Přenosná fotovoltaická mikroelektrárna

[Josef]

Zásuvka zapalovače:
Zásuvku použijte masivní, skutečně pro zapalovač, která uvnitř obsahuje plíšky, které dokáží zasunutou zástrčku podržet a má uvnitř i keramickou izolaci. Taková dobře snese naše těžké zacházení. Pokud obsahuje zásuvka osvětlovací žárovičku, drát od žárovičky nezapojujte. Osvětlovat marnotratně zásuvku je v dané situaci energetický luxus, který si rozhodně nemůžete dovolit. Pokud potřebujete zásuvku nebo jiný ovládací prvek zdůraznit ve tmě, oblepte ho po vojenském způsobu fosforeskující samolepící fólií nebo si kupte fosforeskující barvu a okolí ovládacích prvků s ní natřete.

Vzhled cigaretového zapalovače (konektoru) pro montáž do panelu automobilu.
(Tenký drátek vede k osvětlovací žárovičce a zůstane nezapojený.)

Důležité:
Kladný pól + který vede od svorkovnice regulátoru, musí být zapojený na středový vývod „cigaretové“ zásuvky.
Záporný pól – který vede od svorkovnice regulátoru, musí být zapojený na kovový plášť „cigaretové“ zásuvky.
Plášť zásuvky nesmí být v žádném případě spojený na kovovou kostru ani na záporný pól akumulátoru ani na kovovou skříňku, do které zařízení zabudujete. Může se to zdát divné, ale dodržte to, většina regulátorů má své podpěťové ochrany zapojené v záporné větvi a jsou celkově řešené v zapojení „společný plus“*.

*) Společný plus je někdy elektrikáři nazývaný pojmem „ruská kostra“, což vychází z toho, že sovětské automobily měly standardně na kapotě připojený kladný pól elektroinstalace, zatím co západní země včetně ČR mají na kapotě připojený záporný pól palubní elektroinstalace. Byl to Stalinův technický „vzdor“ podobný, jako třeba širokorozchodné koleje. Naproti tomu uzemňování a kostření záporného pólu je logičtější a pochází už z dob přímožhavené elektronkové techniky, kde ani jiná možnost nebyla. Dodržuje se i u počítačů. Jen solární systémy jsou občas jaksi mimo a společný plus občas zase tiše používají, protože je to pro výrobce jednoduší a levnější. Společný plus znamená, že vodiče s kladným potenciálem jsou uvnitř přístroje natvrdo propojené, zatím co spínací či vpínací pochody se odehrávají v jednotlivých záporných větvích.

[Josef]

Praktický provoz FV elektrárny

Nekompromisní energetická bilance:
Základním nedostatkem fotovoltaické elektrárny (na rozdíl od malé vodní elektrárny) je, že fotovoltaické panely vyrábějí energii pouze přes den a to nejlépe jen při plném slunci. Ale my elektřinu potřebujeme často nepřetržitě po celý den. To ale znamená, že panely musejí s rezervou navyrábět energii „na sklad“ (do akumulátoru) odkud ji pak budeme postupně brát, až nebudou panely pracovat. Pokud si tedy koupíme panel o třiceti wattech, nemůžeme si myslet, že si můžeme dovolit po celý den používat i třicetiwattový spotřebič. Krátkodobě ano, ale celých 24 hodin ani omylem.

Vliv lokality:
Na různých místech naší republiky je různý průměrný solární výkon. Je to dáno typem krajiny a místním mikroklimatem v ní. Pokud jsou pro krajinu typické dlouhé ranní a večerní mlhy nebo časté kupení a vznik oblaků, svítí tam slunce méně nebo je jeho svit zeslabený oparem. Nadprůměrně dobré podmínky pro provoz FVE má oblast na východ, jih a západ od Brna, včetně Brna samotného. Velmi dobré podmínky jsou i na Vyškovsku, Uherskohradišťsku, Kroměřížsku, Přerovsku a Hranicích na Moravě. Stejně tak v Praze, na Kolínsku až po Pardubice a kupodivu také i v Posázaví. Naopak „nejhorší“, (ve srovnání s předchozími pouze o ¼ menší výkon), obdržíte v hornatých oblastech Krušných hor, Jizerských hor, v Krkonoších, Orlických horách, vyšších partiích Jeseníků i Beskyd a v notoricky známých městech jako je třeba Ostrava nebo některých průmyslových podkrušnohorských městech se smogem. V ostatních místech České republiky (Jižní Čechy včetně Šumavy, Střední i Severní Morava a Slezsko) je výkon průměrný. Samozřejmě lokalitu si většinou vybrat nemůžete, ale je dobré o jejím vlivu na výkon vědět a nesvádět případný malý výkon na nedokonalost techniky nebo ho přičítat vlastním chybám.

Vliv počasí:
Vliv počasí na funkci a provoz solární mikroelektrárny je velmi zásadní. Napětí dává fotovoltaický panel prakticky vždy dostatečně velké na to, aby s ním bylo možné dvanáctivoltový akumulátor nabíjet. I při zatažené obloze bez potíží vyběhne svorkové napětí u nezatíženého panelu až na 17V. Zde problém není. To, čeho se nám při zatažené obloze zoufale nedostává, je dostatečně velký nabíjecí proud, kterým bychom nabili akumulátor během rozumně krátké doby. Na následujících řádcích si porovnejte proud dodávaný panelem (o jmenovitém výkonu 30W na štítku) např. v měsíci květnu (roku 2014):

- Modrá obloha, slunce v plném jasu.....................................................1,7A
- Souvislý lehký opar, slunce prosvítá....................................................1,2A
- Souvisle zataženo lehkými mraky, nelze identifikovat, kde je slunce......0,5A
- Zataženo, souvisle šedá obloha...........................................................0,2A
- Temně šedá obloha déšť téměř na spadnutí nebo prší..........................0,1A

Obecně lze říci, že při zataženém deštivém počasí je výkon elektrárny desetkrát nižší. Z původních 30W tu máme pojednou jen 3W! Při takovém výkonu bude trvat 10x déle než se akumulátor nabije na stejnou úroveň, když by nám svítilo slunce. Potřebujeme prakticky celý den, zatím co se sluníčkem by nám na to stačila pouhá jedna hodina. Ovšem i to nám může vystačit na dvě či tři hodiny úsporného večerního svícení slabší LEDžárovkou.

Jaký spotřebič můžeme připojit?
Některé dny budou slunečné, jiné zatažené. Jaký je tedy průměrný výkon? Pokud si při těch špatných dnech vypomůžeme energií nastřádanou v akumulátoru ze dní slunečných, pak zkušenost z praxe říká, že můžeme mít trvale 24 hodin zapnutý spotřebič, jehož výkon nepřesahuje zhruba jednu desetinu výkonu solárního panelu. Elektrárna s panelem 30W může tedy trvale a nepřetržitě celoročně napájet spotřebič o výkonu 3W, aniž bychom se o něj museli starat (např. ventilátor, ledžárovku v místnosti bez oken, automatickou radiostanici, alarm). Máte-li výkonnější spotřebiče, nemohou být provozovány nepřetržitě, tedy ve dne i v noci, ale pouze po úměrně kratší část dne. Nepomůže vám ani větší akumulátor, protože když do něj po několik dnů nemáte z čeho energii nastřádat, tak v něm prostě nebude.

Po přečtení výše uvedených řádků by to mohlo vypadat hodně pesimisticky. Ale není tomu tak. Ona totiž valná část spotřebičů, které běžně používáme, patří k těm, které zapínáme pouze na několik hodin či dokonce jen několik desítek minut denně. V místnosti svítíme pouze večer, než jdeme spát. Ruční nářadí používáme logicky jen tehdy, když s nimi pracujeme. Stejně tak počítač. Dokonce i radiostanice má velký odběr pouze když vysíláme, zatím co při poslechu má spotřebu mnohem menší. I původní text tohoto příspěvku byl napsán na počítači, který napájela právě tato solární mikroelektrárna. A i když mi to celé dohromady trvalo mnoho večerů, její výkon na to bohatě stačil.

[Josef]

Umístnění panelu:
Bude-li panel instalován napevno, neotáčivě, je ideální, pokud směřuje přesně na jih a jeho rovina svírá se zemí úhel 25° až 40°.

Pokud je pro nás důležitější dostatek energie v létě, zvolte úhel „plošší“ – tj. se sklonem 25° až 30° vůči zemi.

Pokud preferujete dostatek energie především v zimě, postavte panel „svisleji“ – tj. se sklonem 35° až 40° vůči zemi.

Někdy nebudete z různých důvodů schopni umístit panel do ideální polohy. Je logické, že jakékoli jiné nasměrování, než přímo na slunce, dává nižší výkon. Ale abyste se mohli správně rozhodnout mezi „špatným“ a „ještě horším“, potřebujete vědět, jak se bude panel v nestandardních situacích chovat:

Panel vodorovně položený má výkon nižší pouze o 10%, než kdyby byl šikmo skloněný k jihu. To není tak špatné. Nepotřebuje žádnou podpůrnou konstrukci. Leží-li na zemi, může však na něj někdo šlápnout a je také zranitelnější krupobitím než panel šikmý. Drží se na něm často nečistoty (ke snížení výkonu stačí jediný list) a je bohužel velmi dobře viditelný při leteckém fotografování. Pokud leží na ploché střeše, není vidět z ulice.

Panel svisle zavěšený na jižní stěně má výkon o třetinu nižší, než kdyby byl šikmo skloněný k jihu. Nečistoty se na něm drží minimálně, krupobití ho nepoškodí, na standardním leteckém snímkování není vidět, ale ze sousedních pozemků většinou ano.

Panel svisle zavěšený na východní nebo západní stěně má výkon poloviční, než kdyby byl šikmo skloněný k jihu, jinak má všechny výhody i nevýhody svislého panelu popsané u předchozího bodu.

Panel svisle zavěšený na severní straně má výkon vždy menší než jednu desetinu jmenovitého výkonu, protože využívá jen rozptýlené světlo z okolí. Velmi záleží, jaké to okolí je, zda tmavý les nebo světlá fasáda sluncem ozářené stěny sousedního domu. Pro efektivní výrobu elektrické energie se toto umístění nehodí, ale na udržení akumulátoru v nabitém stavu to stačí.

Na co dát při umístění panelu pozor:
Samozřejmě na to, aby byl stabilní, nespadl a nerozbil se. Ale také aby nebyl zastíněn. Zastínění nepodceňujte. Panel dodává tak velký proud, kolik dodává každý jeho článek. Zastínění jen jediného článku okamžitě sníží výkon celého panelu. Zastíněný článek je „úzké místo“ a proud ostatních článků, i když pracují naplno, tímto úzkým místem neprojde. Výkon neklesne pouze o výkon onoho jediného článku, ale celý panel se navenek chová tak, jako by byl celý složený ze „zastíněných“ článků. Proto stačí, aby postupující stín došel k nejkrajnějšímu článku v rohu panelu (nebo se nějaký list či větvička kývala nad panelem, nebo aby u panelu stojícího v trávě jen několik málo stébel stínilo nejspodnější řadu článků) a výkon panelu bude velmi výrazně nižší. Nikdy proto nestavte panel do trávy, ale podložte ho něčím, aby stébla trávy články nestínila. Podívejte se, jak bude po obloze postupovat slunce, kam se pohnou stíny stromů, keřů, budov či ostatních předmětů a podle toho panel umístěte. Samozřejmě čím výše jej dáte, tím bývá šance na zastínění vegetací v průběhu dne menší. Proto je vhodným místem střecha auta, karavanu, chatky aj. Panel dejte na větrané místo (vzduch zespodu), ať se nepřehřívá. Přehřátý panel dává citelně menší výkon.

Stačí nepatrný stín na jediný článek někde v rohu panelu,
aby se výkon panelu snížil o desítky procent:

zastineny-panel-1.jpg (26.19 KiB) Zobrazeno 21225 krát

Na dalším obrázku vidíte, jak postupující stín způsobí,
že CELKOVÝ výkon panelu klesne na pouhou čtvrtinu!

zastineny-panel-2.jpg (25.57 KiB) Zobrazeno 21225 krát

Napevno nebo otáčivě?
Když je panel napevno instalován směrem k jihu, pak brzo ráno a pozdě odpoledne na něj dopadá slunce tak šikmo, že prakticky nefunguje a využívá pouze rozptýlené světlo z okolí. Během letních měsíců slunce na obloze opisuje tak velkou dráhu, že se dokonce dostává zezadu za panel. Samozřejmě panel v této situaci žádný proud nedodává. Ale přesto má slunce chvíli po východu nebo před svým západem velkou intenzitu. Pokud tedy máte akutní nedostatek energie (vybitý akumulátor po několika zamračených dnech) a budete během dne přítomni na stanovišti, vždy se vyplatí neupevňovat fotovoltaický panel napevno namířený k jihu, ale umístěte ho tak, abyste (jak slunce postupuje po obloze) jej občas (stačí cca 1x za 3 hodiny) mohli pootočit za sluncem. V ranních a pozdních odpoledních hodinách je výtěžek z panelu téměř dvojnásobný. Celkově za den získáte otáčením panelu za sluncem zhruba o 30% energie více. To platí za předpokladu, že se během dne neobjeví oblačnost. Bohužel třeba v létě mívá poslední dobou počasí zlozvyk, že ráno svítí sluníčko nádherně, k obědu se objeví mraky, odpoledne nás poctí bouřkami, které se rozpadnou až navečer. Elektrickou energii, kterou nestihnete vyrobit po východu slunce během dopoledne a pak až těsně před západem slunce přes den při takto nestálém počasí jinak nezískáte. V takové situaci je otáčení panelu jistě výhodným řešením. Naopak v zimě i při plném slunečním svitu můžete počítat nanejvýš s polovičním výkonem, než je uvedený na štítku panelu. Noci jsou dlouhé, slunce vychází pozdě, pohybuje se nízko nad obzorem a brzy zapadá. Činnost panelů často zhoršují dlouhé stíny táhnoucí se ze sousedních pozemků. Celkový denní výkon je pak sotva pětinový a tak se v zimě musíte prát doslova o každý získaný watt. V té době se směrování přímo na slunce vyplatí nejvíce.

Porovnání pevně instalovaného a za sluncem otáčeného panelu:

Upozornění:
Akumulátor a elektronika (regulátor, spotřebiče) by nikdy neměly zůstat ležet v horku na přímém slunci.
Není-li nikde v blízkosti stín, schovejte je alespoň za nakloněný solární panel.

[Josef]

Co jsou to ampérhodiny?
Energii vyrobenou fotovoltaickým panelem shromažďujeme v akumulátoru. Její množství udáváme v ampérhodinách (Ah). Z předchozí tabulky si můžete snadno zjistit, kolik ampérů nám třicetiwattový panel dával v jednotlivých denních hodinách a sečíst je. Zjistíte, že průměrná denní dodávka pevně instalovaného panelu za slunečného počasí je zhruba 11,5 Ah. A u panelu, kterým otáčíte za sluncem, cca 14,5 Ah. Bude-li celý den zamračeno, bude to zhruba 10-krát méně!, tedy jen 1,1Ah.
Bohužel akumulátor i regulátor má ztráty a tak se z této energie v akumulátoru uloží asi o pětinu méně. S tím co zbude, můžeme počítat pro další využití. Při slunečném počasí to činí denně cca 9 až 11Ah a při zamračeném nejméně 0,9Ah. Jak spočítat odběr spotřebičů? Podle jejich výkonu a doby provozu.

Příklad:

Kolik z naakumulované energie odebere ledžárovka o výkonu 3W, když bude svítit 3 hodiny?
Spočítáme proud, který odebírá žárovka: 3W : 12V = 0,25A
Tento proud vynásobíme dobou provozu: 0,25A × 3hod = 0,75Ah
Výsledek: Žárovka za 3hodiny spotřebuje 0,75 ampérhodiny.

Dlouhodobě nesmíme víc brát, než dostáváme. Ale i kdyby bylo celý den zamračené počasí a získali jsme jen desetinu výkonu, bude to 0,9Ah a pro svícení spotřebujeme jen 0,75Ah. I za dlouhodobě špatného počasí nám v tomto případě ještě stále trochu energie zbude třeba pro rádio. A to není špatné.

Na akumulátorech, zvláště duálních, se často dočtete na první pohled prapodivné a zdánlivě si odporující údaje.
Například: 12V, 80Ah, 510A, 350Wh/20h.

Co to znamená?
První údaj je samozřejmě jmenovité napětí 12V, které se v praxi bude pohybovat podle aktuálního stavu někde v rozmezí od 10,5 do 14,4V. Číslo 510A je krátkodobý proud, který dokáže akumulátor dodávat (např. při startování). Číslo 80Ah udává celkovou kapacitu akumulátoru. Jenže to je naprosto hraniční hodnota, se kterou v praxi nemůžete počítat. (U auta se také udává výkon motoru, přesto auto zničíte, když sešlápnete a budete držet celý den plyn na podlaze.) Proto výrobce udává kapacitu, se kterou můžete opakovaně při cyklickém provozu počítat, a to 350 watthodin rozložených během dne, aby si mohl akumulátor odpočinout.

350Wh u 12V akumulátoru znamená 350Wh : 12V = 29Ah.
Kapacita 29Ah, kterou jsme právě vypočítali je hodnota, v rámci které můžeme akumulátor „beztrestně“ stále dokola nabíjet a vybíjet, aniž by to zásadním způsobem snížilo životnost akumulátoru.

Pro praktickou představu - k nashromáždění této energie potřebujeme s naším 30W panelem zhruba dva slunečné dny. Ale současně to znamená, že bychom s ní měli dokázat nejméně dva zamračené dny překlenout a teprve potom bychom sáhli do „skrytých rezerv“ akumulátoru. Naopak, pokud nebudeme mít čas energii spotřebovávat (např. jsme mimo bydliště), pak víme, že zhruba na dva dny máme v akumulátoru „místo“, kam se energie uloží a nepřijde nazmar.

[Josef]

Připojení spotřebičů:
Spotřebiče připojte do zásuvky „cigaretového zapalovače“ na solárním systému pomocí příslušných propojovací kabelů. Tyto kabely lze běžně zakoupit k tomu či onomu konkrétnímu přístroji. Nejprve zapojte kabel do zdířky u spotřebiče, teprve pak zasuňte koncovku kabelu do zásuvky „cigaretového zapalovače“. Kabel nechte v zásuvce zapojený pouze po dobu, kdy spotřebič skutečně používáte. Nenechávejte kabel jen tak naprázdno v zásuvce pokud je druhým koncem od spotřebiče odpojený. Nenechávejte kabel v zásuvce, pokud je zařízení, ke kterému vede, vypnuté a nepoužíváte ho. Nenechávejte (pokud to není z nějakého jiného důvodu nutné), spotřebiče v režimu „Stand-by“, ale pokud je nepoužíváte, vypněte je úplně a kabel ze zásuvky vytáhněte. Některé kabely totiž obsahují měniče napětí a odebírají proud, i když k nim není spotřebič připojený nebo je spotřebič vypnutý. Ztráceli byste tak zbytečně drahocennou energii a při dlouhodobém stavu byste mohli významně vybít akumulátor.

Vzhled některých standardně prodávaných napájecích kabelů a napěťových měničů: Vlevo nahoře – redukce (měnič z 12V na 5V) vhodný pro napájení všech zařízení zakončených klasickým konektorem USB. Vlevo dole - kabel (s měničem z 12V na 5V) zakončený konektorem microUSB, vhodný pro nabájení mobilních telefonů či elektronických čteček. Uprostřed – kabel (s měničem z 12V na 20V) pro napájení notebooku. Vpravo – redukce (bez měniče) zakončená konektorem vhodným pro napájení přenosné televize nebo nabíječky tužkových akumulátorků, jako náhrada jejich síťových zdrojů.

Pokud má některý váš spotřebič vestavěný akumulátor, ale větší spotřebu (např. notebook), nabijte jej ze solárního systému, ale potom (pokud je to možné) nepoužívejte jej na vnitřní baterii, ale napájejte jej přímo z akumulátoru solárního systému přes kabel (použijte výše zobrazený kabel pro napájení notebooku v autě), abyste si vnitřní akumulátor vašeho přenosného zařízení už nevybili.

Nejde jen o šetření jeho životnosti. Při každém nabíjení se část energie ztratí. Když nabíjí fotovoltaický panel nejprve váš velký akumulátor, ztratí se celkově asi jedna čtvrtina energie. Když budete z hlavního akumulátoru solárního systému dále nabíjet vestavenou baterii ve vašem přenosném elektronickém zařízení, pak z těch tří čtvrtin, co v hlavním akumulátoru zůstaly, ztratíte další jednu čtvrtinu při nabíjení akumulátoru vestavěného v tabletu a tím jste téměř celou polovinu drahocenné solární energie promrhali. Pouze polovina vám nakonec zbude na práci, což je škoda. Pokud už musíte opakovaně nabíjet vestavěný akumulátor vašeho přenosného zařízení (mobil, ruční vysílačka, svítilna), udělejte to v době, kdy na panel dopadá co nejvíce slunce, aby se přenosné zařízení nabíjelo energií přímo ze slunce, nikoli energií už předtím uloženou v hlavním akumulátoru, která prošla „chemickou ztrátou“.

Vlevo – měnič z 12V na 230V-100W k přímému nasazení do zásuvky cigaretového zapalovače.
Vpravo – obdobně řešená nabíječka na dvě tužkové baterie.

Použití měniče 12/230V-50Hz:
Toto řešení použijte jen ve výjimečném případě, pokud u spotřebiče, který potřebujete, není žádná jiná možnost ho nějakým způsobem napájet přímo z 12V rozvodu (trafopájka, vrtačka aj.). Jednou z nejhorších věcí, z hlediska hazardování energií, kterou můžete udělat je, když na solární systém připojíte měnič z 12V na 230V a do jeho zásuvky zasunete síťový zdroj spotřebiče, který vlastně z vysokého napětí zase udělá napětí nízké. A úplně nejhůř, bude-li oním spotřebičem vsunutým v zásuvce měniče nabíječka tužkových baterií, ručního nářadí, mobilu, tabletu nebo notebooku. Ztratíte tak 60% energie a pouze 40% se vám jí podaří dostat do nabíjeného zařízení.

Ke každému svému spotřebiči, pokud to jde, si vždy pořiďte kabel pro jeho napájení z palubní sítě automobilu (viz. výše) a měnič používejte pouze ve zcela výjimečných případech, když není jiné řešení.

Přímo do zásuvky cigaretového zapalovače můžete bez obav připojit měnič pouze do výkonu 100W. Měniče s větším výkonem než 100W připojit k tomuto solárnímu systému můžete také, nikoli však prostřednictvím zásuvky cigaretového zapalovače, ale musíte je připojit přímo na svorky akumulátoru, třeba pomocí krokosvorek, protože „cigaretová“ zásuvka by takové zatížení nezvládla. Většina měničů obsahuje vestavěnou pojistku proti přetížení i ochranu před hlubokým vybitím akumulátoru, takže nemusíte mít žádnou obavu, že by se něco stalo. Pamatujte však, že výkonný měnič odebírá desítky ampér a velmi tím zatěžuje akumulátor a zkracuje mu životnost, proto u této malé soustavy nedoporučuji používat silnější měnič než 300W a to ještě jen po krátkou dobu (myšleno zatížení měniče, nikoli jeho vlastní připojení na prázdno). Přijatelný je např. provoz elektrické vrtačky, která je při práci v provozu vlastně jen krátce a následují přirozené pauzy umožňující zotavení akumulátoru. Klasickou kompresorovou ledničku tímto systémem rozhodně neutáhnete. Lednička tím, že je 24 hodin v provozu, je totiž neuvěřitelný žrout energie.

[Josef]

Dlouhodobý energetický deficit:
Energetický deficit vzniká, když během dne slunce nabije akumulátor méně, než kolik v tomtéž dni z akumulátoru energie odeberete. Stačí několik po sobě zamračených dní nebo delší období, kdy používáte silnější spotřebiče. Pak i přes to, že je akumulátor pravidelně dobíjený, objem energie v něm uložené, stále klesá a akumulátor se postupně dostává čím dál tím více do dlouhodobě vybitého stavu, což jej ničí. Pro zajištění dobré životnosti akumulátoru nestačí ani stav, kdy po odběru nabijete stejné množství energie zpět.
Aby v akumulátoru chemicky nastalo to, co je potřeba pro udržení jeho dlouhodobé životnosti, musíte nabít vždy o něco trošku více, než jste vyčerpali. Tak, aby akumulátor nakonec dosáhl ÚPLNÉHO nabití, alespoň chvíli v tomto stavu zůstal a díky tomu mohl proběhnout velmi důležitý proces desulfatace.

Oprávněně namítnete: „To všechno co se tu píše je sice pěkné, ale jak to my, obyčejní provozovatelé solární elektrárničky, bez měřidel, bez techniky a bez znalostí o elektřině a chemii poznáme?“

Snadno. Protože vám to zahlásí kontrolka na solárním regulátoru. Když je zcela naplno nabito a dosaženo potřebné napětí (14,4V), na většině typů solárních regulátorů začne kontrolka nabíjení místo původního stálého svitu pojednou přerušovaně blikat. To je situace, do které se potřebujete při běžném provozu alespoň párkrát za týden dostat, samozřejmě ideální by bylo, kdyby se vám to podařilo každý den, ale takové štěstí na počasí asi mít nebudete. Pak vám bude akumulátor dlouho a spolehlivě sloužit. Když by se to nepodařilo během celého měsíce, což je celkem reálné v zimním období (a současně jste si jisti, že zařízení nemá poruchu), začíná to být už skutečně vážný stav a musíte začít uvažovat o jedné z následujících alternativ:

1. Buď musíte úplně odpojit všechny spotřebiče, přestat odebírat energii (zvyknout si na dobu kamennou bez elektřiny) a počkat až se akumulátor naplno dobije „zbytkovým světlem“ i při zatažené obloze, což může trvat i několik týdnů.

2. Nebo akumulátor od solárního systému odpojíte a se postaráte se o jeho ÚPLNÉ dobití jiným způsobem. Za normálních podmínek samozřejmě klasickou nabíječkou ze sítě. Za „nenormálních podmínek“, kdy elektrorozvodná síť není dostupná nebo nefunguje, to provedete napojením na větrnou či vodní mikroelektrárničku, případně akumulátor nabijete elektrocentrálou, která má kromě vývodu 230V i nabíjecí vývod 12V.

3. Úplně nouzově to lze udělat i tak, že akumulátor solárního systému propojíte s akumulátorem v autě (např. startovacími kabely) a nastartujete motor. Upozorňuji, že bez nastartovaného motoru auta a tedy bez běžícího alternátoru, postrádá celá činnost smysl, protože palubní napětí je často třeba jen pouhých 11,7V - což váš akumulátor rozhodně nenabije, kapacity obou spojených akumulátorů se pouze mezi sebou trošku vyrovnají, nic víc. Až když běží motor, teprve potom běžící alternátor zvýší napětí v palubní síti automobilu na 14V a váš připojený akumulátor se značně nabíjet (společně s akumulátorem auta). Bohužel je to chemický proces a může trvat mnoho hodin. Napětí a nabíjecí výkon elektronicky řízeného alternátoru neovlivníte otáčkami, už při volnoběhu je jeho napětí dostatečné. Myslet si, že to urychlíte šlapáním na plyn je zbytečné. Spotřeba paliva automobilového motoru, i když běží na volnoběh, bude větší než u běžící elektrocentrály. Proto je lepší spojit tuhle operaci s něčím užitečným. Například takto nabíjet během dlouhé jízdy (celodenního přesunu). To, jestli jedete a nenabíjíte nebo jedete a nabíjíte, se na rozdílu spotřeby auta podepíše sotva jen o 0,25 až 0,5 ltr./100km.

Uložení solární mikroelektrárny „k ledu“:
Když nechcete elektrárnu (dočasně) užívat, máte několik možností:

1. Můžete ji nechat třeba na balkóně, v kůlně, pod přístřeškem (pozor na hlodavce) a panel zavěsit na vnější stěnu domu, dílny, kůlny, garáže, svisle jako obraz. Může to být klidně i stěna severní. I rozptýlené venkovní světlo stačí, aby panel dodával malé množství energie, která uhradí ztráty a udržel akumulátor dlouhodobě nabitý a elektrárnu připravenou k okamžitému použití. (Pozor. Silné vnitřní osvětlení nestačí. Uvnitř místnosti to fungovat nebude!)

2. Pokud to není možné (obáváte se například zcizení fotovoltaického panelu) a potřebujete zařízení uložit ve skříni, musíte si uvědomit, že solární regulátor stále odebírá z akumulátoru malé množství energie (led indikace, vlastní vnitřní spotřeba). Není to velké množství, ale za několik týdnů by se tím akumulátor zcela vybil. Dlouhodobé hluboké vybití olověný akumulátor spolehlivě zničí! Potřebujete-li uložit fotovoltaickou mikroelektrárnu na delší dobu „do skladu“ (na více než dva týdny), nejprve ji nechte ÚPLNĚ nabít. Pak odpojte nejprve solární panel (rozpojit konektor, případně stačí odpojit i jen jeden vodič, např. +pól) od regulátoru a teprve pak odpojte akumulátor (stačí vytáhnout 20A pojistku). Poznamenejte si, že je akumulátor odpojený. Nejlépe cedulkou pověšenou na kabel od fotovoltaického panelu. Budete-li chtít umístit panel na slunce a připojit jej k regulátoru, cedulky si snadno povšimnete a nezapomenete připojit nejprve akumulátor k regulátoru a teprve potom fotovoltaický panel. Poznamenejte si, kdy byl akumulátor naposledy naplno nabitý a nejméně jedenkrát za 3 až 4 měsíce jej nechte zcela dobít. Ideálně tak, že elektrárnu zprovozníte, vynesete solární panel na slunce a necháte to na přírodě. Můžete samozřejmě akumulátor nabít i nabíječkou, pokud jste v dosahu elektrorozvodné sítě (skladujete zařízení doma nebo v garáži). Máte-li akumulátor hermetický AGM nebo gelový (se skrytými zátkami a pojišťovacími ventily typu VRLA), musíte k nabíjení použít elektronicky řízenou nabíječku. Máte-li akumulátor duální, stačí vám nabíječka obyčejná (transformátor s usměrňovačem) a nabíjet do té doby, než začne akumulátor „vřít“ (plynovat). Samozřejmě, máte-li k dispozici nabíječku elektronickou, ušetří vám to práci, nemusíte nabíjení hlídat.

Nepoužívaný a dlouhodobě uložený akumulátor stárne. Sice o něco pomaleji, než když jej používáte, ale stárne. Tím, že nebudete zařízení používat a budete je mít uložené pouze pro „strýčka Příhodu“, zase tak moc neušetříte. Po 8 či 10 letech (od data výroby) bude akumulátor na konci své životnosti tak jako tak. Takže pokud máte pro výše popsanou sestavu nějaké praktické využití, používejte ji alespoň o víkendech už dnes, tj. ještě dříve, než přijde její „pravý čas.“

[Josef]

Pro pokročilé:
Pokud chcete mít provoz vaší solární mikroelektrárničky pod trošku lepším dohledem, je vhodné doplnit ji v prvním kroku alespoň voltmetrem.
Určitě namítnete: "Na regulátoru jsou leddiody, které ukazují stav i zbytkovou kapacitu akumulátoru, tak proč voltmetr? "
Já odpovím: Nevěřte bezhlavě všemu, co vám kde která barevná světýlka zablikají.

Někteří kutilové vlastní doma digitální multimetr. I tím se dá hodně zjistit. Ale já bych v tomto případě doporučil doplnit elektrárničku zcela prostým obyčejným, ale kvalitním panelovým* ručičkovým voltmetrem s dostatečně velkou stupnicí. Klidně starší konstrukce a staršího data výroby z produkce firmy Metra Blansko o rozsahu do 20 nebo 25 voltů. Velkým obloukem se vyhněte malým měřidlům 30x30 či 40x40mm s cenou menší než 100Kč, jejich přesnost je zcela nedostatečná a stupnice příliš hrubá. Ze stupnice musíte být schopni odečíst napětí s přesností cca 0,2V a to zvládnete pouze u voltmetru, který je větší než 80mm, ideálně 120mm.
*) Panelový voltmetr je měřidlo určené k zabudování do otvoru v čelní stěně přístroje.

Proč vám doporučuji voltmetr ručičkový, když musí být velký? Protože je spolehlivý. Ono totiž na digitálním voltmetru vám sice krásně naskakují čísla po desetinkách či dokonce setinách voltu, ale nikde nemáte jistotu, že to odpovídá skutečnosti. Běžný laciný digitální multimetr může už po několika měsících bez potíží proměřovat téměř o jeden volt, vy to nemáte jak zjistit a bláhově věříte zobrazeným číslům. Navíc potřebuje pro své napájení baterii. Lépe je proto držet se zásady, co je jednoduché, to je i spolehlivé.

Připojení voltmetru a pojistky k akumulátoru:
(Ostatní vodiče a součásti solárního systému jsou pro přehlednost na obrázku vynechány.)

pripojeni-voltmetru.gif (7.62 KiB) Zobrazeno 21223 krát

Voltmetr připojte samostatnými vodiči přímo na svorky akumulátoru! Protože to, co vás bude zajímat, je napětí na akumulátoru, nikoli napětí v blízkosti regulátoru, změněné o úbytek napětí na propojovacích vodičích, pojistce, nedokonalým kontaktem na svorkovnici regulátoru nebo nedej bože průchodem přes podpěťovou ochranu v regulátoru. Svorku voltmetru označenou „+“ připojte na plus+pól akumulátoru, druhou (obvykle neoznačenou svorku) připojte na mínus-pól akumulátoru. Pokud to spletete, bude měřidlo ukazovat doleva „za roh“ ale naštěstí ho nezničíte. Jeden z vodičů, bezprostředně u vývodu akumulátoru opět doporučuji osadit pojistkou, aby nemohl vzniknout požár při poškození vodičů. Plně dostačující je trubičková skleněná pojistka s hodnotou 100mA. Nepotřebujete na ni ani pojistkový držák (možnost nespolehlivého kontaktu), pojistku přímo za její ocínované konce přiletujte na vodiče, zvenku na ni navlečte bužírku a hotovo. Kdo chce, může jeden vodič vedoucí k voltmetru přerušit a vložit do něj tlačítko, aby mohl voltmetr zapnout pouze, když ho potřebuje.

Napětí a procesy při vybíjení dvanácti voltového akumulátoru:
• 12,6 až 12,8V akumulátor má plnou kapacitu
• 12,5V akumulátor má ještě tři čtvrtiny kapacity
• 12,3V pokud chcete, aby akumulátor měl dlouhou životnost, doporučuje se při tomto napětí ukončit odběry a nechat akumulátor opat zcela nabít.
• 12,2V v akumulátoru zbývá už jen polovina kapacity, časté vybíjení až k této hodnotě začíná citelně ukrajovat z životnosti akumulátoru
• 12,0V zbývající kapacita akumulátoru se už blíží pouze jedné čtvrtině. Takto hluboko můžete vybít akumulátor pouze občas, při zvlášť závažných událostech, rozhodně ne pravidelně při běžném provozu.
• 11,5V při tomto napětí většinou regulátor samočinně odpojí všechny spotřebiče a ochrání akumulátor před úplným vybitím. V tomto okamžiku potřebuje akumulátor akutně dobít, pokud ho tato událost nemá trvale negativně poznamenat.
• 10,5V akumulátor je zcela vybitý, do této situace se za běžného provozu nikdy nesmí dostat, protože se mu velmi výrazně snižuje životnost. V zimním období může v tomto stavu akumulátor i velmi snadno zamrznout. Pokud nebude akumulátor okamžitě znovu nabíjen, bude nevratně poškozen masivní sulfatací.
• Napětí nižší než 10,5V znamená, že některý z článků je poškozený (většinou nevratně).

Poznámka: Napětí při vybíjení akumulátoru neklesá lineárně s kapacitou. Uvedená napětí platí při teplotě od 20° do 25°C a zcela odpojených spotřebičích nebo při spotřebičích s hodně malým odběrem (např. 1 ledžárovka).

Napětí a procesy při nabíjení dvanácti voltového akumulátoru:
• méně než 12,8V - akumulátor má sice plnou kapacitu, ale nenabíjí se
• 12,8 až 13,3V - akumulátor se nabijí, energie se ukládá
• 13,3 až 14,4 – akumulátor je už zcela nabitý a v akumulátoru právě probíhá desulfatace nezbytně potřebná k zachování dobrých vlastností desek,
• 14,4V - desulfatace je už téměř ukončená, akumulátor ještě neplynuje (důležité nepřekročit u AGM akumulátorů). Při tomto napětí většina solárnách regulátorů ukončuje nabíjení.
• 14,6V a vyšší, desulfatace je zcela ukončena, akumulátor začíná plynovat nebo u bezúdržbových začne proces rekombinace plynů. Přiváděná energie do akumulátoru už není akumulována, ale elektřina se mění na teplo, případně způsobuje nežádoucí ztrátu elektrolytu.
• 16V maximální napětí, kterého při nabíjení akumulátor dosáhne, pokud použijeme neregulovanou nabíječkou nebo v situaci, pokud připojíme solární panel k akumulátoru přímo bez regulátoru. Veškerá přiváděná energie způsobuje rozklad vody v elektrolytu a vyvíjí se bouřlivě plyny. Elektrolytu ubývá, plyny zaplňují okolí akumulátoru (pozor na jiskry u svorek, plyny jsou silně výbušné!). Pokud máme klasický akumulátor se zátkami, kde můžeme hladinu elektrolytu zkontrolovat a včas dolít, nehrozí akumulátoru ani v této situaci nějaké větší poškození. U hermetických baterií nesmíme nikdy dovolit vystoupat napětí tak vysoko, zničily by se.
• Napětí vyšší než 17V znamená, že v některém článku zcela chybí elektrolyt nebo je některý článek jiným způsobem zničený. Akumulátor je obvykle na odpis…

Poznámka: Napětí platí při teplotě akumulátoru cca 25°C. Při nižších teplotách probíhají procesy opožděně a proto je potřeba nabíjení ukončit až při vyšším napětí, aby desulfatace řádně proběhla. Při teplotě +15°C by měl regulátor nabíjení vypnout až při napětí 14,7V (některé typy regulátorů k tomuto účelu mají vestavěné čidlo teploty)..

[Josef]

Voltmetr s potlačenou nulou:
Existují i voltmetry s tzv. „potlačenou nulou“, které nezačínají vlevo nulou, ale nějakým číslem (např. 10 voltů) a jejich ručička se začne vychylovat až po dosažení prahového napětí. Jejich stupnice zobrazuje jen nejčastěji užívaný rozsah a bývá díky tomu mnohem podrobnější. Voltmetr s potlačenou nulou lze výjimečně i koupit. Šikovní kutilové si ho dokáží i vyrobit z obyčejného voltmetru určeného na nižší napětí o rozsahu 0 až 5V, do kterého dovnitř vestaví zenerovu diodu na 10V. Potom měřidlo ocejchují na laboratorním zdroji podle přesného a ověřeného digitálního multimetru a podle výchylky ručičky při různých zkušebních napětích znovu nakreslí celou stupnici tak, aby odpovídala realitě. Případně na ni ještě doplní různé značky.

Ukázka stupnice voltmetru (s tzv. potlačenou nulou) s dokreslenými značkami i oblastmi jednotlivých chemických procesů probíhajících v olověném akumulátoru:

Značky si můžete samozřejmě dokreslit i na obyčejný, ale dostatečně přesný voltmetr s rozsahem 0 až 20V (bez „potlačené nuly“), jen s tím rozdílem, že jednotlivá pásma vám vyjdou nakreslená těsněji u sebe (uprostřed stupnice) a tím pádem o něco méně přehledně.

[Josef]

Měřidlo dobíjecího proudu:
Dalším měřidlem, kterým je možné mikroelektrárnu doplnit je ampérmetr „nabíjení“, abyste měli přehled, jaký proud dodává fotovoltaický panel, zda ho něco nestíní či zda je ideálně natočený na slunce. Ampérmetr se zapojte do systému mezi fotovoltaický panel a regulátor. Pro panel o výkonu 30W je vhodný ampérmetr s rozsahem 0 až 2 ampéry případně 0 až 3 ampéry, určený pro stejnosměrný proud. V tomto případě vystačíte i méně přesným levným měřidlem, protože vše co naměříte, je bohužel jen konstatování obecné skutečnosti „svítí - nesvítí“, protože ani útrpným pohledem na nedostatečně vychýlenou ručičku ampérmetru při zatažené obloze sluníčko k většímu výkonu neukecáte. Dozvíte se jen, že dnes musíte s energií šetřit nebo naopak počítat s dostatkem. To ale zkušený provozovatel pozná i podle počasí.

Je vhodné ampérmetr překlenout rozpínacím tlačítkem (nebo vypínačem) tak, aby za normálních okolností, když měřidlo nesledujete, protékal proud krátkou cestou přes tlačítko a nikoli přes měřidlo. Na konci nabíjení regulátor často pracuje v impulzech, což způsobuje prudké poskakování ručičky po stupnici, které rozhodně nedělá měřidlu dobře. (Snahy mnohých radioamatérů, zklidnit ručičku ampérmetru elektrolytickým kondenzátorem s velkou kapacitou se zatím míjely účinkem.) Rozpínací tlačítko stiskněte pouze, když chcete měřit. Když už pracuje regulátor v impulzech, což vidíte podle pomrkávající leddiody, tlačítko nemačkejte, měřidlo by zbytečně trpělo. Měřit proud v tu chvíli už stejně na nic nepotřebujete, protože impulzy znamenají, že akumulátor je už nabitý.

Vřazení ampérmetru a tlačítka do vedení mezi panel a regulátor:
(Ostatní vodiče a součásti solárního systému jsou pro přehlednost na obrázku vynechány.)

pripojeni-ampermetru-dobijeni.gif (9.62 KiB) Zobrazeno 21223 krát

Měřidlo odebíraného proudu:
Třetím užitečným měřidlem, kterým je možné mikroelektrárničku vybavit je ampérmetr „odběru“. Tento ampérmetr musí být schopný zvládnout proudy odebírané spotřebiči ze zásuvky cigaretového zapalovače, a proto by měl mít měřící rozsah nejméně 0 až 10A. Pokud chcete měřit i proud tekoucí do malých spotřebičů, který je často jen v desetinách ampéru, musíte použít měřidlo kvalitní, s velkou stupnicí a jemným dělením, aby byly i malé hodnoty proudu dobře čitelné.

Doplnění ampérmetru do stávajícího zapojení je snadné. Přerušte červený vodič, vedoucí od regulátoru ke středovému kontaktu v zásuvce cigaretového zapalovače a do místa přerušení vřaďte ampérmetr tak, že vodič od regulátoru bude přiveden na svorku ampérmetru označenou „+“. Od druhé svorky ampérmetru (obyčejně bez označení) bude vodič pokračovat na středový kontakt zásuvky cigaretového zapalovače. Měřidlo může být připojené trvale, protože samo o sobě, pokud jsou odpojené spotřebiče, žádnou energii nespotřebovává.

Vřazení „odběrového“ ampérmetru do vedení mezi regulátor a zásuvku:
(Ostatní vodiče a součásti solárního systému jsou pro přehlednost na obrázku vynechány.)

pripojeni-odberoveho-ampermetru.gif (4.18 KiB) Zobrazeno 21223 krát

[Josef]

Závěrem:
Tato solární mikroelektrárna byla popsána jako stavebnicový přenosný systém. Avšak pokud ji zvládnete postavit a zprovoznit, získáte praktické zkušenosti, které vám pomohou podobný systém realizovat i pro jiné účely. Když přidáte ještě jeden či dva další panely (paralelně) k původnímu, pak může systém v nouzové situaci (při blackoutu) dobře posloužit např. k elektrifikaci malé chatičky, samostatně stojící garáže, maringotky, včelína, obytného přívěsu, hausbótu či jachty. Kdo si chce jen tak se solární energií pro zábavu a poučení hrát (i když má v dosahu elektrorozvodnou síť), může „solár“ cvičně otestovat třeba i na balkóně v paneláku. I tam bude fungovat. A jaké využití bude mít? To už záleží na každém jednotlivci. Spotřebičů, které může napájet, se vždycky najde dost…

Dodržujte nejdůležitější zásady:
1. Přemýšlejte, uvažujte a plánujte svou činnost! Využívejte energii, když je hojně k dispozici. Zkroťte její spotřebu, když jí máte nedostatek a čerpáte pouze z akumulátoru. Uvažujte v souvislostech (nabíjení, ztráty…).
2. Udržujte panel čistý a nezastíněný.
3. Nechejte nabíjet akumulátor (do plného nabití) co nejdříve po předchozím odběru.
4. Máte-li akumulátor se zátkami, pečujte o správnou výšku hladiny elektrolytu. (Dolévejte jen a pouze destilovanou vodu určenou pro akumulátory, nikdy ne vodu dešťovou nebo studniční, byť by byla přefiltrovaná.)

Co ještě dodat? Poděkovat vám, že jste se tímto kostrbatým textem dokázali prokousat až sem. Popřát vám mnoho slunečných dní a také to, abyste mohli tuto elektrárnu využívat jen a jen pro zábavu a nikdy nenastala tak závažná situace, aby ji bylo potřeba použít skutečně „naostro“...