy z jednoho metru aktivní plochy až 110 kwh elektrické energie za rok. V našich podmínkách je ve srovnání se souasnými klasickými zdroji elektrická energie ze solárních systém však stále ješt podstatn dražší. Technologie sluneních elektráren však má teoreticky neomezený rstový potenciál a vysplé státy s ní do budoucna poítají. Celosvtový mezironí nárst výroby solárních panel se po roce 2000 pohybuje okolo 35 %. Celkový instalovaný výkon sluneních elektráren pesáhl na konci roku 2002 hranici 1,5 GW. I tak podíl fotovoltaiky na celkové produkci elektrické energie ve svt stále pedstavuje pouze asi 0,01 %. [2] Na Zemi dopadá ron pibližn 1,540 peta kwh slunení energie, což je asi krát více, než je celosvtová spoteba energie.

10 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 10 I. TEORETICKÁ ÁST

11 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 11 1 VLASTNOSTI A VYUŽITÍ SOLÁRNÍCH PANEL V pípad R je vtší využití slunení energie zatím na poátku svého rozvoje. V prbhu poslední dekády minulého století se v R omezilo na ostrovní systémy pro nezávislé napájení objekt a zaízení v lokalitách bez pipojení na rozvodnou sí. První slunení elektrárna o výkonu 10 kw byla uvedena do provozu až v roce 1998 na vrcholu hory Mraveneník v Jeseníkách (dnes je umístna jako demonstraní zaízení v areálu JE Dukovany co by souást informaního centra). Státní správa a místní samospráva zavádjí podprné nástroje na podporu fotovoltaiky od roku 2000, a to jak podporou demonstraních projekt, tak podporou vývoje a výzkumu. Píkladem je vládou schválený Národní program na podporu úspor a využívání obnovitelných zdroj energie nebo Státním fondem životního prostedí vyhlášený program Slunce do škol. Od roku 2003 jsou Státním fondem životního prostedí poskytovány 30% dotace na instalaci solárních systém pro soukromé i právnické osoby. V našich podmínkách je solární systém o výkonu 1 kw schopen vyrobit kwh elektrické energie za rok. U souasn provozovaných sluneních elektráren o instalovaných výkonech od 2,6 kw do 36 kw (sí solárních systém na stedních odborných školách po 1,2 kw) jde vtšinou o napájení aplikací bez pipojení k rozvodné síti. V souladu s cíli EU by celkový instalovaný výkon solárních systém v R ml do roku 2010 dosáhnout 84 MW a do roku MW. [2] 1.1 Fotovoltaický jev Jak pracují solární lánky? Využívají tzv. fotovoltaického jevu. Je to jev, pi kterém se v látce psobením svtla (foton) uvolují elektrony. Tento jev mže nastat v nkterých polovodiích. Fotovoltaický lánek je nejastji tvoen tenkou destikou (0,5 mm) naezanou z monokrystalu kemíku (dnes se používá i levnjší polykrystalický materiál). Každá strana destiky je obohacena atomy vhodných prvk tak, aby jedna byla kladná a druhá záporná. Když na destiku dopadnou fotony, uvolují se záporné elektrony a po nich zbývají kladn nabyté díry. Piložíme-li na ob strany elektrody a spojíme je drátem, zane protékat elektrický proud. Jeden cm 2 dává proud kolem 12 mw. Jeden m 2 tak mže dát až 150 W stejnosmrného proudu. Solární lánky mžeme zapojovat, jako každé jiné, bu za sebou (sériov), abychom dosáhli potebného naptí (na jednom lánku je asi 0,5 V), nebo vedle sebe (paraleln), abychom získali vtší proud. [3]

12 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 12 Obr.1: Princip solárního lánku 1.2 Fotovoltaický lánek Fotovoltaický lánek je velkoplošná polovodiová souástka schopná pemovat svtlo na elektrickou energii. Využívá pi tom fotovoltaický jev. Na rozdíl od fotolánk mže dodávat elektrický proud. Obr.2: Píklad reálné struktury jednoho solárního lánku a generace páru elektron díra po dopadu záení Solární lánky se vyrábjí z kemenného písku, který je nejprve zbaven neistot a poté zpracován na monokrystal kemíku. Kemíkový krystal je ponoen do horkého, tekutého kemíku. Tekutý kemík se spojí s ponoeným kemíkovým krystalem, zatímco je tento pomalu vytahován z pánve. Takto vznikají kemíkové tye s délkou pes 1 metr a prmrem cca 12 cm. U polykrystalických lánk je horký kemík odléván do formy a pozvolna ochlazován. Také u této metody vznikají kemíkové tye. Nyní jsou tyto tye, které vznikají pi obou metodách, ezány na tenouké plátky (<0,5 mm). Každý plátek je leptáním a

13 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 13 broušením vyhlazován. Poté je jedna strana plátku obohacena malým množstvím ptimocného chemického prvku - vznikne polovodi typu N (prvek P, As), zatímco druhá strana je obohacena prvkem trojmocným - vznikne polovodi typu P (pevážn B). Toto obohacení se nazývá dotace (ízené zavádní pímsí). Zadní strana lánku se pak potáhne velmi tenkou vrstvou hliníku, která slouží jako kladný pól. Pední strana je potažena stíbrem, ovšem nikoliv plošn, nýbrž kovová vrstva pedstavuje jen úzké vodivé dráhy, aby mohlo svtlo dále dopadat na kemík. Dosažené naptí na jednom lánku je v rozmezí 0,6-0,7 V a proto se lánky zapojují sériov pop. sério-paraleln pomocí vodivých pásk. V pípad sériového zapojení je vodivý pásek pipájen k pední stran jednoho lánku (kladný pól) a zárove k zadní stran (záporný pól) druhého lánku. Úinnost fotovoltaických lánk v závislosti na typu substrátu[4], [2]: 4-8 % pi použití amorfního kemíku 10-18,5 % pi použití polykrystalického kemíku % pi použití monokrystalického kemíku pro bžné nasazení 34 % u kvalitních monokrystalických lánk pro kosmické úely V roce 2006 Národní laborato pro obnovitelnou energii (USA) pedstavila lánky využívající trojnásobné pechody s efektivitou až 40,7%. Obr.3: Píklad složení vrstev struktury kompletního solárního lánku

14 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky Materiály pro solární lánky Z pohledu technologie se využívaly nebo dnes využívají nejvíce následující ti typy materiál: Kemík (Si) - dnes nejvíce používaný materiál pro výrobu solárních lánk. V podstat se dlí na dva druhy - polykrystalický kemík - vhodný pro menší výkony, hlavní výhodou je pomrn dobrá úinnost i pi nižších hladinách osvtlení. Dále je to monokrystalický kemík - vhodný pro vtší výkony. Pi dostateném osvtlení mají lánky z monokrystalického kemíku vyšší úinnost než pi použití polykrystalického kemíku. lánek z monokrystalického kemíku o ploše 100 cm2 je schopen dodávat proud 3 až 4 A. istý kemík je však velmi drahý, což práv zpsobuje výsledné vysoké ceny lánk. Naopak levnjší mén istý kemík má zase nevhodné vlastnosti a hlavn výrazn nižší úinnost pemny záení na elektrickou energii. V souasné dob se již objevili postupy, jak i špinavý kemík v solárních láncích využít. [7] Arsenid galia (GaAs, píp. GaAs/Ge) - Hlavní výhodou je vyšší úinnost - 20%, vtší odolnost proti kosmickému (tvrdému) záení a schopnost pracovat bez snížení efektivity i pi teplotách nad 100 stup Celsia. Mezi nevýhody patí mnohem vyšší cena a vtší hustota GaAs oproti krystalickému kemíku. Nyní se vyvíjejí kombinace obou lánk, protože oba materiály mají odlišnou spektrální citlivost. Kemíkové lánky využívají hlavn oblast viditelného svtla smrem k modré barv a lánky GaAs oblast spektra smrem k ervené barv. Vhodnou kombinací obou typ, pípadn místo kemíku Si použití Germania (Ge), lze dosáhnou úinnosti 30% a ve spojení s koncentrátory se oekává dosažení ješt vyšší úinnosti (až k 40%). Sulfid kademnatý (CdS) - lánky tvoené pechodem Cu2S a CdS - dosahují úinnosti 10%. Jejich výhodou je malá hmotnost, díky emu se používaly pi kosmických aplikacích. Nevýhodou je malá stabilita tchto lánk a dnes se již nepoužívají. Pokroilejší variantou tohoto historicky nejstaršího typu lánk jsou kombinace sulfidu kademnatého s teluridem kademnatým (systém CdS - CdTe). lánky vyhovují jen pro napájení zaízení s malým píkonem a proto se nevyužívají v energetice. Mimo zde uvedené "klasické" struktury a materiály se již objevují zprávy o tzv. Thin-film solárních láncích, využívající nanometrové technologie. Ty by prý mli v budoucnu za-

15 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 15 stínit všechny dosud používané typy, ale zatím se vdci a technici stále ješt potýkají s nízkou odolností a životností. Též jejich výroba by zatím byla nkolikanásobn dražší než u "klasických" solárních lánk, což je pro komerní firmy zatím nerentabilní. Uvidíme však v budoucnu. [5] 1.3 Solární panel Solární panel je solární kolektor tvoený solárními (fotovoltaickými) lánky, které mohou být tvoeny polovodiovými nebo organickými prvky. Tyto prvky mní svtelnou energii v energii elektrickou. Pímou pemnou svtla na elektrickou energii se dnes zabývá samostatná specializace. Fotoelektrický efekt vysvtluje vznik volných elektrických nosi dopadem záení. Celkov se daí za pomoci kemíkových solárních panel pemnit v elektrickou energii jen asi 17 % energie dopadajícího záení. Pi použití organických solárních panel vyvinutých v Izraeli by mla být výkonnost až 25%. [6] Obr.4: Polykrystalický solární panel Kemíkový solární panel Solární lánky jsou tvoeny polovodiovými plátky teními než 1 mm. Na spodní stran je plošná prchozí elektroda. Horní elektroda má plošné uspoádání tvaru dlouhých prst zasahujících do plochy. Tak mže svtlo na plochu svítit. Povrch solárního lánku je chránn sklennou vrstvou sloužící jako antireflexní vrstva. A tak je zabezpeeno, aby co nejvíce svtla vniklo do polovodie. Antireflexní vrstvy se vtšinou tvoí napaením oxidu titanu. Tím získá lánek svj tmavomodrý vzhled. Jako polovodiový materiál se používá pevážn kemík. Jiné polovodiové materiály, nap. galium arsenid, kadmiumsulfid, kadmiumtellurid, selenid mdi a india, nebo sirník galia se zatím zkoušejí. Krycí sklo chrání povrch solárních lánk i ped vlivy prostedí. [6]

16 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky Organický solární panel Novou technologii výroby slunení energie za pomoci speciální techniky, pomocí fotosyntézy vyvinuli izraelští vdci v Univerzit Tel Aviv. Novou technologií by mly být geneticky zkonstruované bílkoviny, které mají využívat fotosyntézu k výrob elektrické energie. Nové lánky by mly být levnjší než souasné kemíkové. 1 m² solárního panelu na kemíkové bázi v souasné dob vyjde na 200 dolar, zatímco stejná plocha solárního panelu z geneticky zkonstruované bílkoviny (Protein Structure Initiative, PSI) vyjde na 1 dolar. Vtší má být i úinnost, která se má zvýšit z % u kemíkových panel až na 25 %. Nová technologie je umožnna díky poznatkm z genetického inženýrství a nanotechnologií. [6] 1.4 Princip slunení elektrárny Elektrickou energii lze získat ze slunení energie rznými zpsoby, pímo i nepímo. Pímá pemna využívá fotovoltaického jevu, pi kterém se v urité látce psobením svtla (foton) uvolují elektrony. Tento jev mže nastat v nkterých polovodiích (nap. v kemíku, germaniu, sirníku kadmia aj.). Fotovoltaický lánek je tvoen nejastji tenkou destikou z monokrystalu kemíku, použít lze i polykrystalický materiál. Destika je z jedné strany obohacena atomy trojmocného prvku (nap. bóru), z druhé strany atomy ptimocného prvku (nap. arzenu). Když na destiku dopadnou fotony, záporné elektrony se uvolují a zbývají kladn nabité "díry". Piložíme-li na ob strany destiky elektrody a spojíme je drátem, zane protékat elektrický proud. Jeden cm2 dává proud okolo 12 mw (miliwatt). Jeden metr tverení sluneních lánk mže dát v letní poledne až 150 W stejnosmrného proudu. Slunení lánky se zapojují bud' za sebou, abychom dosáhli potebného naptí (na jednom lánku je 0,5 V), nebo vedle sebe tak, abychom získali vtší proud. Spojením mnoha lánk vedle sebe a za sebou vzniká slunení panel. [2] Nepímá pemna je založena na získání tepla pomocí sluneních sbra. V ohnisku sbra umístíme termolánky, které mní teplo v elektinu. Termoelektrická pemna spoívá na tzv. Seebeckov jevu (v obvodu ze dvou rzných drát vzniká elektrický proud, pokud jejich spoje mají rznou teplotu). Jednoduché zaízení ze dvou rzných drát spojených na koncích se nazývá termoelektrický lánek. Jeho úinnost závisí na vlastnostech obou kov, z nichž jsou dráty vyrobeny, a na rozdílu teplot mezi teplým a studeným spo-

17 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 17 jem. Vtší množství termoelektrických lánk vhodn spojených se nazývá termoelektrický generátor. [2] 1.5 Palivový lánek Elektinu lze získávat ze sluneního záení také prostednictvím energie chemické tak, že pomocí sluneního záení rozložíme vodu na vodík a kyslík. Tím se pvodní energie záení uskladní jako energie chemická do obou plyn. Pi sluování obou plyn, tj. pi okysliování vodíku, vzniká opt voda. Nahromadná energie se pitom uvolní bu jako teplo (pi hoení), nebo v palivovém lánku jako elektrický proud. Palivový lánek je mni, ve kterém se energie chemická mní v energii elektrickou. Palivové lánky budou pravdpodobn - podobn jako jaderné palivo - dležitým zdrojem elektrické energie v budoucnosti. Pedstavují uskladnnou slunení energii a lze je získávat v neomezeném množství. Úinnost palivových lánk je vysoká (až 90 %), zatímco generátory elektráren na fosilní paliva dosahují pouze 35% úinnosti. Provoz palivových lánk je absolutn istý, nebo jejich produktem je voda. lánky pracují zcela bezhlun, jelikož neobsahují žádné pohyblivé ásti. Pomocí palivových lánk lze získávat elektinu pro domácnost (s výkonem 12 kw). Vyrábjí se však už baterie mnoha palivových lánk s výkonem až kw (užívají se zejména v astronautice). [2] 1.6 Slunení tepelné elektrárny Ve slunení tepelné elektrárn se slunení záení mní na elektrickou energii ve velkém mítku. V principu jde o tepelnou elektrárnu, která potebné teplo získává pímo ze sluneního záení. Kotel (absorbér) slunení elektrárny je umístn na vži v ohnisku velkého fokusaního (ohniskového) sbrae. Slunení záení se na nj sousteuje pomocí mnoha otáivých rovinných zrcadel - tzv. heliostat. V kotli se ohívá nap. olej, ve výmníku se získává horká pára, která pak pohání turbínu, turbína pohání generátor a ten vyrábí elektrický proud. 1.7 Solární lánky a jejich využití v senzorice a automatizaci Solární lánky jsou asto oznaované jako drahé a málo výkonné. Ale napíklad pro napájení kompletn bezdrátových senzor mohou být velmi zajímavou alternativou k bateriím. Dnes již není problém bezdrátov komunikovat a penášet data mezi senzorem a ídícím

18 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 18 systémem (PLC, PC apod.). Navíc nejnovjší technologie bezdrátové komunikace ZigBee tento trend umocuje svojí jednoduchostí a velmi nízkou spotebou vysílae a pijímae. Hlavní cílová skupina v tomto smru jsou pak senzory. Signálové dráty tedy nejsou nutné, ale co napájení takového vzdáleného bezdrátov komunikujícího senzoru? Pokud vypustíme myšlenku "kabelového" napájení, které tak nií flexibilitu pohybu a navíc by pak tento kabel mohl sloužit i k signálovému penosu, pichází obvykle na adu bateriové napájení. To ale má omezenou životnost a po urité dob je prost nutné baterie vymnit nebo dobýt akumulátor "drahou" a ne vždy spolehlivou lidskou obsluhou. Je tu ale ješt jedna možnost, která však ne každého konstruktéra hned napadne, a to použití solárních lánk nebo kompletního solárního panelu. Tam, kde se pedpokládá alespo ástená pítomnost svtla v míst výskytu senzoru po uritou dobu, stojí toto ešení alespo za zvážení. Výhoda je jasná: dlouhodobé napájení bezdrátov komunikujícího senzoru (zaízení) bez nutnosti pítomnosti obsluhy a s možností pípadného pohybu. [8] 1.8 Slunení elektrárny a budoucnost Na Zemi je asi 22 milion km 2 pouští, které nelze využít ani v zemdlství, ani k chovu dobytka (Sahara, Kalahari, Atakama). Jejich obrovské rozlohy však mohou být alespo zásti využity k pemn slunení energie na elektinu nebo k rozkladu vody na vodík a kyslík. Pro Evropu je nejblíže Sahara, která má rozlohu 7 milion km 2. Jednoduchý výpo- et ukáže, že jen z jedné desetiny Sahary by dnešní technikou sluneních elektráren bylo možné získat asi 50 terawatt, což je 5 krát více, než lidstvo potebuje. Elektrická energie ze solárních lánk ze Sahary by se do Evropy mohla rozvádt pes Gibraltar. Jinou možností je využívat slunení energii k rozkladu vody a vodík pak do Evropy dopravovat potrubím nebo ve velkých tankerech podobn jako zemní plyn. [2], [9] Solární panely nenacházejí své uplatnní pouze na zemi, ale také v kosmu. Píkladem mže být mezinárodní vesmírná stanice ISS (viz 6).

19 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 19 Obr.6: Využití solárních panel v kosmu

20 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 20 2 PROVOZ SOLÁRNÍCH SYSTÉM NA ÚZEMÍ ESKÉ REPUBLIKY Po letech pomalého rozvoje fotovoltaiky v R se zdá, že se i v tomto odvtví blýská na lepší asy. Zatímco v pedchozích letech se instalovaný výkon pohyboval v ádech nkolika stovek kwp, v souasnosti již pekonal hranici 5 MWp a další projekty v ádu desítek megawatt se v R chystají. [15] 2.1 Fotovoltaika v eské Republice Jednou z nejrozšíenjších domnnek je, že fotovoltaické elektrárny nikdy nevyprodukují tolik energie, kolik bylo spotebováno pi jejich vlastní výrob. Doba energetické návratnosti v podmínkách eské republiky se podle šesti studií pohybuje v rozmezí 2,6 6 let v závislosti na typu použité technologie a typu instalace. Stešní systémy mají dobu energetické návratnosti kratší než pozemní instalace. Pouze výsledky jedné studie z roku 2000 odpovídají dob let v podmínkách eské republiky. Jedním z možných vysvtlení, pro tato studie pináší tyto výsledky, je technologický vývoj kemíkových panel od roku 2000 spojený s nižší energetickou nároností, který také v této studii pedpovídají. [16] Jaké jsou hlavní dvody možného rozvoje? Silná koruna. Akoliv se v eské republice rozvíjí velmi slibn také výroba fotovoltaických komponent (nap. firmy Solartec, Schott Solar, Kaneka Corporation, Kyocera), pevážn se dosud technologie pro výstavbu elektráren dovážejí ze zahranií. Posilování koruny tak znamená snížení mrných investiních náklad. Na druhou stranu je ale nutné zdraznit, že fotovoltaika zažívá nebývalý rozvoj v celém svt a poptávka po FV technologiích má dlouhodob vzrstající tendenci. Mnoho výrobních firem má svou produkci vyprodánu již na dlouho dopedu a zajistit materiál je pro investora asto problém. Vstícný pístup bank. Donedávna se eský investor se zájmem o fotovoltaiku setkával u bank s nepochopením a získat úvr byla velmi složitá záležitost. Dvodem byla poátení nedvra bank vi této technologii, nedostatek relevantních informací a nejasné legislativní podmínky. Dnes jsou již banky o fotovoltaice pomrn dobe informovány a pokud má investor dobe pipravený projekt, neml by mít problém úvr získat. Samozejm ale musí splnit celou adu podmínek, mezi které

21 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 21 patí nap. uritá výše vlastního kapitálu (obecn %), kvalitní dodavatel, atd. Úvr lze dnes získat nejen na financování vtších projekt, ale také na výstavbu malých systém na rodinných domech. Dotace (viz kap ). Srovnání legislativních podmínek v oblasti výkupních cen (feed-in tariff) s vysplými zemmi EU Nejvtší solární elektrárna v R Na jae roku 2006 postavila spolenost HiTechMedia Systems v Opatov na Svitavsku velkou solární elektrárnu, jejíž výkon je zatím více než 60 kwp. Tatáž firma uvedla v ervenci tohoto roku do provozu další, zatím nejvtší tuzemský ekologický zdroj elektrické energie o výkonu 702 kwp, který postavila v ostrožské Lhot u Uherského Hradišt. Na bývalém poli v prmyslové zón ji bhem ty msíc postavila spolenost HiTechMedia Systems, s.r.o. a výkonem instalovaných solárních panel (702 kwp) tak o 9 kwp pedstihla solární park v Bušanovicích na Šumav. Slunení proud z panel by pokryl roní spotebu 200 domácností. [10] Pírodní podmínky v R Dostupnost solární energie v eské republice je samozejm ovlivnna mnoha faktory. Patí mezi n pedevším zempisná šíka, roní doba, oblanost a lokální podmínky, sklon plochy na níž slunení záení dopadá a další. Zajímavým faktem nicmén zstává, že se údaje o slunením záení v R z jednotlivých zdroj v mnohém liší. Shrneme-li dosud publikované informace, dojdeme k následujícím výsledkm: v eské republice dopadne na 1m² vodorovné plochy zhruba kwh energie roní množství sluneních hodin se pohybuje v rozmezí hod (HMÚ), odborná literatura uvádí jako prmrné rozmezí hod. Z hlediska praktického využití pak platí, že z jedné instalované kilowaty bžného systému (FV lánky z monokrystalického, pop. multikrystalického kemíku, bžná úinnost stída-

22 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 22 apod.) lze za rok získat v prmru kwh elektrické energie. [10] Pro lepší názornost jsou podmínky sluneního záení R zobrazeny v obr. 7 a 8. Obr. 7: Globální slunení záení na území eské Republiky Obr.8: Globální slunení záení na území eské Republiky II Provoz solárních panel v zimním období FV panely a jejich píslušenství jsou zkonstruovány k celoronímu provozu. Pokud jsou solární panely pevn nainstalovány s nedostateným sklonem (zhruba do 2 ), tak je nutné bhem zimního provozu odklízet sníh z povrchu fotovoltaických modul. Sklon do 2 je však v podstat nereálný, nebo taková instalace se dá nazvat nezodpovdnou, nebo je

23 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 23 nutné se pi instalaci pevného systému snažit dosáhnout optimálního úhlu sklonu (v podmínkách R zhruba 38 ). U polohované instalace tento problém odpadá zcela, nebo polohovací jednotka je schopna pomocí teplotního idla rozpoznat zimní období a v takovém pípad je plocha modul pes celou noc ve vertikální poloze. Jedinou výjimkou je poasí se silným povtím, nebo v takovém pípad dá ídící jednotka povel ke sklopení plochy modul tém do horizontální polohy (sklon 5 ). To znamená, že pi správném sklonu fotovoltaických modul neiní sníh žádné problémy i ztráty. Slunení záení bhem celého roku se samozejm mní. Intenzita sluneního záení je zobrazena v obr. 9. Obr. 9: Roní graf intenzity sluneního záení Legislativa v R Velmi dležitou roli v oblasti fotovoltaiky v R hraje Zákon íslo 180/2005 Sb. o podpoe výroby elektiny z obnovitelných zdroj energie a o zmn nkterých zákon (Zákon o podpoe využívání obnovitelných zdroj), jehož hlavním pínosem by mla být stabilizace podnikatelského prostedí v oblasti obnovitelných zdroj energie, zvýšení atraktivnosti tchto zdroj pro investory a vytvoení podmínek pro vyvážený rozvoj OZE v R. Mezi další významné právní normy mžeme zaadit zejména tyto dokumenty: Bílá kniha o obnovitelných zdrojích energie (1997), Smrnice 2001/77/EC Evropského parlamentu a Rady EU ze dne 27. záí 2001 o podpoe výroby elektrické energie z obnovitelných zdroj energie na vnitním trhu, Vyhláška. 475/2005 (novelizovaná vyhláškou. 364/2007

24 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 24 Sb.), kterou se provádjí nkterá ustanovení zákona o podpoe využívání obnovitelných zdroj, Vyhláška. 150/07 Sb. a Cenové rozhodnutí ERÚ. 7/2007. [10] Finanní nástroje podpory v R eská republika se zavázala splnit cíl 8 % hrubé výroby elektiny z obnovitelných zdroj na tuzemské hrubé spoteb elektiny k roku 2010 a spolen s tím vytvoit takové legislativní a tržní podmínky, aby zachovala dvru investor do technologií na bázi OZE. Tak je to definováno ve Smrnici 2001/77/ES, kterou R implementovala do svého právního ádu prostednictvím Zákona. 180/2005 Sb. Smrnice již ovšem nedefinuje konkrétní nástroje k dosažení tohoto cíle a ponechává jejich volbu na rozhodnutí lenských stát. eská republika se rozhodla zavést mechanismus výkupních cen (tzv. feed-in tariff) v kombinaci se systémem zelených bonus. Ze získaných zkušeností po celém svt dnes mžeme tvrdit, že z pohledu fotovoltaiky a jejího rozvoje se tento systém osvdil asi nejlépe. Také proto dnes tento systém v Evrop (a nejen tam) dominuje a mnohé další zem jej zavádjí, pop. upravují (Francie, ecko). Existují však i jiné zpsoby podpory fotovoltaiky a trhu s tmito produkty, které asto feed-in tariff doplují. [10] Mechanismus výkupních cen a zelených bonus (feed-in tariff) Princip výkupních cen: Ze zákona. 180/05 Sb. vyplývá povinnost pro provozovatele penosové soustavy nebo distribuní soustavy pipojit fotovoltaický systém do penosové soustavy a veškerou vyrobenou elektinu (na kterou se vztahuje podpora) vykoupit. Výkup probíhá za cenu urenou pro daný rok Energetickým regulaním úadem (viz Cenové rozhodnutí. 8/2006) a tato cena bude vyplácena jako minimální (navyšuje se o index PPI) po dobu následujících patnáct let (investor je povinen podávat hlášení o namené výrob v plroních intervalech). [10] Daová úleva Z hlediska investice do fotovoltaiky je dležitý také zákon. 586/1992 Sb., o daních z píjm, který íká, že píjmy z provozu obnovitelných zdroj energie jsou osvobozeny od dan ze zisku, a to v roce uvedení do provozu a následujících 5 let ( 4 písmeno e). [10]

25 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky Dotaní tituly v R Státní energetická koncepce R pedpokládá podporu využívání všech zdroj energie, které lze dlouhodob reprodukovat a jejichž používání pispje k posilování nezávislosti státu na cizích zdrojích energie a k ochran životního prostedí. Preferovat se budou všechny typy obnovitelných zdroj zdroje využívající slunení energii, energii vtru a vodních tok, geotermální energii i biomasu jako zdroje pro výrobu elektiny a tepelné energie. Výjimkou není ani fotovoltaika a na investici do fotovoltaického zaízení lze získat finanní píspvek (dotaci). A to jednak z prostedk státního rozpotu v rámci národních program a také v rámci Operaních program (prostedky Strukturálních fond). [10]

26 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 26 II. PRAKTICKÁ ÁST

27 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 27 3 NÁVRH ZPSOBU EŠENÍ NAPÁJENÍ NATÁENÍ SOLÁRNÍHO SYSTÉMU Investice do kvalitního solárního systému je urit výhodná. Od okamžiku nainstalování jste zcela nezávislí na pohybu cen jiných energií a už jen šetíte. Po uplynutí doby návratnosti dokonce vydláváte a to tím více, ím jsou dražší ceny jiných energií! Samozejm je nutné, aby solární systém pežil svou vlastní dobu návratnosti. Vzhledem k tomu že životnost FV panel je 25 let, je více než zejmé, že celková doba po kterou FV systém vydlává je neuvitelných 19 let! V souasné dob se tžko hledá výhodnjší investice, která by mla ekonomické parametry na takovéto úrovni. 3.1 Fotovoltaické systémy Podle úelu použití lze fotovoltaické systémy rozdlit do 3 skupin. Nejvýznamnjší skupinou jsou jednoznan síové systémy, které napíklad v Nmecku tvoí více než 90 % veškerých instalací Ostrovní systémy (off-grid) Ostrovní systémy (off-grid) (viz obr. 10) se používají všude tam, kde není k dispozici rozvodná sí a kde je poteba stídavého naptí 230 V. Obvykle jsou ostrovní systémy instalovány na místech, kde není úelné anebo není možné vybudovat elektrickou pípojku. Dvody jsou zejména ekonomické, tzn. náklady na vybudování pípojky jsou srovnatelné (nebo vyšší) s náklady na fotovoltaický systém (vzdálenost k rozvodné síti je více než m). Jedná se zejména o odlehlé objekty, jakými jsou nap. chaty, karavany, jachty, napájení dopravní signalizace a telekomunikaních zaízení, zahradní svítidla, svtelné reklamy apod. Off-grid systémy se dále dlí na systémy s pímým napájením, hybridní systémy a systémy s akumulací elektrické energie. U systém s pímým napájením se jedná o prosté propojení solárního panelu a spotebie, kdy spotebi funguje pouze v dob dostatené intenzity sluneního záení (nabíjení akumulátor malých pístroj, erpání vody pro závlahu, napájení ventilátor k odvtrání uzavených prostor atd.). [10]

28 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 28 Obr.10: Ostrovní Off-grid systém Hybridní ostrovní systémy se používají tam, kde je nutný celoroní provoz se znaným vytížením. V zimních msících je možné získat z fotovoltaického zdroje podstatn mén elektrické energie než v letních msících. Proto je nutné tyto systémy navrhovat i na zimní provoz, což má za následek zvýšení instalovaného výkonu systému a podstatné zvýšení poizovacích náklad. Z tchto dvod jsou fotovoltaické systémy doplovány alternativním zdrojem energie, kterým mže být nap. vtrná elektrárna, malá vodní elektrárna, elektrocentrála, kogeneraní jednotka atd. Typickými pedstaviteli systém nezávislých na síti jsou systémy s akumulací elektrické energie. Oproti síové verzi (viz níže) vyžaduje tento systém navíc solární baterie, které uchovají vyrobenou energii na dobu, kdy není dostatek sluneního svitu (v noci). Optimální dobíjení a vybíjení akumulátorové baterie je zajištno elektronickým regulátorem. Ostrovní systém se poté skládá z [10]: fotovoltaických panel regulátoru dobíjení akumulátor akumulátoru (v 95 % olovný) stídae = mnie (pro pipojení bžných síových spotebi 230V/~50Hz) pop. sledovae Slunce, indikaních a mících pístroj Síové systémy (on-grid) Síové systémy (on-grid) (viz obr. 11) jsou nejvíce uplatovány v oblastech s hustou sítí elektrických rozvod. V pípad dostateného sluneního svitu jsou spotebie v budov napájeny vlastní solární elektrickou energií a pípadný pebytek je dodáván do veejné

29 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 29 rozvodné sít. Pi nedostatku vlastní energie je elektrická energie z rozvodné sít odebírána. Systém funguje zcela automaticky díky mikroprocesorovému ízení síového stídae. Pipojení k síti podléhá schvalovacímu ízení u rozvodných závod. Špikový výkon fotovoltaických systém pipojených k rozvodné síti je v rozmezí jednotek kilowatt až jednotek megawatt. V souasnosti se tento typ systém jeví (za pedpokladu dotace) jako zajímavá investiní píležitost, kdy je veškerá produkce FV elektrárny prodávána do sít za tzv. výkupní tarify. V R je výkupní cena pro rok 2007 stanovena na 13,46 K/kWh, jakožto cena minimální s garancí této ástky po dobu minimáln 15 let. Mezi hlavní možnosti aplikace patí: stechy rodinných dom 1-10 kw p, fasády a stechy administrativních budov 10 kw p stovky W p, protihlukové bariéry okolo dálnice, fotovoltaické elektrárny na volné ploše atd. Základními prvky on-grid FV systém jsou [10]: fotovoltaické panely mni naptí (stída), který ze stejnosmrného naptí vyrábí stídavé (230V/~50Hz) kabeláž mení vyrobené elektrické energie (elektromr) pop. sledova Slunce, indikaní a mící pístroj Obr.11: Síový systém on-grid

30 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky Regulátor Prvotními zaízeními, která plnila funkci regulace u fotovoltaických (FV) systém, byly regulátory dobíjení, které jsou již dnes na takové úrovni, že jde o jednotky s vlastní inteligencí ízené procesorem. Další prvky regulace následovaly, když FV systémy sestoupily z kosmických výšin a zaaly být pipojovány pes stídae k elektrické rozvodné síti. Regulátor je mozek našeho elektrického obvodu. Pracuje jako ochrana ped pebíjením, souasn jako kontrola a odpojení pi hlubokém vybití a zárove jako elektronická pojistka. Jsou srdcem solárních fotovoltaických systém, kde se používají spolen se solárními panely, akumulátory, elektrospotebii a se stídai. Umožují ízenou akumulaci elektiny pro použití v noci nebo v dob s nepíznivým osvtlením solárních panel. [11] Regulátory ostrovních FV systém Ostrovní FV systémy slouží pro ízené dobíjení a ochranu akumulátor proti pebíjení proudem z FV solárních panel a pokud jsou rozvody provedeny ve 12 V nebo 24 V, slouží též k ochran akumulátor ped hlubokým vybíjením (pozn. jinak pebírá odpojování spotebi v pípad hlubokého vybíjení akumulátor centrální stída). Vhodný regulátor volíme podle pracovního (nominálního) naptí v systému, podle typu akumulátoru, podle proudového výkonu panel, promnlivosti teploty v okolí akumulátoru a celkového píkonu elektrospotebi. Regulátory se dále cenov liší podle toho, zda disponují schopností pulzn modulovat nabíjecí naptí (jsou schopny mnit pouze šíku nabíjecích puls) od regulátor, které mají zabudovanou funkci pulzní šíkové modulace (jsou schopny mnit šíku i výšku nabíjecích pulz). Regulátory dobíjení jsou srdcem solárních FV systém, protože umožují ízenou akumulaci elektiny pro použití v noci nebo v dob s nepíznivým osvtlením solárních panel. [12] Regulátory síových FV systém V tchto systémech bývají solární regulátory použity jako nadstavba u síových mni, které jsou vybaveny funkcí zálohování (v pípad výpadku dodávky energie z rozvodné sít pracují jako UPS). V pípad síových FV systém je však dležitjší z hlediska dodávaného výkonu schopnost sledovat bod maximálního výkonu tzv. MPPT. Tento pracovní bod maximálního výkonu FV zdroje závisí na oslunní a na teplot solárních lánk. Aby-

31 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 31 chom využili výkon FV panel maximáln, je nutné, aby stída automaticky v pravidelných intervalech hledal a našel bod maximálního výkonu. Vyhledávání bodu maximálního výkonu (MPPT) je provádno v pravidelných asových intervalech (zpravidla po 2 minutách). Stída mní své vstupní naptí a takto sleduje ást charakteristiky FV zdroje. Jakmile objeví maximální pracovní bod, ídicí obvody zanou pracovat v tomto bod. Pibližn po 30 až 35 minutách je celá voltampérová kivka FV zdroje prohledávána znovu, aby stída našel další maxima. Náhlé zmny oslunní zpsobené mraky, innost síového stídae neruší. MPPT bývá obzvlášt pesná a stabilní, protože pi pechodu na nový pracovní bod má v pamti uložen i pedchozí pracovní bod. Díky této vlastnosti je úinnost pizpsobení vyšší než 99 %. Samozejm tato funkce souvisí s celkovou deklarovanou úinností nabízeného stídae. Každý tok energie musí být efektivn regulován, tak aby nedocházelo ke zbyteným ztrátám na jedné stran a na stran druhé k poškození zaízení (akumulátory v pípad ostrovních systém). U všech typ FV systém (ostrovní, síový) jsou na regulace kladeny velmi vysoké nároky na co nejmenší vnitní spotebu a spolehlivost, protože jinak jsou fotovoltaické systémy (krom obasné výmny akumulátor u ostrovních systém) absolutn bezúdržbové. [12] 3.3 Akumulátory pro solární fotovoltaické systémy Elektinu generovanou solárními panely je nutno v ostrovních solárních systémech skladovat, aby ji poté bylo možno využít v noci nebo v období s mén píznivým osvitem. Solární olovné akumulátory jsou v souasnosti nejvhodnjším a nejvíce osvdeným ešením. Používají se rovnž v záložních fotovoltaických systémech. Pednosti solárních akumulátor: vyšší odolnost proti hlubokému vybíjení nízký minimální nabíjecí proud nízké samovybíjení (1-3% za msíc) dlouhá životnost (vysoký poet pracovních cykl) vysoká akumulace el. energie (disponibilní povrch elektrod)

32 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 32 gelové - žádné riziko vyteení pi peklopení dobré ekologické vlastnosti (nízké emise nabíjecího plynu) minimální nároky na údržbu (doplnní elektrolytu 1x ron) o 60% vtší cyklovatelnost než startovací a trakní akumulátory Výrobci doporuují akumulátory urené pro dlouhodobé vybíjení vybíjet maximáln do 80% jmenovité kapacity. Pokud je vybíjen více, snižuje se jeho životnost (vydrží menší poet cykl). Pi použití v solárním zaízení je teba, aby toto zaízení bylo vybaveno regulátorem nabíjení a vybíjení. Akumulátory pro dlouhodobé vybíjení jsou konstruovány pro dlouhou životnost pi cyklických zátžích s nízkou úrovní samovybíjení a jako bezúdržbové dle normy DIN. Speciální akumulátory pro dlouhodobé vybíjení lze dobít na plnou kapacitu 100% teprve asi po 10-ti cyklech, protože musí být pekonána ochranná vrstva na deskových elektrodách, což je zámr výrobce. [13] Jak vypoítat, jaký akumulátor potebujeme? výkon spotebie [W] / naptí [V] = píkon [A] píkon [A] x požadovaná doba provozu [h] = potebná kapacita [Ah] potebná kapacita [Ah] x bezpe. faktor [1,3] = požadovaná kapacita [Ah] 3.4 Mnie naptí Mnie slouží k pemn stejnosmrného naptí na jinou hodnotu, pípadn ke zmn jeho polarity. Mžeme je použít v kombinaci s klasickým stabilizátorem k vytvoení napájecího zdroje. Rovnž je využíváme v zaízeních, které jsou napájeny z baterií a u kterých je dležitá maximální úinnost. Z jednoho zdroje v nich asto potebujeme vytvoit rzná naptí. V tchto obvodech používáme integrované obvody, které ídí spínací výkonové prvky S (tranzistory MOS). Tyto obvody obsahují zdroj referenního naptí, zesilova odchylky a další pomocné obvody. innost tchto obvod se odehrává na kmitotech vyšších než 20 khz (aby nebylo slyšet pískání). Obvyklý provozní kmitoet je 100 až 200 khz. Potebu-

33 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 33 jeme zde proto rychlé Schottkyho diody, kvalitní filtraní kondenzátory (malý sériový odpor) a feritové tlumivky. [14] Typy mni Snižující mni (viz obr. 6a) Pi sepnutí spínae se nabíjí kondenzátor a roste proud tekoucí cívkou. Až naptí dosáhne potebné výstupní úrovn, spína se rozepne. Proud tekoucí cívkou se zane uzavírat pes rekuperaní diodu. Proud cívkou klesá, kondenzátor se vybíjí do zátže. Až výstupní naptí klesne, ídící logika opt sepne spína a celý cyklus se opakuje. Oproti výše popsanému stabilizátoru má tento obvod výrazn menší ztráty. Na spínacím prvku jsou vždy mnohem menší ztráty než na promnném odporu. [14] Invertující mni (obr. 6c) Pi sepnutí spínae roste proud tekoucí cívkou. Potom se spína rozepne. Na cívce se indukuje naptí opané polarity. Proud tekoucí cívkou se zane uzavírat pes rekuperaní diodu a kondenzátor se nabije záporným naptím. Úinnost tohoto mnie je maximáln 60 %. Zvyšující mni (obr. 6b) Nejprve se kondenzátor pi rozepnutém spínai nabije na naptí U 1. Pi sepnutí spínae roste proud tekoucí cívkou. Po urité dob, aby se cívka nepesytila, se spína rozepne. Na cívce se indukuje naptí, které se piítá ke vstupnímu naptí U 1. Proud tekoucí cívkou potom musí téct pes diodu, nabíjí kondenzátor a tee do zátže. Proud cívkou postupn klesá, kondenzátor se vybíjí do zátže. Až naptí klesne pod pedem nastavenou hodnotu, ídící logika opt zapne spína a celý cyklus se opakuje. [14] Obr.12: Schémata jednotlivých mni

34 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky Navržená solární sestava s výstupem 12V Pedpokládejme využití našeho solárního systému napíklad na chat, kde potebujeme malou ledniku (do 60 l), erpadlo na vodu (1 hodina denn, 12V/50W), obas si chceme odpoinout u televize (4 hodiny pi 12V/35W) a taky potebujeme svítit (12 úsporných záivek 1 záivka 12V/11W). Naplno mžeme využívat tyto spotebie v lét každý den a v zimním období vtšinou jenom o víkendu. Návrh sestavy vychází z faktu, že konstrukce pro otáení panelu za sluncem je již zkonstruovaná a že staí upevnit panel do rámu na konstrukci. Solární systém si budeme stavt svépomocí a tím eliminujeme náklady na instalaci tetí stranou. Navržený solární systém je na obr. 13. Obr.13: Navržený solární systém Polykrystalický fotovoltaický panel KC130GH-2 Solární systém se skládá ze 4 ks fotovoltaických panel Kyocera KC 130GHT-2 s výkonem 130 Wp / 12 V, zapojených paraleln s celkovým výkonem 520 Wp / 12 V, regulátoru dobíjení CX 40 s proudovým omezením 40 A, který zajistí trvalé dobíjení, ochranu proti pebíjení a zabrauje vybíjení pes fotovoltaický modul v dob bez sluneního svitu a 4 ks akumulátoru Fiamm 12 SP 135 s kapacitou C10=135 Ah a celkovou kapacitou 540 Ah, který zajistí napájení pro pípad dní bez sluneního svitu.

35 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 35 Obr.14: Polykrystalický fotovoltaický panel KC130GH-2 Pokroilá technologie zpracování fotovoltaických lánk a automatizovaná zaízení zajišují výrobu vysoce efektivních polykrystalických fotovoltaických panel. Konverzní úinnost fotovoltaických lánk Kyocera pekrauje hranici 16%. Fotovoltaické lánky jsou zapouzdeny v EVA folii. Pední tvrzené sklo a Tedlar na zadní stran. Poskytuje úinnou ochranu proti nepíznivým povtrnostním podmínkám. Celá vrstvená deska je umístna v eloxovaném hliníkovém rámu, který poskytuje konstrukní pevnost a umožuje snadnou instalaci. V následujících jsou zobrazeny základní vlastnosti solárního panelu. Tab.1: Elektrické parametry KC130GH-2 FV modul Kyocera Maximální výkon Modulové naptí Jmenovitý proud Proud nakrátko KC130GH Wp 17,6 V 7,39 A 8,02 A Tab.2: Další elektrické parametry KC130GH-2 Elektrické parametry Maximální výkon [W] 130 Tolerance [%] -2 Maximální naptí [V] 17,6 Maximální proud [A] 7,39

36 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 36 Naptí naprázdno [V] 21,9 Proud nakrátko [A] 8,02 Teplotní koeficient [V/ C] -8,21x10-2 Teplotní koeficient [A/ C] 3,18x10-3 NOCT [ C] 47 Maximální naptí systému [V] 1000 Tab.3: Rozmry KC130GH-2 Rozmry Výška [mm] 652 Délka [mm] 1425 Hloubka [mm] 36 Hmotnost [kg] 12,2 Tab.4: lánek KC130GH-2 lánky Poet lánk 36 Tvar lánk Obdélníkový Technologie Polykristalická Ventilem ízený olovný akumulátor Fiamm 12 SP 135 Desky a mížky: odlévané silné mížkové (pastované) desky zabezpeují dlouhou a spolehlivou životnost. Nádoby a víka: plastický materiál ABS. Bezpenostní ventily: petlakové bezpenostní propouštcí ventily.

37 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 37 Obr.15: Olovný akumulátor Fiamm 12 SP 135 Tab.5: Elektrická charakteristika akumulátoru VRLA 12 SP 135 Akumulátor Fiamm 12 SP 135 Kapacita C10 Životnost dle Eurobat Hmotnost baterie 135 Ah 10 let 48,1 kg Elektrické charakteristiky Tab.6: Elektrická charakteristika akumulátoru II Fiamm 12 SP 135 Jmenovité naptí Udržovací naptí pi 25 C Rychlé nabíjení/cyklické použití Maximální nabíjecí proud 12V 2,25-2,30V/lánek 2,40-2,50V/lánek 0,25 C20 A (napíklad pro 100Ah blok je max. nabíjecí proud 25A Regulátor CX 40 CX série jsou dmyslné solární regulátory nabíjení s výjimenými vlastnostmi v této cenové kategorii. Vedle zdokonalené PWM regulace (s integrovanou teplotní kompenzací) nabízí CX série zvláštní displej, programovatelné a bezpenostní funkce. Stav nabíjení baterie je zobrazen sloupcovým diagramem na displeji, stejn jako je zobrazení proudu z a do baterie, stav zátže (nap. petížení nebo zkrat zátže). Ochrana ped hlubokým vybitím

38 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 38 mže být nastavena ve tech režimech: napovým ízením, SOC ízením nebo fuzzy logikou. CX série dále nabízí vestavné akustické výstrahy a funkci noního svícení. CX regulátor dále obsahuje ídící funkci pro nadbytek energie, což znamená, že v kombinaci se zvláštním navrhovaným zatížením (napíklad pro slunení mrazniky/chladniky SF32E, SF50E), je možné využít nadbytek energie, která by jinak byla ztracena díky ochran ped pebitím baterií. Kompaktní design krabice je pipraven pro montáž na DIN kolejnici. Popis regulátoru CX40: LCD displej stavu nabíjení baterií Zobrazení stavu nabíjení / vybíjení Akustický signál ped odpojením zátže Indikace stavu zátže Výbr mezi 3 algoritmy odpojení zátže PWM-regulátor (typová ada) Pipravený pro DIN lištu Automatická 12 / 24 voltová detekce Integrovaná tepelná kompenzace Krytá svorkovnice (až do 16mm, prmr drátu) Polovodiová ochrana Programovatelný režim noní svícení Obr.16: Regulátor CX 40 Tab.7: Technické parametry regulátoru CX 40

39 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 39 Technické parametry CX 40 Max. proud z panelu 40 A Max. proud zátže 40 A Systémové naptí 12 i 24 V Vlastní spoteba < 4 ma Rozmry 80x100x32 mm Krytí IP Mni naptí Uvedený mni je vhodný pro provoz ledniek, mikrovlnných trub, kávovar atd. v automobilech. Pipojuje se na naptí 12V. Výstupní naptí na zásuvce je 230V, trvalá zatížitelnost je 1200W, špikov 2400W. Chlazení je ventilátorem. Obr.17: Mni naptí SP 1200 Základní elektrické vlastnosti: Vstupní naptí: (DC) V Výstupní naptí (AC): 230 V s tolerancí % Trvalý výstupní výkon: 1200 W Špikový výstupní výkon: 2400 W Vstupní plné proudové zatížení: 120 A Pohotovostní vstupní proud: mén než 0,3 A Výstupní vlnový tvar: modifikovaná sinusoida Výstupní frekvence: 50 Hz

40 UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky 40 Úinnost: % Vypnutí pi poklesu naptí: 10 V s tolerancí 0,5 V Výstražný signál pi sníženém naptí baterie:10,5v s tolerancí 0,5 V Tepelná ochrana: 60 0C s tolerancí 5 C Ochrana ped petížením: Ano Ochrana proti pipojení 24V vst.naptí: Ano Ochrana polarity baterie: Ano (pojistkou) Pojistka: 20 A 9ks 3.6 Cenová kalkulace navrženého systému Do cenové kalkulace jsem zahrnul pouze základní komponenty z celého solárního systému a to FV panel, mni naptí, regulátor a akumulátor. Abychom se dostali k ástce, za kterou podobné solární systémy nabízejí specializované firmy, museli bychom do kalkulace zahrnout také elektrický materiál nutný pro instalaci, náklady na výrobu odpovídajícího systému natáení, spojovací materiál pro uchycení systémových prvk na píslušná místa, náklady na dopravu jednotlivých komponent a materiálu. Zapoítat bychom mli i mzdu za práci na projektu. Tab.8: Ceny základních komponent navrženého solárního systému zaízení oznaení délka [mm] šíka [mm] výška [mm] váha [kg] popis cena bez DPH cena s DPH AKU 12 SP ,1 M8/ ,00 K ,00 K regulátor CX40 40A ,2 IP ,00 K 3 112,00 K mni SP 1200 (12V) ,1 12/230V 7 110,00 K 8 461,00 K FV panel KC 130GH-2P ,2 130 Wp ,00 K ,00 K Celková cena: ,00 K ,00 K Provil jsem cenové nabídky u rzných výrobc v eské Republice a zjistil jsem, že bžná cena za poízení pevného systému pipojeného do sít je zhruba ,- bez DPH za 1kWp a polohovacího systému zhruba ,- bez DPH za 1kWp.