6ELEKTRO 2/2012Fotovoltaika v automatizovaných systémechÚvodFotovoltaika (PV) je obnovitelným zdro-jem energie, který může napájet automatizo-vané systémy v místech vzdálených od roz-vodné sítě. V České republice v letech 2009 až 2010 prudce narostl počet PV instalací, zejména v důsledku dotační politiky. Jde jak o velké solární elektrárny s výkonem řádově několika MWp, tak i o malé instalace např. na střechách. Předkládaný článek je zaměřen ze-jména na využití tohoto zdroje energie na od-lehlých místech k napájení různých zařízení elektrickou energií. Uvést lze např. rekreač-ní objekty na samotách, monitorovací stanice v terénu apod. S rozšiřujícím se použitím PV systémů se začínají uplatňovat i kombinované systémy, které jako primární zdroj elektrické energie využívají PV systém, sekundárním zdrojem může být elektrorozvodná síť, elek-trocentrála či malá větrná elektrárna. Využi-tí takovýchto systémů je značně různorodé. Jako příklad lze uvést odlehlý objekt pěsto-vání sazenic, kde je s využitím PV systému a sekundárního zdroje napájen systém zalé-vání, větrání skleníků a zabezpečení objektu. Dalším obvyklým využitím je monitorování a vizualizace provozních parametrů větších PV elektráren.Řízení PV systémůNěkterá zařízení, kde je fotovoltaika vy-užita jako primární zdroj elektrické energie, obsahují automatický systém řízení a kontro-ly. Ve velké míře jde právě o autonomní sys-témy, kde určité zařízení vykonává automa-ticky a dlouhodobě činnost bez přítomnosti obsluhy a jen s minimální údržbou. Řídicí systémy lze obecně rozdělit na prů-myslové a zakázkové. Průmyslové řídicí sys-témy tvořené zejména systémy PLC (Pro-grammable Logic Controller) se vyznačují určitou variabilitou návrhu řídicího algorit-mu, který je definován uživatelem pomocí programovacích jazyků. Výhodou těchto sys-témů je kvalitní struktura hardwaru a možnost značného větvení a rozšiřování systému podle potřeby. Pružná je i změna softwaru, v přípa-dě potřeby se přehraje program řídicího sys-tému. Nevýhodou je nepříznivá cena. Právě univerzálnost je důvodem, proč je obyčejně třeba využít větší počet periferních modulů PLC. To zvyšuje cenu navrže-ného řešení. Další nevýhodou je často nutnost externího za-řízení či modulu pro speciální úlohy měření a regulace. Mo-dul s řídicím systémem ko-munikuje po určité standardi-zované komunikační sběrnici.Zakázkové řídicí systémy jsou vždy navrženy pro kon-krétní použití, popř. pro celou třídu použití. Systém má pro svou činnost optimální počet vstupů, výstupů a komuni-kačních rozhraní. Buď je řízen neměnným programem, nebo se parametrizuje pod-le konkrétního použití v dané třídě použití. I v tomto případě je ale možné přehrát řídi-cí software, jestliže je to třeba. Výhodou za-kázkových řídicích systémů je optimální ve-likost zařízení, jeho výkon, počet vstupních a výstupních rozhraní a dalších částí. V pří-padě potřeby speciální úlohy měření a regula-ce lze patřičné obvody realizovat přímo jako součást řídicí jednotky. Odpadají tím potíže s komunikačním zařízením, případným ru-šením, a hlavně cenou výsledného zařízení. Nevýhodou zakázkových řídicích systémů je především nákladný vývoj, výroba a testová-ní systému. Dále je to i nemožnost rozšiřová-ní v případě potřeby a riziko technického ze-stárnutí a nutnosti opětovného vývoje a vý-roby nové koncepce zařízení.Jako nejvýhodnější varianta se zdá být kombinace obou způsobů řízení PV systé-mu, jak je znázorněno na obr. 1. Zákaznic-ky řešený solární regulátor reguluje nabíje-cí proud na základě vstupních údajů z PV kolektoru a okamžitého stavu nabití aku-mulátoru. Jinými slovy se stará o maximál-ní účinnost nabíjení akumulátoru v daných podmínkách. Dále obstarává ochranu aku-mulátoru proti přebíjení, hlubokému vybití, nadproudu do spotřebičů a zajišťuje funkci přepěťové ochrany na vstupu od PV kolek-toru. Obsahuje rovněž případné vyhodno-covací obvody pro doplňkové měření. Zna-mená to, že solární regulátor zaručuje ma-ximální dodávku energie z PV kolektoru do akumulátoru a zajišťuje ochranu proti hava-rijním stavům. Vybrané údaje o stavu a čin-nosti solárního regulátoru dobíjení a PV ko-lektoru jsou po sběrnici předávány ke zpra-cování do PLC. Schematicky je tato situace znázorněna na obr. 2. Jak je z něj zřejmé, může solární regulátor v případě nutnos-ti ochrany akumulátoru odpojit napájení PLC a přidružených periferií. Tento případ může nastat především v zařízeních bez se-kundárního zdroje.Ing. Jan Mareš, Ph.D., prof. Ing. Martin Libra, CSc., Česká zemědělská univerzita v PrazeObr. 1. Řízení autonomních PV systémů v kombinaci solárního regulátoru dobíjení a PLC solární regulátor– řízení nabíjecího proudu– měření PV vstupních parametrů– systém MPPT– ochrany akumulátoru– nadproudové ochranykomunikacePLC– řízení vstupních a vý-stupních periferií podle programu– informace o systému (GSM, Ethernet)– funkce přednostního relé– řízení bivalentních zdrojůkomunikaceObr. 2. Schematické znázornění uspořádání PV systému se solárním regulátorem a PLCPV panelyPinPLCsolární regulátor dobíjeníměření intenzity dopadajícího zářeníPakuakumulátor el. energieakumulátor el. energieakumulátor el. energieAIDIAODOAI – periferie analogových vstupůDI – periferie digitálních vstupůAO – periferie analogových vý-stupůDO – periferie digitálních výstupů