Technické informace provozovaného FV systému

Zdrojem energie FV systému je jeden polykrystalický fotovoltaický panel jehož výrobcem je firma Q-Cells International GmbH s nominálním výkonem 220 Wp. Panel je umístěn na střeše kulny a jeho sklon vůči horizontu je 37.5° a je nasměrován na jih (170°). Bohužel díky blízké přítomnosti lesa se pozdní odpolední slunce schovává za stromy a výkon tudíž klesá. Od panelu do rozvaděče s MPPT regulátorem jsou vedeny solární kabely od firmy TYCO s průřezem 2.5mm² o délce 6 metrů a zároveň i kabel od digitálního teplotního čidla DS18B20, které je nalepeno na zadní stranu panelu komunikující pomocí 1-wire sběrnice.

Jako akumulátory jsou použity dva kusy 12V trakčních uzavřených baterií od firmy CSB Battery každá s kapacitou 75 Ah, které jsou zapojeny paralelně. Baterie jsou k MPPT regulátoru připojeny pomocí kabelů s průřezem 5mm² o délce 1.5 metrů a zároveň je do okruhu dán 20A jistič, který slouží hlavně jako vypínač. Na bateriích je přilepen NTC 10kOhm termistor, který je zapojen do MPPT regulátoru a primárně slouží k teplotní kompenzaci nabíjení baterií a také je možné si tuto hodnotu informativně vyčítat přes I2C rozhraní.

Rozvaděč je tvořen plastovou elektroinstalatérskou krabicí, ve které je umístěn MPPT regulátor od firmy BKE, jističe, mini-PC pro monitoring FV systému, analogová panelová měřidla a LCD display zobrazující měřené hodnoty. Přivodní kabely z FV panelu o průřezu 2.5mm² jsou vedeny skrz jističe (sloužící hlavně jako vypínač) a panelový ampérmetr vedeny do regulátoru. Do regulátoru jsou připojeny opět přes jistič baterie a to pomocí 2 kabelů o průřezu 2.5mm² (regulátor má svorky max na tento průřez). Nakonec jsou z regulátoru vedeny dva kabely (opět přes jistič, průřez 2x2.5mm²) přes panelový ampérmetr na svorky, do kterých je možné připojit několik spotřebičů. Na víku rozvaděče jsou pro informaci i čtyři analogová panelová měřidla - 2 voltmetry (0-15 V pro napětí baterie, 0-40 V pro napětí FV panelu) a 2 ampérmetry (0-8 A pro proud z FV panelu a 0-20 A pro proud spotřebičů). Uvnitř rozvaděče je umístěno mini-PC ALIX se spotřebou 4W, které obsahuje I2C rozhraní a je tak propojeno s regulátorem, ze kterého každou vteřinu vyčítá a poté odesílá data na server, vytváří statistiky, řídí LCD display atd.

Systém v současné době napájí tyto spotřebiče: mini-PC v rozvaděči pro monitoring FV systému, mini-PC pro vyčítání dat z meteorologických senzorů (teploměry, vlhkoměry, senzor slunečního záření, atd.), webkamerka, příjimací anténa na internet.
V současné době je stálá celková spotřeba všech spotřebičů cca 1.1A.

V průběhu několika měsíců bude instalována deska se 6 relátky ovládaná pomocí I2C rozhraní, která bude spínat 1) měnič z 12V na 230V pro napájení nočního venkovního úsporného osvětlení (postupně se předělá na LED žárovky) a v denním období při přebytku výkonu k pohonu čerpadel filtrace bazénu a cirkulace vody skrz sluneční kolektory. 2) DC-DC měnič z 12V na 24V pro napájení ohřevu srážkoměru (topný odpor) v zimním období pro rozpouštění tuhých srážek na kapalné.

Pro výrobu střídavých 230V pro napájení některých spotřebičů je použit měnič napětí z 12V s maximálním výkonem 300W a čistým sinusovým průběhem (viz video v sekci "Fotografie a videa", kde byl měnič připojen na oscilograf). Měnič je zapojen do regulátoru na svorky spotřebičů (do regulátoru připojeno z toho důvodu, že je možné sledovat přesně celkovou spotřebu systému) pomocí 2m kabelu s průřezem 6mm² a je vedený přes 16A jistič (tj cca maximálně 180W připojené zátěže, protože regulátor zvládne maximálně 20A a více jak 120W ani nepotřebuji). Provoz měniče je ovládán jedním z relé na vyrobené desce, která je opět ovládána pomocí I2C rozhraní a má 8 vstupů a 6 relátek. Relé, které ovládá provoz měniče spíná okruh výpínače měniče, tj. nespíná 12V přivod, ve které je větší proud, který by mohl dělat problémy.

Výstup z měniče je veden do elektroinstalatérské krabice, ve které je zmíněná ovládací deska a zároveň je do ni přivedeno i napětí síťové (ČEZ). Pomocí dalšího relé na desce, které spíná větší přepínací relé, do kterého je přivedena fáze a pracovní nula měniče a elektrické sitě je možné ovládat jestli spotřebiče budou napájeny z měniče a nebo v případě malého napětí baterie z elektrické sitě, zároveň je tak dodrženo i galvanické oddělení měniče a el. sítě. Z přepínacího relé je veden výstup přes 1A jistič a dále přes svorkovnici na další dvě relé na ovládací desce, kterými je řízen provoz jednotlivých spotřebičů.

Provoz měniče a i jednotlivých spotřebičů je možné řídit i pomocí přepínačů, které jsou připojeny na jeden z osmi vstupů svorkek ovládací desky. Zde již ovládací program vyhodnotí, který spotřebič je potřeba zapnout a nebo jestli se má ovládat automaticky podle zvolených podmínek.

Do začátku zimy bude ještě instalován DC/DC měnič z 12V na 24V pro napájení topného odporu ve srážkoměru meteostanice pro rozpouštění tuhých srážek (sníh), potřebný výkon je cca 24W.

O monitorování FV systému se stará mini-PC ALIX od firmy PC Engines s příkonem cca 4W. Operační systém je uložen na CF kartě a je jím Gentoo Linux. Vzhledem k tomu, že ALIX obsahuje I2C master slouži pro komunikaci s ostatními I2C slave tj. i čtení dat z BKE MPPT regulátoru. Pro tento účel byl napsán podle dokumentace k regulátoru program v jazyce C, který každou vteřinu přečte všechny data a dále s nimi pracuje. Pro každý den si tvoří statistiku (minimální a maximální hodnoty zvolených hodnot), kterou odesílá přes internet na vzdálený server k archivaci a také každou minutu odešle aktuální hodnoty rovněž do MySQL databáze na server. Do počítače je přiveden i kabel z 1-wire teplotního čidla, které měří teplotu panelu a je zapojeno do RS-232 portu. Dále v PC běží program opět napsaný v jazyce C, který přes I2C sběrnici řídí pomocí 4 bitových instrukcí a I2C chip PCF8574 LCD display s 20 znaky a 2 řádky na kterém se periodicky zobrazují měřené hodnoty (napětí, proud, výkon a teplota FV panelu, napětí, proud a teplota baterie, vyrobená a spotřebovaná energie atd.). Přes druhý I2C chip PCF8574 na jiné adrese jsou řízeny 4 LED diody informující o stavu celého systému (provoz regulátoru, nabíjení a vybíjení baterie, přebytek výkonu).