Dárek pro Sofi 🙂
Jak šel čas
Během ledna a února 2024 jsem dům na elektrárnu provozoval sem-tam, energie nebylo tolik, ladil jsem elektrárnu, dokončoval a upravoval zapojování, a monitoroval její chování. Taky jsem jí nechal skouknout odborníky. Takový řekněme ostrý provoz začal 29.2.2024, od kdy jede elektrárna až do teď v ostrovním režimu v podstatě bez přerušení. Začal jsem se ujišťovat v obecné pravdě, že pokud svítí, je energie nadbytek, a když nesvítí, je jí nedostatek. Nezáleží na velikosti elektrárny, jen s její velikostí roste i velikost těch rozdílů. A asi stejně jako většina solárníků jsem se snažil vymyslet, jak se s tímto faktem poprat, jak elektrárně nastavit co nejlepší chování – využití vyrobené energie.
DC rozvaděč
Po návštěvě elektrikářů/revizáků mi bylo doporučeno použít jiné přepěťové ochrany. Spolu s navýšením počtu odpínačů kvůli přibývajícím panelům, by už po naskládání nových komponent do DC rozvaděče v něm nezbylo volné místo ani na jeden modul, tak jsem se ho rozhodl ještě vyměnit – z původního 2×12 jsem přešel na 3×12 modulový.
Panely a regulátory
Během března 2024 jsem dokončil zábradlí na střeše a přidal tak poslední 2 panely (JETION 450W bifacial) do plánovaného rozsahu elektrárny. A tím bylo zase energie o něco víc. Připojoval jsem další spotřebiče a sledoval jak se vyvíjí výroba/spotřeba. Když bylo dostupné energie více, zapnul jsem přitápění VZT jednotky – i přes rekuperaci, má vzduch pouštěný do místnosti o pár stupínků nižší teplotu, než vzduch odváděný. 500W topné tělísko tak mělo za úkol tento rozdíl „ze sluníčka dotopit“ a tím omezit potřebu zapnutí „klasického topení“.
Zjistil jsem, že odpoledne už mám energie „tak nějak dost“ na běžnou spotřebu i na dotápění, ale dopoledne je oproti odpoledni hodně slabé. Rozhodl jsem se tedy systém rozdělit fyzicky na 2 větve – dopolední (JV, MPPT 1) a odpolední (JZ, MPPT 2), a pro každou větev mít zvláštní regulátor, abych mohl na monitoringu odděleně sledovat, jaký „bod/napětí“ volí pro jednotlivé větve regulátor jako optimální. Pro dopolední větev byly zatím vhodně orientované jen 2 panely ze zábradlí, a tak jsem do ní během července 2024 přidal ještě další 4 panely (JETION 450W bifacial). Jsem omezen neoptimálním umístěním pozemku/domu co se týče solárních ziků, a tak tyto panely musely být namontovány cca 50m od domu, nahoru na pozemek, a umístil jsem je svisle na plot.
Tímto zásahem jsem alespoň trochu vyrovnal nesouměrnost mezi dopolední a odpolední výrobou. No, a navýšil taky celkový výkon elektrárny. A zase začalo být energie více. Chtěl jsem připojovat další spotřebiče, ale už jsem narážel ve špičkách na strop 3kW měniče, tak mi nezbylo než pořídit měnič s výkonem 5kW. Stejná značka, stejný typ (Epever IPower) jen vyšší výkon.
Co mě hodně překvapilo byla hlučnost a frekvence spínání ventilátoru měniče – 3kW měnič spínal tak nějak podle zátěže, když jel a malý výkon (např. 200W), zafuněl si klidně 1x za hodinu. A jeho funění bylo tak nějak „normální“. Oproti tomu 5kW měnič funí co cca 7 minut a je o dost hlučnější.
Vytěžování
Energie je teď dost, když svítí, tak „nevím co s ní“. Logickým krokem je tedy najít vhodný způsob vytěžování, který bude automaticky reagovat na aktuální situaci elektrárny. RPi které má na starosti FVE dostalo novou HW nástavbu se 4 relé, aby mohlo spínat podle určitých algoritmů a výpočtů nějaké výkonové prvky. Já jsem zvolil topnou patronu v AN, resp. jednu spirálu ve 3f patroně, o výkonu 1350W. Přes SSRelé jí RPi spíná (zatím spojitě) podle výpočtu, který bere v úvahu dobu do západu slunce, aktuální výrobu FVE, aktuální spotřebu domácnosti a SOC akumulátoru.
Když už mluvím o vytěžování elektrárny, měl bych také zmínit, že je vhodné zařídit i vytěžování i energie ze sluníčka, obzvlášť když jí nemám tolik. Elektrárna se chová trochu jinak když sluníčko svítí, a když nesvítí. Pokud nejsou jen slunné dny, je zamračeno, je vhodné upravit nastavení regulátorů tak, aby byly i při horších světelných podmínkách schopny nabít baterii do plna, případně vytěžily „každý Watt“. Se stejným nastavením ale při prudkém navýšení výkonu po delší době horšího počasí může dojít k náhlému navýšení napětí na nějakém článku baterie přes jeho doporučení parametry, a toto je třeba hlídat. Mě se o toto stará služba „bystrozor“ běžící na RPi, a v případě překročení limitního napětí na nějakém z článků automaticky upraví nastavení všech regulátorů, a pak „chvíli počká“, aby měly články čas se vybalancovat/zklidnit.
Díky této službě si mohu dovolit nechat nabíjecí napětí o něco vyšší, bez ní bych musel volit nižší-konzervativnější hodnoty, abych články baterie neničil.
Monitoring
Kromě lokálního monitoringu, dostupného v domácí LAN, jsem začal pošilhávat i po možnosti mít přehled i mimo domov. Jelikož řešení už bylo tak nějak rozmyšlené, zaregistroval jsem si na domácím CML další odběr na MQTT brokeru a tímto začal posílat data z FVE na druhý, tentokráte již v internetu umístěný server, kde se data ukládají stejně jako na serveru domácím. A nad nimi je postavena stejná Grafana pro jejich zobrazení. Díky tomu mám přehled o detailech FVE i mimo domov, a i vy se můžete podívat, kolik zrovna teď a v posledních 3 hodinách naše FVE vyrábí energie. Berte na vědomí, že se jedná o ostrovní FVE, tedy vyrábí vždy maximálně tolik, kolik „dům spotřebovává“.
Pospojováno, vyrábíme … ale kolik?
Konečně nadešla ta chvíle, kdy mohu všechny komponenty pospojovat, nastavit a oživit celou elektrárnu. Na to jsem se těšil měsíce, a pořád jsem si to odkládal tím, že jsem chtěl mít už tohle pořádně, takto pořádně … hlavně, abych na tom nemusel nic zásadního měnit, i když budu dále elektrárnu rozšiřovat.
A je to tady – 6.12.2023 nadešla ta správná chvíle ale … 2.12.2023 nám trochu nasněžilo… 🙂
Jak se ukazuje, stejně jako všechno v životě, i svislé panely mají kromě nevýhod i své výhody – 30cm sněhu a stále vyrábíme… Ale abych zjistil co se děje, musím pořád běhat nahoru k elektrárně a koukat na displeje … a když nejsem doma, nebo nekoukám, tak večer už nic nevykoukám.
Monitoring
Pro sebe jsem si samozřejmě udělal maximálně možný detailní monitoring, abych mohl odhalovat chyby, problémy, nedokonalosti návrhu … Jako základní komponenty jsem zvolil hardware RaspberryPi, InfluxDB pro ukládání dat, a Grafanu pro zobrazování dat. Tok dat probíhá přes MQTT.
Na to, aby člověk jedním pohledem zjistil stav energie v domácnosti je to příliš mnoho informací … a to ještě na screenshotu nejdou vidět ani všechny metriky, natož všechny ukládané/monitorované údaje. Tak jsem vytvořil i zjednodušený grafík, ze kterého by snáze i v telefonu mělo být vidět, co domácnost napájí (ČEZ nebo naše elektrárna) a jestli jsme v plusu nebo v minusu. No, je to první verze, asi časem budu ještě upravovat.
Test nabíjení a vybíjení baterie
Nejdříve jsem chtěl za zhoršených energetických podmínek (malé proudy) otestovat jak se systém chová při dosažení plného nabití baterie, a tím nemyslím podle ukazatele SOC, ale podle skutečného stavu článků. Zhruba 2 dny baterie reportovala 100% SOC, ale až 3. den se dostala do stavu plného nabití. Během něj se projevil zásah regulátoru „shora“ i když asi zbytečně vysoko – při malých proudech a pomalém nabíjení to nevadí, pořád jsem se vešel do optimálního rozsahu napětí článků, ale upravil jsem nastavení na 55,2V namísto 55,5V aby to nedělalo problémy, až budou solární zisky větší.
Nastavení jsou už taky provedl „z monitoringu“ tak jsem si prošlápl cestu, jak nějakým agentem v případě akutní potřeby na základě dat z monitoringu mohu upravit parametry nabíjení.
Na grafu je vidět aktivování balanceru, a ku konci dne došlo k vybalancování článků na rozdíl 0,001V což je super hodnota!
Pak, když byl jasně nastaven a zaktualizován stav SOC jsem se rozhodl otestovat, jestli je v baterii skutečně 15,5kWh resp. s nevyužívanýma rezervama nějakých 15,3 kWh. Zkusil jsem tedy vybrat nejhorší období, aby spotřebu moc nedotovaly panely, ale aby jela primárně z baterie. Bohužel tip zas tak nevyšel, a přes předpověď nepříznivého počasí panely dodaly „dost“ energie, a tím že nemám zatím dokonfigurované chování elektrárny při vybití, a neměl jsem možnost být doma při „dojezdu“ baterie k nějakým 5-10%, musel jsem test ukončit na SOC 23%. Tady je statistika z toho 70 hodinového testu a pár grafíků z monitoringu.
| SOC baterie | energie v baterii | napětí baterie (článků) | stav elektroměru | |
| počátek | 100 % | 15,9 kWh | 55,0 (3,44) V | 320,85 kWh |
| konec | 23 % | 3,42 kWh | 51,3 (3,21) V | 334,15 kWh |
Během testu jsem spotřeboval 77% a 12,48 kWh z baterie a z této energie, plus ještě cca 2,5 kWh z panelů, jsem nakrmil spotřebu „domu“ 13,3 kWh. 1,7 kWh co tam „přebývá“, je režie systému za těch 70 hodin (cca 25W). Je jasné, že ta čísla mají nějaký rozptyl v nepřesnostech, ale nahrubo to celé sedí a odpovídá to i v křížových měřeních – měřím toho víc, a různými způsoby sčítám a porovnávám, abych eliminoval nepřesnosti a chyby.
Určitě mě čeká ještě jeden testovací cyklus – abych ověřil nastavení regulátoru „při nabití“ a podle hodnot zjištěných z testu vybíjení nastavím nějak ten spodní dojezd … a pak už baterii pustím níž. Ale i tak mám radost z výsledků tohoto testu, ukázalo se že baterie má opravdu takovou kapacitu, kterou slibovaly parametry zakoupených článků – i koncové hodnoty testu odpovídají deklarovaným parametrům článků při zbytkové kapacitě 20%.
Prostě baterie
Tak za tímhle jednoduchým slovíčkem je mnoho týdnů přemýšlení a rozhodování mezi různými variantami, kde ale většinou není špatná-dobrá – jedná se o varianty které mají každá své pro, ale i proti. Jediné, co bylo jasné od počátku přemýšlení o tom jak má vypadat bateriové úložiště pro 4. generaci fotovoltaické elektrárny bylo, že se bude jednat o chemický akumulátor elektrické energie s napětím 48V. No a jaké byly další varianty? Spočítal jsem zkusmo i různé formy gravitačního úložiště (mechanické – závaží, vodní – přečerpávací vodní elektrárnu), ale žádné tyto „ekologické a udržitelné“ akumulátory prostě rozumně finančně nevychází pro „malé ale rozumně použitelné“ množství uložené energie.
Olovo, lithium, louh, cadmium, … ?
Tady to nebylo tak složité rozhodování – cadmium, louh … zajímavé, funkční, asi i levnější … ale já to vzdávám vzhledem k mým omezených znalostem v oblasti chemie a neochotě si tyto znalosti prohlubovat a „míchat si elektrolyt v kyblíku“ :-). Pak už se dá se téma zjednodušit na otázku jestli budu chtít využívat solární energii přes den a baterii udržovat vesměs trvale nabitou (u mě používáno až do FVE generace 3) a nebo i v noci využívat solární energii, tedy baterii cyklovat (což mám v plánu pro FVE generaci 4). Za mě tedy volba padla na lithium. A jaké zvolit? Tady je odpověď z mého pohledu také jednoduchá … Li-Ion články mají sice možnost vyšších proudů, ale mají takovou jednu nepříjemnou vlastnost … vybuchují a hoří. A to tak, že velmi dobře, velmi rychle, a když chytnou, moc s tím už není možné dělat. Oproti tomu „menší“ proudy se kterými umí pracovat LiFePO4 články pro fotovoltaiku stačí (když se zvolí správná konfigurace) a tyto články nehoří, ani když je vystavíte plamenům. Takže za mě opět jednoznačná volba LiFePO4. A nakonec bylo potřeba vybrat značku. Že půjdu do „čínských“ bylo jasné, a po zvažování několika možností jsem koupil články značky CALB s kapacitou kolem 300Ah.
Kapacita?
Ani toto téma nebylo příliš složité na rozhodnutí – dá se totiž vyjít z naměřených hodnot a jednoduchou matematikou spočítat, jakou kapacitu bychom od úložiště chtěli. Základem je vědět, co chcete napájet z fotovoltaické elektrárny. Nechce se vám nad tím přemýšlet a tedy řeknete automaticky „celý dům“? Pak je i měření jednoduché – musíte se na domovní elektroměr podívat párkrát přesně po 24, tedy třeba 2 týdny sledovat vždy v 20:00 jaký je stav elektroměru (každého z tarifů, pokud jich máte více) a z naměřeného odečtením získáte informaci, kolik kWh z jakého tarifu váš dům spotřebuje. Pokud se nad tím chcete zamyslet více, a vyberete si doma několik spotřebičů/okruhů které byste rádi provozovali na fotovoltaiku, pak bude vhodné si zakoupit měřič spotřeby (např. se mi osvědčily Solight, které měří už od 2W, stojí cca 300,-), a přes tento měřič spotřebiče nechat třeba týden (7x 24h) běžet a pak odečíst, kolik spotřebiče za tu dobu spotřebovaly elektrické energie (kWh), vydělit sedmi a znáte spotřebu daného spotřebiče za 24h. Posčítáním tohoto údaje pro všechny vámi vybrané spotřebiče získáte kolik kWh spotřebují všechny dohromady za 24h. A to je základní údaj k výpočtu, jakou kapacitu baterie chcete/potřebujete. Pokud vám vyjde např. 5kWh za 24h (a zde je už jedno jestli je to za celý dům nebo jen vybrané spotřebiče), potřebujete na každý den „bez slunce“ pro tyto spotřebiče zmíněných 5kWh. Tedy pokud budeme uvažovat že slunce nebude svítit 3 dny, potřebujeme pro 3 dny 15kWh. Ano, jsou tam ještě další aspekty, ztráty, … atd. které je vhodné vzít v potaz, a není jich málo, ale pro základní rámcovou představu o vašich potřebách toto stačí. Zbytek je totiž už potřeba posoudit v širším kontextu – jaké panely máte, kolik, jak orientované, jaké regulátory, jaké měniče – prostě co máte v plánu použít. Toto ale tady nebudu rozepisovat, jde o široké téma k diskuzi, pro kterou ale potřebujete znát alespoň ty vaše spotřeby.
Koupit komerčně prodávaný battery box nebo si ho vytvořit sám?
Tak tato část byla asi nejvíce zdlouhavá a složitá na rozhodnutí. Vstupuje tady spousta faktorů a hodně z nich nemá jasný měřitelný charakter. Nebudu tady vypisovat vše, bylo by to na samostatný článek, uvedu jen pár příkladů
- finanční – při vlastní stavbě se vejdu do poloviční ceny za stejnou kapacitu a životnost
- technické parametry elektroniky – liší se u výrobců komerčních řešení a bohužel nelze obecně říct, že tu platí za více peněz více muziky. Např. parametry balanceru nelze hodnotit u leckterých komerčních baterií jako dostatečné. U vlastní konstrukce si můžete vybrat BMS i balancer s takovými parametry, jako vám budou vyhovovat pro váš provoz
- mechanické provedení – na zeď nebo na zem – obecně je víc poptávka po rackových bateriích, tedy i jejich nabídka je větší. Mě zrovna hloubka zástavby necelých 50cm nevyhovuje, leckdo to řeší provozem „nastojato“, v doporučeních výrobců článků je leckdy zmínka o rozdílu dosažitelných parametrů podle jejich orientace (toto jsem do detailu jsem nezkoumal). Nabídka nástěnných modelů je o poznání menší, leckdy to vypadá, že ty modely jsou spíš už ve výběhu. Ono asi moc lidí si netroufne na zeď navěsit 150kg…
- záruka – hlavním tahákem pro zvolení komerční verze byla dlouhá záruka. Asi nejběžněji používané baterie Pylontech se chlubí 7 letou zárukou, při registraci ještě o 3 roky více. Ale četli jste záruční podmínky? Víte že i použití značkových regulátorů/střídačů se tyto můžou občas „zaseknout“ a dojde tak k většímu zatížení baterií než je uvedeno v nastavení … a ty baterie (jejich BMS) jsou chytré, ony si ty „přešlapy“ pamatují, a záruční podmínky jsou na to připraveny
- black-box – vše v jedné krabici může být výhodou, ale pokud odejde jedna součástka, třeba vaší chybou, jste odkázáni na značkový servis a jeho náhradní díly. Sami si s baterií nemůžete udělat nic. Jinak konec záruky. Složení z více menších komponent vám umožní si komponentu vyměnit, za stejnou, nebo za jinou, pokud nevyhovují parametry původní.
Po zvážení hromady variant, padlo konečně finální rozhodnutí – vyrobím si sám LiFePo4 baterii.
Výroba battery boxu
Články v baterii nemohou jen tak stát na zemi vedle sebe – pro dosažení co nejlepších a výrobcem deklarovaných parametrů musí být náležitě „staženy“, a síla kterou se mají „k sobě tulit“ není úplně malá. Určitě existuje x možností jak to udělat, já jsem zvolil výrobu boxu z překližky a stažení závitovými tyčemi. Po dokončení základu a jeho prvním vyzkoušení/naplnění jsem se rozhodl ještě pro jistotu zesílit bočnice. Ono by to asi stačilo i tak, jak jsem to měl prve, ale tím že chci přidělat nějaké komponenty právě na bočnice, tak se mi nechce to pak případně upravovat a raději to předimenzuju teď.
Jedna z voleb byla i umístění „battery managementu“ – někde vedle, nebo na box. Volba padla na variantu mít baterii jako jeden funkční celek, tedy na vlastní box se musí navěsit ještě pár drobností, které se o baterii budou starat. Jedná se o BMS, balancer, a kladný a záporný terminál. Kladný bude reprezentován nožovou pojistkou, a záporný jsem se rozhodl si vyrobit, neboť jsem nenašel žádný finální výrobek, který by mi vyhovoval. Na obrobení mosazného bloku jsem poprvé jsem použil 4-paknouvou nesoustřednou univerzálku k soustruhu, kterou jsem si před pár měsíci koupil v akci v Číně, ale musel jsem si k ní udělat redukční kroužek (125mm, 0,5kg), abych jí nasadil na můj soustruh.
Pak zbývalo ještě vyrobit nějaký držák na BMS (a balancer), protože montážní závity M3 pro BMS jsou umístěny „zespodu“. Pak už následovalo testovací a následně finální sestavování z vyrobených nebo koupených komponent.
No a v neposlední řadě je třeba to všechno propojit, a při tom je potřeba vzhledem k počtu kabelů a uložené elektrické energii být nanejvýš pečlivý a opatrný! Úmyslně zde nebudu rozepisovat detaily zapojování a postupy, protože toto je práce pro kvalifikované lidi – toto není návod podle kterého by měli postupovat amatérští kutilové bez dostatečných znalostí elektroniky a mechaniky (a trochu i chemie)! Zde opravdu hrozí škody na zdraví i majetku, pokud se něco pokazí – ne nadarmo se komerční baterie prodávají zabalené v plechové skříni bez možnosti zásahu ze strany uživatelů, a ani pro tyto baterie není povoleno zapojení běžnými uživateli.
Pokud by vás zajímaly informace v jiné než psané podobě, tak jeden príma chlapík, mladý kutil a vynálezce, v neposlední řadě taky jůtůber, natočil o té baterie taky video:
No a můžu jít na instalaci ostatních komponent…
Tak tohle už nebude jenom nějaké solárko, tohle už bude fakt elektrárna
Od začátku projektování domu jsem měl v plánu využít sluneční energii – teplovodní solární ohřev TUV a nějaký solární panel na to aby se staral o udržování baterii, která bude mít za úkol „zálohovat“ základní funkce domu po dobu výpadku elektřiny. Zcela upřímně přiznávám, že jsem neměl nikdy v plánu dělat nějakou velkou fotovoltaickou elektrárnu, a tedy jsem ani neměl vymyšleno, kam by šlo dát větší množství solárních panelů na tom našem ne úplně pro fotovoltaiku ideálně tvarovaném domu.
Jak šel čas
generace 0
Solární elektrárna na karavanu/buňce po dobu stavby, kdy jsme neměli na pozemku elektřinu. Monokrystalické solární panely 30Wp (2x 15Wp) připojené na 650W UPS. PWM regulátor o maximálním proudu 10A. Později přepojeno ke staré autobaterii 90A z Audi A8 a dokoupen měnič na 230V o výkonu 1000W ne-čistý-sinus.
generace 1
První pořádná solární elektrárny byla vybavena třemi monokrystalickými panely 130Wp (100Wp + 2x 15Wp) … tento set panelů jsem při přechodu na generaci dal do lesního klubu. PWM regulátor o maximálním proudu 10A zdědila z generace 0. Jako akumulátor jsem použil olověný 12V polotrakční akumulátor 130Ah. Účel byl záloha domu při výpadku elektřiny, 1000W měnič zděděný z generace 0 se staral zejména o zálohování světel a čerpadel topení.
generace 2
Přechod na monokrystalické flexibilní panely o celkovém výkonu 300Wp (3x 100Wp), jako první test, s tím že bych kdyžtak dokoupil ještě další 3 a všechny nalepil vodorovně na atiku, aby nebyly vidět. O řízení nabíjení se staral MPPT regulátor EPEVER XTRA 2210N, baterie poděděná z 1. generace – olověná 12V/130Ah. Účel je stále „jen“ záloha domu + napájení nízkonapěťových zařízení (zvonek, ovládání a domácí signalizace, …). Ta záloha byla měla být „už pořádná“. Pořízen měnič 2000W čistý sinus, a zálohováno v domě je už skoro vše základní – světla, vodárna, čerpadla topení a soláru, ČOV, lednice, mrazák, el.předokenní žaluzie, … Doplněno nízkonapěťové „silné“ vedení dolu do dílny, tedy k místu, kde parkují auta – jednak pro napíjení vysílačky, a také kdyby byl výpadek dlouhý (3 dny a více), lze připojit k autobaterii a nastartováním auta dobít celý systém a prodloužit tak dobu kdy bude dům fungovat.
Začínám se cítit trochu „prepersky“, přemýšlím jak hodně je to normální takhle uvažovat, chystat se dopředu na potenciální black-out, a mít jediný svítící dům v potemnělé vesnici. Rozhoduji se, že tato varianta elektrárny je finální, dále už nepůjdu. Nebudu tedy dále rozšiřovat panely, ani výkon elektrárny, nalepím pouze 3 panely na atiku, jak jsem měl v plánu.
generace 3
Po všech těch veletočích ve světě, kdy se najednou změnilo co mohlo, jsem se už přestal cítit divným, že chci být v domě víceméně soběstačný. Bohužel dům není umístěný úplně ideálně pro velký sběr solární energie a ani jeho tvar není pro umístění panelů nějak moc vhodný, pokud tedy neuvažuji tak, že zaskládám zelenou střechu fotovoltaickýma panelama… Volba padla na postavení 3 polykrystalických panelů 1×1,6m 290Wp na šikmou střechu „nad extenzivní zeleň“, tedy získám celkem 870Wp – s tím už se dá napájet přes den v klidu základní infrastruktura domu, a nebude to až tak hyzdit.
Vymyslel jsem si systém, jak bez výpadku přepínat spotřebiče aby přes den běžely „na sluníčko“ a v noci normálně na ČEZ. Tím jsem si hohl dovolit používat jen levnou olověnou polotrakční baterii, protože jí navržený systém udržoval vlastně stále nabitou. Po vyzkoušení tohoto návrhu jsem se tedy rozhodl udělat v tomto duchu už pořádné řešení, dotáhnout elektroinstalaci do stavu jak by to mělo být, včetně doplnění prozatím sem-tam chybějícího nějakého bezpečnostního prvku, které jsem tak nějak doposud ve jménu „prototypování“ občas vynechal. :-). A tak jsem udělal konečně „finální“ zapojení té mé vymyšlení elektrárny, která bude využívat denního světla.
Jak jsem to zapojil, a začal monitorovat výkon, zjišťoval jsem, jak velké přebytky i takto „malá“ elektrárnička generuje. A pořád jsem přemýšlel, jak to využít… vše ale končilo tím, že na noční využití potřebuju větší, a hlavně už plně trakční baterii, kterou budu moct cyklovat, a také více solárních panelů, které ale nemám kam dát. A tak jsem využíval přes den alespoň část toho, co elektrárna vyrobila (každý den cca 2kWh), a při tom stále přemýšlel, jak naskládat na dům více solárních panelů, abych mohl zrealizovat větší elektrárnu a moct využít vše, co vyrobím… až jednou mě cosi osvítilo …
Nastává nový čas … sólo pro generaci 4
… udělám solární zábradlí na střeše. Už dlouho jsem tam nějaké zábradlí chtěl udělat, ale pořád jsem neměl nápad, jak by mělo vypadat. Dát tam lano na sloupkách (nápad architekta) mi přišlo sice možná designově super, ale prakticky jako zábradlí úplně na prd, a tak se mi do toho prostě nechtělo, a raději jsme byli bez zábradlí úplně. A teď mám možnost udělat zábradlí co bude fungovat jako zábradlí i vůči dětem, zvěři, a navíc bude vyrábět elektrickou energii. Ano, asi nebude tak úžasné architektonicky, ale snad tou jednoduchou konstrukcí nebude ten barák zase tak moc hyzdit… Takže teď si to nechat jen schválit „vrchním velením“ – jestli nebude proti. Po odsouhlasení doma jsem to ještě řekl architektovi, a zjistil co si o tom myslí. Řekl, že by to mělo být dost odskočené od atiky (což jsem měl stejně v plánu, aby se dalo chodit a udržovat střechu i za zábradlím), a že by to zábradlí mělo mít pokud možno kompaktní tvar, bez mezer, mělo by působit celistvým dojmem. To byl dobrý tip, protože mě osobně to bylo skoro jedno, tak jsem „poslechl“.
A v neposlední řadě bylo tedy potřeba vybrat panely a spočítat, jaký výkon by ta elektrárna vlastně mohla mít, vzhledem k neoptimální orientaci a sklonu panelů. Od začátku tohoto nápadu jsem měl v hlavě oboustranné panely, které budou nasměrovány rubem/lícem po dvojicích tak, aby byl pokud možno rovnoměrně rozložen výkon do celého dne. Po výběru panelů, jejich rozmístění a spočítání výkonů jsem se konečně dostal až k odhadu celkové možné bilance elektrárny, a ta se mi líbila. No a v neposlední řadě se mi stále moc líbilo, že konečně bude na střeše zábradlí…
Příprava zábradlí
Nebudu zastírat, že od prvotního nápadu udělat solární zábradlí to stálo ještě dost přemýšlení, jak ho na té naší zelené intenzivní střeše technicky udělat. Vymyslet všechny detaily umístění, ukotvení, propojení panelů, … bylo toho opravdu hodně!
Ve spodní části budou 5mm tlusté ocelové plechy 30x70cm, žárově pozinkovány, a v nich budou ukotveny nerezové šrouby M10x70 s roztečí 100x100mm na které se přišroubuje hliníkový sloupek. Plechy je docela jednoduché připravit – výkres pro CNC plasmovou řezačku, zasenkovat otvory zespod pro zápustné hlavy šroubů, a pozinkovat. Hliníkové sloupky budou komplikovanější. Nejdříve si musím připravit polotovary a ty pak k sobě svařit.
Základové plotny jsou vypáleny a pozinkovány, opatřeny šrouby, hliníkové sloupky svařeny, a už to můžu konečně jít po x týdnech zkusit namontovat na střechu, jestli to vůbec půjde tak jak jsem si to celé vymyslel! Z fotek to úplně není patrné – základové plotny jsou umístěny cca 15-20cm pod hlínou/kačírkem a sedí na geotextílii na drenážní a akumulační vrstvou zelené střechy – viz Střecha – technologie, tam je vidět bílá textilie na těch černých plastových deskách – tak přesně na ní leží.
Celkové usazení sloupků není až tak jednoduché, jak by se mohlo zdát … tím, že panely budou na těsno, mají jasný pravoúhlý tvar a rozměry s tolerancí +-1mm, tak ani sloupky zábradlí nemohou po střeše pobíhat moc neuspořádaně. Naštěstí jsem už při návrhu s tímto počítal, stejně tak jako s nepřesností orientačního měření, a tak mám možnost nepřesnosti usazení plotny kompenzovat. To se mi náramně hodí a tak mi nedělá větší problémy panely do konstrukce zábradlí usadit první 4 panely s přesností skoro na milimetry.
No a v mezičase bylo potřeba také vyměnit „panely pro generaci 3“ na šikmé střeše za 2 nové, aby šlo všechny panely správně propojit do „stringů“. Konstrukci jsem použil tu původní, jen jsem musel převrtat body k uchycení panelů.
No, není to žádná designová hitpparáda, ale snad to zase tak moc nebije do očí… Po nějaké době jsem se dostal k doplnění dalších dvou panelů do zábradlí. Protože už zábradlí má docela slušnou plochu a nohy nebyly úplně zasypané, je na fotkách vidět i dočasný stabilizační prvek – opřený hliníkový žebřík 🙂
No a takhle to asi zůstane přes zimu… tím asi skončí pro letošní rok práce na zábradlí, ještě uvidím jaké bude počasí. Také potřebuju ještě pokácet dva stromy ve svahu a nechtěl bych, aby mi spadly do panelů :-).
Kabeláž
Než to ale zazimuju úplně, musím panely pospojovat a natahat kabely do DC rozvaděče. Část spojů, konektorů a kabelů bude schována v madlu zábradlí, a druhá část bude schovaná v kačírku. Pro ten účel jsem si vymodeloval a na 3D tiskárně vytiskl ochranné pouzdro na konektory, aby je kačírek nepoškodil, až se tam bude šlapat (byť jen vyjímečně při servisních úkonech). Pouzdro se sestává ze dvou identických půlek, spojených čtyřmi cca 8mm ústřižky struny filamentu. tady najdete 3D model poloviny ke stažení, které k sobě budou staženy dvěma zdrhovacími páskami.
No, tímto je hotova většina venkovních prací, které jsem měl v plánu stihnout do zimy. Stromy jsem už pokácel, a tedy pokud vyjde ještě nějaký den rozumné počasí, usadím ještě ty dva sloupky a do nich vložím i poslední 2 panely zábradlí (kabeláž už jsem si připravil). Dál teď budu dělat na vnitřní části elektrárny. AC část mám už připravenou, takže mi zbývá DC část (baterie, sběrnice, propojení s MPPT regulátory), a pak propojení obou částí – tedy měnič(e). A nakonec třešnička na dortu – monitoring toho všeho. Ale to až v příštím článku. 🙂
Zatáčí, jezdí, poslouchá
Z minula mám připravenou spodní konstrukci a půl kloubu…
Teď jsem dokončil jsem vlastní kloub mezi „vagónky“. Takhle samostatně vypadá funkční, nenašel jsem tam zatím nějakou chybu v návrhu.
Pospojoval jsem vagónky a konečně si mohl vyzkoušet jak se to celé chová v reálu … ne jen 3D modelová simulace.
No a teď už přišlo na řadu řízení. Kdysi jsem to nějak vymyslel, spočítal, vymodeloval ve 3D a teď se to potká s realitou. Netroufnu si to rovnou udělat z nerezu a přivařit, tak jsem zvolil takovou cestu okolo, že to zkusím napojit nějak ze železa „jen jako“ abych si ověřil, že ten píst to zvládne a rozsahama to bude vyhovovat – bylo to totiž spočítáno na milimetry, aby se to tam všechno vešlo při plných úhlech zatáčení a náklonů. No, a vypadá to, že to vychází … divné :-).
RC komponenty jsem vyhrabal doma, nějaké staré, použité z nějakého z vrtulníků, dokonce se mi povedlo ulomit anténu na přijímači, ale snad to bude fungovat alespoň na 10m i bez ní :-). Je to jen takové základní vybavení, bez možnosti tam cokoliv nastavit vyjma centrování a reverzace, ale na prvotní test, jestli to vůbec jezdí a zvládá terény, to musí stačit.
Tak a teď teda připojit a nastavit elektroniku řízení, to bude taky zajímavé. Než ale bude co zapojovat, musím tam udělat konstrukci na zpětnovazební potenciometr. Budu mít totiž rozdělené „servo“ na dva díly – motor a snímač polohy. Tyhle dvě části jsou normálně přímo v servu a na jedné ose, ale já je rozděluju na píst a potenciometr na kloubu. Bez té zpětné vazby ta elektronika totiž neví v jaké poloze se zatáčení nachází a neví, na jakou stranu má polohu dorovnat v případě nějakého protitlaku. Bohužel podle výpočtu je potřeba potenciometr 10K-100K a v těchto hodnotách mám doma jen dva prastaré kousky, a nevím úplně, v jaké jsou kondici … ale touha to vyzkoušet je silnější.
Zatáčení už je funkční, ale ten poťák trochu blbne … je tam nějaký blbý kontakt a občas vynechává. No snad to alespoň chvilku na první testovací jízdu vydrží. Objednal jsem sice nové, ale ty dorazí až později. No a teď tedy stejný proces akorát na pohony – připojit a vyladit elektroniku, zejména směr dopředu-klid-dozadu, a hranice přechodu, brzdy zatím zapojovat nebudu, podle orientačních výpočtů by to měly úplně v pohodě ubrzdit motory s převodama, i když nebudou dostávat pokyn „zpět“. Ty dřevěné konstrukce jsou samo jen narychlo dočasné, abych měl k čemu přichytit elektro…
A je to tady – už se to hýbe, a dokonce podle pokynů, co dostává přes vysílačku. Taková radost! Vypadá to, že to jezdí, zvládá to naše terény na zahradě, vyjel jsem s tím až nahoru nad včely i sjel, a opravdu nejsou potřeba brzdy, i z dost prudkého kopečka to kráčí pomalinku a nerozjede to rychle ani když jsou motory „v klidu“ tzn. nemusím to brzdit zpátečkou. Celé to teď váží cca 35kg, nosnost je plánovaná na 100-150kg.
A tady jsou dvě krátká videa pro představu, jak se to pohybuje:
http://upload.martyho.net/AZP_zkouska1.mp4
http://upload.martyho.net/AZP_zkouska2.mp4
Tedy úkol splněn – vyzkoušel jsem to na různých nerovnostech, na 12cm obrubníkách, různé otáčení, křížení, … pořád to zabírá, všechna kola jsou na zemi (což je důležité kvůli diferenciálům), takže mohu první jízdní test prohlásit za úspěšně splněný… Juchů… 😊. Teď to můžu zase rozebrat, a připravit železné podlahy, abych mohl akumulátory zasadit více dolů a snížit tak těžiště. A taky přidělat pořádně nápravy a dovařit ty vrchní železné „klece“ co jsou vidět na modelu v úvodním článku o AZP.
Elektřina do Jurty
Doplňuju další starší projektík, který jsem realizoval v lednu 2022 pro pár nadšených děvčat, která provozují lesní klub Bajánek a používají jako zázemí jurtu. Jejich přáním bylo zejména v zimě možnost svítit, a zapnout přes den malé spotřebiče na 220V jako je tavná pistole, nabíjet sekačku na trávu, … Vznikla tam tedy taková ostrovní mikro fotovoltaická elektrárnička s výkonem panelů 135Wp a měničem na 220V o maximálním výkonu 400W. Kromě bezpečnosti bylo nejdůležitější, aby to technické zařízení do jurty „zapadlo“ a moc tam nerušilo. Jelikož je jurta uvnitř laděna do oranžové, kabely a stahovací pásky jsem pořídil přímo oranžové aby splynuly, a ostatní doplňky jsem natřel na žluto (nechtělo se mi kupovat celou plechovku oranžové, tak jsem využil zbytek barvy z bagříku, který jsem dělal na místní dětské hřiště). Návod k obsluze podle instrukcí nakreslila přímo na plechovou rozvodnici Jiřinka, tak aby se tématicky hodil do prostředí :-).
Subwoofer do auta
Jeden kamarád mi nabídl zesilovač do auta na 12V, že už ho nepotřebuje a neví co s ním. Napadlo, že bych mohl vylepšit basování reproduktorů v Jeepovi tím, že bych si tam dodělal subwoofer. Už léta skladuju dva TESLA basové reproduktory, taky nevím co s nima, ale vyhazovat je nechci. Ale už teď značnou část kufru zabírá rezerva, tak další krabice asi nepřipadá v úvahu. Jelikož kolo Jeepa není zrovna malé, napadlo mě vestavět subwoofer dovnitř disku kola. A celý subwoofer bude sloužit jako taková „velká matice“ na přišroubování rezervního kole na bok kufru. Vyzkoušet to můžu … bude to v podstatě „jen za práci“ tak si alespoň vyzkouším lepení oblých tvarů ze dřeva. To byl duben 20Nejdřív oměřit, udělat nákres a kostru.
Po té tělo obalit 3mm překližkou, kterou mi dal zase jiný kamarád, jako prokladovou, „nepohledovou“. Vybral jsem nejhezčí stranu nejhezčího dílu jako „poslední“ vrstvu, a začal lepit jednotlivé vrstvy. Asi nejsložitější bylo vyměřit a říznout správnou délku té překližky, aby „nebyl vidět spoj“ a současně se to neboulilo při stahování… to byla fakt zdlouhavá práce…
Když to viděla Jiřinka, říkala že to je škoda schovat do auta, že by se to mělo dát někam na viditelné místo. Konkrétní uplatnění ale nenašla, tak mi dřevěný válec zůstal nadále pro potřeby mého subwooferu.
Jelikož cívky na výhybky stojí hrozně moc peněz, na inzerát jsem koupil výhybku z nějakého TESLA reproduktoru, která má cívky pořádné, ale byla jen jedna a tak byla levná.
Pokračování výroby zahradního pomocníka
Tak jsem se po roce a půl zase dostal k mému projektíku zahradního pomocníka. Naposledy jsem dělal kombajnovou nástavbu, a od té doby jsem kreslil nějaké výkresy a vymýšlel, jak udělat asi nejsložitější díl – kloub na spojení obou vozíků. Po několik a úpravách rozměrů, výkresů, shánění materiálu… a hromadě času … nastal ten správný okamžik tento víkend.
Jako první bylo podle čtvercových nerezových desek s vyvrtanými otvory svrtat a svařit kovové spodní rámy vozíků, ideálně do pravých úhlů. Jednotlivé díly vozíků mám připraveny v krabici už více než rok … už si ani nepamatuju, kdy jsem je dělal, a tak nějak doufám, že jsem je tehdy dělal podle výkresů, které mi tu v dílně visí na stěně. V delších (podélných) dílech jsou připravena osazení na „silentbloky“ náprav. Ty se od prototypu nezměnily, jsou pořád stejné, už vyzkoušené, neplánuju na nich cokoliv měnit.
spodní rámy vozíků
Neustále mě překvapuje, jak hodně se to železo i nerez dokáže při svařování různě kroutit, a to i když je to docela pevně k něčemu upnuté. Holt mi chybí nějaké metalurgické vzdělání … asi by bylo dobré si něco kolem toho nastudovat. Příště bych asi volil jiný postup – speciálně pro ty výřezy na „silenbloky“ náprav.
Následovala výroba hybné části kloubu – otočné v horizontální ose. I tady se svařováním leccos pohnulo, změníly dimenze, takže díky tomu jsem musel ty „těsné“ díly „zastudena“ připravené a funkční po svaření znova přesoustružit. Příště bych asi volil jiné pořadí obrábění … člověk se pořád učí.
kloub
Jelikož na fixní část kloubu nemám ještě vrchní a spodní desku, složil jsem celé vozidlo dohromady jen „na oko“, na skutečné propojení si budu já i vy muset ještě počkat… snad ne zase rok 🙂
2. prototyp větrné turbín(k)y
Po delší době jsem dotvořil druhý prototyp větrné turbínky, které je ve všech ohledech dále než prototyp první. Velikostí, konstrukcí, generátorem, elektronikou, … navíc je už dlouhodobě použitelná v exteriéru, na rozdíl od prvního provedení, které bylo vysloveně zkušební. Dalo by se říct, že jediné, co ty dva prototypy spojuje je tvar turbínky a materiál PETG, který se osvědčil při testu odolnosti a trvanlivosti první turbínky.
Turbínka
Ač je turbínka spočítaná na konkrétní (nízké) rychlosti větru, opět jsem neprováděl žádné počítačové simulace a výpočty trochu zjednodušil použitím některých v profi simulacích ověřených konstant pro podobné tvary/typy/velikosti turbínky.
Generátor
Jestli se dá nějaká část této turbínky označit jako její „srdce“, tak je to právě generátor – stator a rotor. Obě části jsou dělané na míru a právě pro tuto mojí turbínku. Výpočty byly provedeny „tak nějak s nadhledem“, leckdy jsem místo nějakých částí použil „kvalifikovaný odhad“. 🙂
rotor 
stator 
zalitý stator 
měřící a testovací pracoviště
Elektronika
Elektronika není ani extra jednoduchá, ani extra složitá … vlastně je to 3-fázový usměrňovač a MPPT regulátor, který se stará o maximální využití energie získané z generátoru a její uložení do akumulátor. Z něj pak jde čerpat 5V prostřednictvím USB portu nebo přímo ze svorek.
A takhle už vypadá sestavená turbínka, na výšku měří kolem 70cm. Když to je už celé v kupě, a funguje to, snažím se měřit, zaznamenávat, případně ladit nastavení, a kontrolovat, jak hodně jsem se ve výpočtech potkal s realitou.
součásti turbínky 
turbínka na vzduchu
