Podpora a rozvoj elektrotechnických a stavebních oborů v MSK … · 2014-10-23 · Informaní a...

Informační a výukový manuál

Podpora a rozvoj elektrotechnických a stavebních oborů v MSK

CZ.1.07/1.1.24/02.0058

PODĚKOVÁNÍ

Realizační tým Moravskoslezského energetického klastru věnuje poděkování

Střední škole elektrotechnické, Ostrava, Na Jízdárně, která se podílela na

realizaci projektu a přispěla tak ke zvýšení zájmu o studium elektrotechnickcýh

oborů a ke zkvalitnění praktické výuky v Moravskoslezském kraji.

Informační a výukový manuál byl realizován za finančního příspění Evropské

unie v rámci projektu: Podpora a rozvoj elektrotechnických a stavebních oborů

v MSK.


Obsah

1 STŘEDNÍ ŠKOLA ELEKTROTECHNICKÁ, OSTRAVA, NA JÍZDÁRNĚ 30,

PŘÍSPĚVKOVÁ ORGANIZACE ...................................................................................................... 1

1.1 Obory ................................................................................................................................................. 2

2 PŘEDSTAVENÍ PROJEKTU ................................................................................................... 4

3 SYSTÉM MODULÁRNÍHO ŘÍZENÍ BUDOV ....................................................................... 6

3.1 Možnosti systému ............................................................................................................................... 6

4 VYUŽITÍ ..................................................................................................................................... 7

4.1 Komfort .............................................................................................................................................. 7

4.2 Úspora energie ................................................................................................................................... 8

4.3 Bezpečnost ......................................................................................................................................... 9

4.4 Osvětlení .......................................................................................................................................... 10

4.5 Vytápění a chlazení ........................................................................................................................... 10

5 ROZDÍL MEZI KLASICKOU A INTELIGENTNÍ ELEKTROINSTALACÍ .................... 11

5.1 Klasická elektroinstalace ................................................................................................................... 11

5.2 Inteligentní elektroinstalace ............................................................................................................. 12

5.3 Porovnání jednotlivých elektroinstalací ............................................................................................ 13

6 VĚTRNÉ ELEKTRÁRNY ...................................................................................................... 14

7 PŘÍRODNÍ PODMÍNKY ....................................................................................................... 14

8 VÝHRADY PROTI VĚTRNÝM ELEKTRÁRNÁM............................................................ 15

9 PŘEHLED VELKÝCH VĚTRNÝCH ELEKTRÁREN NA ÚZEMÍ ČR ............................. 15

10 TECHNICKÉ ŘEŠENÍ STROJOVEN VĚTRNÝCH ELEKTRÁREN ................................ 16

11 PŘÍKLADY KONSTRUKCE VĚTRNÝCH ELEKTRÁREN .............................................. 17

12 VĚTRNÉ ELEKTRÁRNY MALÉHO VÝKONU ................................................................. 19

13 VÝHODY A NEVÝHODY ZAŘÍZENÍ NA VYUŽITÍ VĚTRU ........................................... 21

13.1 Výhody ............................................................................................................................................. 21

13.2 Nevýhody ......................................................................................................................................... 21

14 ZHODNOCENÍ VĚTRNÝCH ELEKRÁREN ....................................................................... 22

15 FOTOVOLTAIKA .................................................................................................................. 23

16 ZAPOJENÍ SOLÁRNÍCH ČLÁNKŮ ..................................................................................... 24

17 SYSTÉMY PŘIPOJENÍ FOTOVOLTAICKÝCH ČLÁNKŮ ............................................... 24

17.1 Systémy připojené k síti (grid-on) ..................................................................................................... 24

17.2 Samostatné (ostrovní) systémy – grid-off ......................................................................................... 25

18 FOTOVOLTAIKA V ARCHITEKTUŘE ............................................................................. 27

19 SOLÁRNÍ ELEKTRÁRNY V ČR .......................................................................................... 28

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ............................................................................................. 32


1

1 STŘEDNÍ ŠKOLA ELEKTROTECHNICKÁ, OSTRAVA,

NA JÍZDÁRNĚ 30, PŘÍSPĚVKOVÁ ORGANIZACE

Střední škola elektrotechnická je moderní veřejnou střední školou a elektrotechnickým

centrem Moravskoslezského kraje. Patří mezi přední elektrotechnické školy v České

republice nejen díky své dlouholeté tradici, ale i perspektivám, které nabízí současným

i budoucím žákům. Výuku na základě moderních školních vzdělávacích programů zajišťuje

na vysoké úrovni profesionální tým pedagogů spolu se stálými partnery z řad špičkových

regionálních firem, jako jsou společnosti ČEZ a.s., ArcelorMittal Ostrava a.s., Dalkia a.s.,

NAM systém a.s., Modemtec s.r.o. a další. Škola aktivně spolupracuje se společností ČEZ

a.s., s Českým svazem zaměstnavatelů v energetice, Asociací elektrotechnického vzdělání

a Czech Security Education (sdružení středních škol zabývajících se bezpečnostními

systémy).

V souladu s modernizací výuky a vzděláváním se škola aktivně zapojuje do řady různých

projektů, jakými jsou například Inovace výukových postupů v nových zaměřeních

elektrotechniky – Mechatronika, Práce pod napětím – Rozvody el. energie pomocí

kabelových vedení a pomocí izolovaného venkovního vedení, Recyklohraní, Modernizace

technického a didaktického vybavení center pro další profesní vzdělávání učitelů. Dále

zajišťujeme přípravu odborníků z oblasti elektrotechniky a pořádání různých odborných

kurzů pro širokou veřejnost.

SŠE nabízí studium pro získání středního vzdělání s výučním listem nebo středního vzdělání

s maturitní zkouškou ve schválených studijních programech Elektrikář, Elektrikář

silnoproud, Mechanik elektrotechnik – počítačové a zabezpečovací systémy,

elektrotechnická zařízení. Velice zajímavý je také čtyřletý obor Optik s maturitní zkouškou,

který je vhodný zejména pro dívky se širokou možností uplatnění v různých optických

firmách.

Naší nejlepší studenti mají možnost získat stipendium od elektrotechnických firem.


2

Další výhodou studia na naší škole je možnost jednoduchého přestupu mezi maturitními

a učebními obory (nejlépe během prvního nebo po prvním ročníku) v závislosti na studijních

problémech či úspěších.

1.1 Obory

MECHANIK ELEKTROTECHNIK

ŠVP – POČÍTAČOVÉ A ZABEZPEČOVACÍ SYSTÉMY

Čtyřleté denní studium ukončené maturitní zkouškou – poskytuje úplné střední vzdělání

v oboru elektro, se zaměřením na spotřební elektrotechniku, bezpečnostní systémy

a výpočetní techniku.

MECHANIK ELEKTROTECHNIK

ŠVP- ELEKTROTECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ

Čtyřleté denní studium ukončené maturitní zkouškou – poskytuje úplné střední vzdělání se

zaměřením na silnoproudá zařízení, elektrické stroje a přístroje, užití elektrické energie

a automatizační a měřicí techniku.


3

EKTRIKÁŘ

Tříleté denní studium ukončené závěrečnou zkouškou (vyučení), střední odborné vzdělaní

a odborná příprava pro povolání v oblasti elektrotechniky.

ELEKTRIKÁŘ SILNOPROUD

Tříleté denní studium ukončené závěrečnou zkouškou (vyučení), střední odborné vzdělání

a odborná příprava pro povolání v oblasti silnoproudé elektrotechniky a rozvodů elektrické

energie.

OPTIK

Čtyřleté denní studium ukončené závěrečnou maturitní zkouškou, střední odborné vzdělaní

a odborná příprava pro povolání v oblasti optiky.


4

2 PŘEDSTAVENÍ PROJEKTU

Elektrotechnika a stavebnictví jsou závislé na kvalifikované, odborně připravené pracovní

síle, jejichž počet neustále klesá. Moravskoslezský energetický klastr ve spolupráci se

Střední školou elektrotechnickou, Ostrava, Na Jízdárně p.o. a Střední školou elektrostavební

a dřevozpracující ve Frýdku – Místku p.o. se rozhodli tento nepříznivý trend pozměnit.

V rámci projektu, který byl financován z operačního programu vzdělávání pro

konkurenceschopnost, byly na spolupracujících středních školách vytvořeny nové učebny

praktické výuky MSEK, které byly vybaveny nejmodernějšími didaktickými pomůckami

a funkčními výukovými modely. V rámci tohoto projektu se také pořádala celá škála exkurzí

do provozu, seminářů vedených odborníky, workshopů, projektových dní pro základní

školy, soutěží o hodnotné ceny a v rámci projektu byl také speciálně vytvořený internetový

vzdělávací portál www.studujelektro.cz, kde si můžete ověřit své znalosti z oblasti

elektrotechniky.

V současné době vybavení učeben neodpovídá trendům v oblasti elektrotechniky,

obnovitelných zdrojů energie a nedostačuje počtu žáků účastnících se praktické výuky. Pro

zkvalitnění a rozvoj praktického vyučování bylo nutné vytvořit výše zmíněné specializované

učebny praktické výuky MSEK, které jsou vybavené moderními didaktickými pomůckami

a funkčními výukovými systémy, o kterých se dozvíte více v následujících kapitolách.

Funkční výukové systémy:

Obr.1 Modulární systém elektrických vodičů

http://www.studujelektro.cz/


5

Obr.2 Systém malé větrné elektrárny

Obr.3 Fotovoltaický výukový systém

Didaktické pomůcky:

- Solární experimentální model

Solární rotační letadélka

Solární sady 6 v 1

Dům na solární energii

Solární experimentální stavebnice

Solární osvětlení

- Termokamera

- Testery napětí

- Stabilizovaný regulovatelný zdroj

- Zdroj pevného stabilizovaného napětí

- Sada elektronářadí

- Soubor elektromateriálu pro výuku:

stavebnicemi MERCUR E2 elektronic

Edison 5


Bc. Miroslav MAĎA

MODULÁRNÍ SYSTÉM ELEKTRICKÝCH VODIČŮ

6

3 SYSTÉM MODULÁRNÍHO ŘÍZENÍ BUDOV

Sběrnicová elektroinstalace představuje jedinečné řešení elektroinstalace tehdy, když se

staví nový dům nebo provádí kompletní rekonstrukce. Systém nabízí širokou škálu funkcí,

které přináší uživateli domu příjemný komfort. Dále umožňuje integrovat jednotlivé

technologie v domě, což kromě již zmíněného komfortu přináší zejména úspory. Způsob

ovládání lze v průběhu času přizpůsobovat požadavkům uživatele a elektroinstalaci lze dále

rozšiřovat.

Velmi oblíbené je využívání aplikací pro chytré telefony nebo tablety, které

představují efektivní a přehledný způsob kontroly nad domem a to kdykoliv, ať už jste doma

nebo mimo svůj domov.

Sběrnicový systém je schopný integrovat většinu technologií v domě a vhodnou regulací

šetřit peníze za energie. Uživatel v danou chvíli nemusí řešit, zda je léto nebo zima.

Jednoduše může nastavit požadovanou teplotu v místnosti a dům již automaticky ví, co má

dělat. Úspory jsou nosnou myšlenkou, provázející celý inteligentní dům. Ten je pak schopný

vypnout osvětlení a vytápění v místnosti v době nepřítomnosti, v zimě vytáhne žaluzie, čímž

umožní prohřívání domu slunečními paprsky či naopak v létě uzpůsobí žaluzie tak, aby

omezil prostup paprsků do místnosti a omezil tak četnost spínání energeticky náročné

klimatizace. Součástí systému je i zabezpečení. Slouží k ochraně majetku i osob. Systém

umožňuje připojení záplavového, teplotního, požárního detektoru či detektoru úniku plynu.

Tyto jsou pak schopny na základě nepříznivých podmínek zavřít přívod vody, plynu, spustí

ventilaci apod. Užitečná je také funkce simulace přítomnosti v době, kdy není nikdo doma.

Ovládání inteligentní elektroinstalace je umožněno prostřednictvím:

Nástěnných vypínačů

Skleněných dotykových vypínačů

Dotykového (3,5“) displeje

Aplikace iHC v telefonu nebo tabletu

Počítače

Televizní obrazovky

Tím lze zachovat jak konvenční způsob ovládání, tak jej lze doplnit o možnost ovládání

celého domu z jednoho místa.

Další součástí systému je multimediální nástavba, která slouží k centrální distribuci hudby,

filmů nebo fotek. [1]

3.1 Možnosti systému

Úspora energií díky regulaci osvětlení a vytápění

Ovládání rolet, markýz, venkovních či meziokenních žaluzií

Stmívání světel, světelné scény


Bc. Miroslav MAĎA


7

Spínání spotřebičů či elektrických zařízení na dálku

Ovládání příjezdové brány, garážových vrat

Logické a centrální funkce (odchodové tlačítko, …)

Možnost manuálního ovládání i automatického režimu

Reakce na (nežádoucí) otevření okna nebo dveří

Reakce na pohyb osob (žádoucí i nežádoucí)

Vzdálený dohled přes smartphone, tablet nebo PC

Možnost ovládání přes TV obrazovku

Integrace zařízení třetích stran (kamery, klimatizace )[1]

Obr.3: Ukázka modulárního systému

4 VYUŽITÍ

4.1 Komfort

Centrální ovládání sběrnicového systému nám umožní jedním tlačítkem ovládat celé

skupiny spotřebičů, světelné i topné okruhy nebo všechny elektrospotřebiče najednou. Tím

lze dosáhnout neomezených možností například při odchodu z domu zapomeneme vypnout

osvětlení nebo žehličku ze zásuvky. Jedním stisknutím tlačítka odpojím nebezpečné silové

okruhy a zhasnu všechny světla v domě. To se ovšem nesmí dotknout spotřebičů, které jsou

na elektrické energii závislé (lednička, mraznička apod.).


Bc. Miroslav MAĎA


8

Celý dům lze ovládat dálkově a to prostřednictvím webového rozhraní – internetu nebo

pomocí mobilní GSM sítě. Stejné funkce, jako má centrální ovladač, můžeme dosáhnout

posláním jedné SMS nebo pouhým prozvoněním GSM brány napojené do systému.

Velkým trendem jsou rolety nebo žaluzie. Ty lze efektivně ovládat jednotlivě, po skupinách

(místnostech) či všechny najednou a to jak manuálně pomocí tlačítka, tak automaticky podle

uživatelem nastaveného týdenního programu nebo na základě informací přijatých

z venkovních senzorů osvětlení, rychlosti větru či deště.

Hlavní výhodou je kombinace všech těchto technologií. Při nastavených scénách např.

KINO se mi při zapnutí TV spustí žaluzie, světelné okruhy v dané místnosti sníží svou

intenzitu na příjemných 20% a zesilovač se přepne do filmového módu. Po přerušení této

scény se vše opět vrátí do původního stavu.

Uživatel má volbu mezi neměnným závazkem prostřednictvím klasické elektroinstalace

nebo flexibilitou a samotným komfortem, který mu nabídne inteligentní elektroinstalace.

Shrnutí:

stmívací funkce (postupný náběh/doběh, světelné scény apod.)

ovládání pomocí telefonu, dotykového displeje, tabletu, smartphonu nebo

prostřednictvím internetu (kompletní přehled o stavu systému)

ovládání pomocí klasického ovladače – IR paprsek

ovládání hlasem

regulace teploty pomocí automaticky nastavených programů nebo podle potřeb

uživatele [1]

4.2 Úspora energie

Je-li v domě efektivním způsobem řízeno vytápění, lze pomocí inteligentního systému

dosáhnout energetických úspor až 30%, což už není nezanedbatelné číslo. Toto ovšem není

tvořeno pouze vhodnou regulací vytápění, ale také kvalitní tepelnou izolací budovy,

kvalitními okny a v neposlední řadě uživatelem samotným. Systém sám dokáže reagovat na

otevření okna v místnosti při větrání. Vypne v dané místnosti topení a tím tak šetří energii

spotřebovanou na vytápění. Při odchodu z domu automaticky přepne do úsporného režimu.

Analogicky se chová po příchodu domů.

Topení ovšem není jedinou funkcí, kde dokáže chytrý systém ušetřit. Toho lze docílit

i zapínáním a vypínáním elektrických přístrojů během nepřítomnosti uživatele. Tato

možnost plní jak funkci úspornou, tak funkci bezpečnostní.

Shrnutí:

regulace vytápění, klimatizace

omezené spínání na základě pokynů uživatele nebo podle časového plánu


Bc. Miroslav MAĎA


9

regulace osvětlení (lze dosáhnout až 10% úspory energií)

spínání na základě senzorů (při soumraku, při určité teplotě apod.)

odstavení určitých spotřebičů při dosažení denního limitu spotřeby energií

nebo na základě tarifu elektroměru [1]

4.3 Bezpečnost

Většina inteligentních elektroinstalací dokáže integrovat zabezpečovací systém – alarm

a tím ho povyšuje na vyšší úroveň. Neplní pouze bezpečnostní funkci, když není uživatel

doma, ale dokáže mu pomoci v jeho přítomnosti.

Mezi základní funkce patří opatření proti předcházení vzniku požáru, kdy může systém

automaticky po detekci kouře odpojit varnou desku, či zamezit přívod plynu.

Základem každého zabezpečovacího systému je ústředna, která je v inteligentní

elektroinstalaci nahrazena centrální řídicí jednotkou.

Systém tvoří řada detektorů:

PIR detektory – reagující na vyzařování v infračerveném spektru.

MW detektory – (micro wave) – pracují na principu mikrovlnného záření.

Duální čidla – kombinace jednotlivých detektorů

Magnetické kontakty - tyto senzory se umisťují na okna a dveře a signalizují

jejich otevření. Na základě informací získaných od detektoru může systém

například přerušit v dané místnosti vytápění.

Detektor tříštění skla – akustický snímač nastavený přesně na frekvence zvuku

rozbíjeného, lámaného, tříštěného, případně i řezaného skla.

Infrazávory - detekují přerušení neviditelného paprsku.

Inteligentní elektroinstalace umožňuje vytvořit iluzi, že se v domě pohybují lidé. Je to

preventivní opatření, které má odvádět pozornost od případných pachatelů v době

nepřítomnosti uživatele.

Shrnutí:

alarm s dalšími rozšířitelnými funkcemi (simulace přítomnosti v domě)

systém lze zastřežit pomocí klávesnice, karty nebo sepnutí určité sekvence

tlačítek

nastavení je zaheslováno na několika úrovních

ochrana domu při nepříznivých povětrnostních podmínkách (při silném dešti

zatažení rolet, stáhnutí markýzy, zakrytí bazénu apod.)

koncové prvky (vypínače) jsou napájeny ze sběrnice bezpečným napětím 24V

[1]


Bc. Miroslav MAĎA


10

4.4 Osvětlení

Lze nadefinovat jednotlivé okruhy, trasy nebo skupiny osvětlení. Denní nebo noční režim.

Všechny funkce jsou definovány uživatelem. Díky sběrnicovému systému lze osvětlení

spínat nebo stmívat a to opět lokálně nebo po skupinách. Lze vytvářet světelné scény.

Například večer podle definovaného denního programu se mi rozsvítí lampička nad postelí,

část chodby vedoucí do koupelny a koupelna samotná.

Osvětlení se dá také kombinovat s bezpečnostními prvky integrovanými v domě. V noci

nemusím hledat vypínač na zdi. Pokud mám v místnosti detektor pohybu, ví, že mi má

rozsvítit na příjemnou intenzitu, abych se nevzbudil. Všechny světelné scény si může

uživatel v průběhu užívání jednoduše měnit a není závislý na prvotní instalaci, jako tomu je

u klasické elektroinstalace. [1]

4.5 Vytápění a chlazení

Vytápění a chlazení lze ovládat manuálně, v závislosti na čase nebo v závislosti na venkovní

teplotě. Teplotu můžeme řídit v každé místnosti zvlášť nebo ve všech místnostech najednou,

případně po skupinách.

Vytápění se primárně řídí nadefinovaným týdenním programem, který lze měnit na

lokálních termostatech nebo vzdáleně přes internet či mobilní telefon.

Lze ovládat více druhů topení. Teplovodní podlahové, elektrické nebo klasická topná tělesa.

U teplovodního vytápění se využívá elektrických termopohonů, které ovládá automaticky

inteligentní systém na základě výše zmíněných požadavků. Topení se chová v závislosti na

přijatých informací z řídicí jednotky. Například podle toho, jestli se v místnosti někdo

nachází nebo ne, zda je otevřené v tu danou chvíli okno nebo jestli uživatel samotný vnutil

místnosti požadovanou teplotu.

Podobným způsobem lze ovládat i chlazení. To je řešeno opět několika způsoby. Chlazení

pomocí vody, pomocí vzduchotechniky nebo pomocí klimatizace. Všechny tyto systémy

umí inteligentní elektroinstalace ovládat.

Jestliže je v domě použito více technologií pro ohřev teplé užitkové vody (tepelné čerpadlo,

solární kolektory, plynový kotel, apod.) inteligentní systém sám rozhodne, který zdroj je na

základě vnějších a vnitřních podmínek v domě, vhodnější použít. Uživatele v tu chvíli

zajímá pouze požadovaná teplota a ne technologie, kterou má být daná teplota dosažena.

Aktivně s vytápěcím systémem pracuje i stínící technika. V případě hrozby přehřátí domu,

systém automaticky zatáhne žaluzie, naopak v zimním období při intenzivním slunečním

záření žaluzie vytáhne pro dosažení větších tepelných zisků. [1]


Bc. Miroslav MAĎA


11

5 ROZDÍL MEZI KLASICKOU A INTELIGENTNÍ

ELEKTROINSTALACÍ

Do stávajících a nově postavených domů přibyla spousta nových systému pro jeho

bezpečnost, řízení a tvorbu pohodlí. S tím však nastává problém s velkým množstvím

kabeláže, ovládacích prvků a složitou elektroinstalací k dosažení požadovaných

uživatelských přání. [1]

5.1 Klasická elektroinstalace

Klasická elektroinstalace byla primárně určena pro spotřebičové a světelné rozvody. Skládá

se ze samostatných celků – osvětlení, vytápění, ovládání topení atd. Neposílají se zde

informace po sběrnici, ale spíná se přímo obvod příslušného spotřebiče.

Jakékoliv změny vyvolané v klasické instalaci představují další náklady, opravy

elektroinstalace, její znepřehlednění a hlavně stavební úpravy. Každý ze systémů vyžaduje

samostatnou komunikační síť.[1]

Obr.4: Schéma klasické elektroinstalace [1]

Výhody a nevýhody klasické elektroinstalace

Klasická elektroinstalace se využívá většinou v jednoduchých realizacích, kde máme

v místnosti například jeden nebo dva světelné okruhy. V tomto případě by inteligentní

elektroinstalace ztrácela význam. Jednou z hlavních výhod klasické elektroinstalace je její

finanční nenáročnost, ta je ovšem na úkor flexibility.

V současné době můžeme u klasické elektroinstalace hovořit pouze o řadě nevýhod ve

srovnání s inteligencí. Mezi takové patří zejména nákladné změny spojené se změnami

v elektroinstalaci, nepřehlednost kvůli většímu počtu kabelů a hlavně problémy při

propojení s ostatními systémy.


Bc. Miroslav MAĎA


12

5.2 Inteligentní elektroinstalace

Inteligentní elektroinstalace slouží k ovládání a zejména integraci použitých systémů,

technologií a procesů v domě. Pomocí nich lze v domě komplexně řešit centrální ovládání,

které je koncipováno do jednoho funkčního celku.

V rámci tohoto systému je pak možné řešit měření a regulaci, sledování spotřeby energie,

ovládání a řízení osvětlení, spínání ventilace, klimatizace, řízení žaluzií, rolet, řízení

elektricky ovládaných střešních oken, garážových vrat, spínání závlahových systémů až po

vizualizaci celého systému na mobilní telefon, dotykový panel, tablet nebo televizi.

Inteligentní elektroinstalace je navržena tak, že jednotlivé technologie jsou propojeny

sběrnicí. Ta umožňuje jednoduché projektování a návrh funkcí systému. Všechny ovládací

prvky jsou propojeny stejným vodičem – ve většině případu se jedná o kroucený pár. [1]

Obr. 5: Inteligentní elektroinstalace [1]

Jak už bylo řečeno, inteligentní elektroinstalace se zavádí zejména z důvodu vysokých

požadavků na flexibilitu, ovládání, komfort a jednoduché instalace náročných elektrických

systémů s požadavkem na minimální spotřebu energie. Spojuje klasickou silnoproudou

instalaci spolu se slaboproudou technologií.


Bc. Miroslav MAĎA


13

Výhody a nevýhody inteligentní elektroinstalace:

Mezi hlavní výhody patří zejména poskytovaný komfort ovládání a řízení technologií

v domě včetně spotřeby energie. U rozsáhlých systémů poskytuje inteligentní

elektroinstalace určitou formu přehlednosti, jednoduchosti a komplexnosti. V tomto případě

už se můžeme bavit o elektroinstalaci cenově srovnatelné nebo dokonce levnější oproti

klasické instalaci.

Další důležitou výhodou je možnost rozšíření systému bez ohledu na jeho náročnost nebo

zapojení. Celý systém se dá postupem času měnit jak z hlediska zapojení, tak z hlediska

funkcionality. Sběrnice je napájena malým napětím (27 V).

Za nevýhody inteligentní elektroinstalace můžeme považovat finanční náročnost v menších

aplikacích. Zde se jedná zejména o prestiž a komfort investora.

5.3 Porovnání jednotlivých elektroinstalací

Rozhodnutí mezi klasickou a inteligentní elektroinstalací závisí na dvou hlavních faktorech.

Na náročnosti elektroinstalace a na finančních prostředcích. Klasickou elektroinstalací

můžeme pokrýt většinu požadavků kladených na elektrické vybavení budov. Pokud ale

předpokládáme určitý komfort a řízení, má inteligentní elektroinstalace oproti klasické

jasnou výhodu. Jsou jednodušší, přehlednější, umožňují snadné projektování a dodatečné

rozšíření o další funkce.

Inteligentní elektroinstalace nespíná přímo přívod elektrické energie pomocí ovládacího

prvku, ale posílá signál řídicí jednotce, která na základě toho sepne příslušné relé ovládacího

aktoru.

Obr. 6: Srovnání spínání žárovky u klasické a inteligentní elektroinstalace[1]


Bc. Miroslav MAĎA


14

U klasické instalace je tedy klasický vypínač, který po stisknutí sepne dané zařízení (světlo,

topení, ventilátor apod.). Je to provedeno tak, že k vypínači je přiveden samostatně jištěný

kabel, který vede až do samotného zařízení. Vypínačem se tedy přímo přerušuje napájení

k danému zařízení. Každá skupina zařízení má svůj ovládací prvek, na který je napojená a je

na něm závislá.

U inteligentní elektroinstalace není ovládací prvek (inteligentní vypínač) přímo

napojen na silové rozvody. Spínání probíhá tak, že danému tlačítku se programově přiřadí

funkce, kterou má vykonat. Čili mu nastavíme, který spotřebič bude ovládat. Tím získáváme

mnoho výhod. Postupem času můžeme vypínačům funkce měnit nebo přiřazovat nové.

Můžeme skupiny zařízení sdružovat nebo naopak rozdělit. Sběrnice přivedená

k inteligentnímu vypínači navíc plní i funkci napájení.

Výhody inteligentního vypínače:

Rozlišuje krátký a dlouhý stisk = více funkcí, více možností. Jeden vypínač

nám umožňuje spínat i stmívat.

Má integrovanou zelenou a červenou indikační diodu, která nám může dávat

informaci o stavu daného zařízení.

Má integrovaný teplotní senzor, na základě kterého můžeme řídit teplotu

v dané místnosti.

Umožňuje připojit dva bezpotenciálové kontakty (např. PIR, externí tlačítka)

nebo jeden externí teplotní senzor (např. pro snímání teploty podlahy). [1]


Ing. Petr LITERÁK

VĚTRNÉ ELEKTRÁRNY

14

6 VĚTRNÉ ELEKTRÁRNY

Větrné elektrárny jsou zařízení vyrábějící elektrickou energii prostřednictvím proudění

vzduchu, to je větru.

Vítr představuje energii vzniklou v důsledku otáčivého pohybu naší planety a působení

slunečního záření zahřívajícího vzduch v zemské atmosféře. Vlivem rozdílů teplot v různých

oblastech, vznikají i rozdíly tlakové, které způsobují horizontální proudění vzduchu, tedy

vítr. Větrná energie tedy patří mezi nevyčerpatelné obnovitelné zdroje energie.

Přeměna pohybové energie větru na energii mechanickou se v Evropě začíná využívat

v 10. až 13. století ve větrných mlýnech pro mletí obilí nebo větrných kolech pro čerpání

vody. V Čechách, na Moravě a ve Slezsku se využívala od 18. Století. K výrobě elektrické

energie se používá přibližně sto let a to v souvislosti s rozvojem vývoje elektrických strojů

na její výrobu.

7 PŘÍRODNÍ PODMÍNKY

Větrná energie je jeden z nejdostupnějších obnovitelných zdrojů energie v ČR. Jejímu

masovějšímu využívání brání sezonní kolísání rychlosti větru a technická náročnost

související s jejich výstavbou a realizací elektrických vedení pro odvedení vyrobené energie

do rozvodné sítě. Vhodné lokality se totiž nacházejí ve větších nadmořských výškách,

obvykle nad 650 m n. m., s průměrnou roční rychlostí větru nad 4,8 m/s. Oblasti

s průměrnou roční rychlostí větru znázorňuje větrný atlas České republiky vytvořený

Ústavem fyziky atmosféry AV ČR.

Obr. 7 Oblasti s průměrnou roční rychlostí větru v ČR


Ing. Petr LITERÁK


15

8 VÝHRADY PROTI VĚTRNÝM ELEKTRÁRNÁM

Hlavními důvody odporu obyvatel proti výstavbě větrných elektráren je doprovodný hluk,

ohrožení ptactva, poškození území při výstavbě a negativní ovlivnění rázu krajiny. Proti

těmto tvrzením svědčí následující skutečnosti:

- ve vzdálenosti 200 m od středních a velkých větrných elektráren lze naměřit hluk

pod 45 dB. Při rychlosti větru nad 7 m/s je hluk způsobený prouděním vzduchu nad

zemí, mezi stromy a domy větší, než hluk větrné elektrárny

- výzkumy prokázaly, že riziko střetu ptáků s konstrukcí větrné elektrárny je ve dne

téměř nulové a noci či za mlhy mírně stoupá. Průměrný počet kolizí ptáků s větrnými

elektrárnami je obdobný jako na dálnicích a mnohem menší než

u vysokonapěťových elektrických vedení,

- při výstavbě větrných elektráren musí být respektovány zákony o ochraně přírody

a krajiny. Podle těchto zákonů nejsou přípustné stavby v národních parcích,

v přírodních rezervacích, v chráněných krajinných oblastech první zóny a v blízkosti

národních památek

Naopak výhodami větrných elektráren jsou:

- automatické nebo dálkové natáčení elektráren pro co nejlepší využití větrné energie

- možnost využití velkého rozsahu rychlosti větru a to od 3 do 26 m/s

- jejich vysoká účinnost, která dosahuje u konstrukcí s horizontální osou až 48% a u

konstrukcí s vertikální osou okolo 38%

9 PŘEHLED VELKÝCH VĚTRNÝCH ELEKTRÁREN NA ÚZEMÍ ČR

Obr. 8 Mapa lokalit na území České republiky s větrnými elektrárnami s výkonem nad

100 kW


Ing. Petr LITERÁK


16

10 TECHNICKÉ ŘEŠENÍ STROJOVEN VĚTRNÝCH ELEKTRÁREN

Větrná elektrárna se obvykle skládá ze sklolaminátové gondoly, ve které je umístěna

strojovna a z rotoru pohánějícího soustrojí elektrárny. Gondola včetně rotoru je otočně

usazená na ocelovém nosném stožáru, ukotveném v betonovém základu.

Obr. 9 Popis typické větrné elektrárny

1 - rotor s rotorovou hlavicí; 2 - brzda rotoru; 3 - planetová převodovka; 4 - spojka a brzda

generátorového hřídele; 5 - generátor; 6 - pohon natáčení strojovny; 7 - brzda točny

strojovny (gondoly); 8 - ložisko točny strojovny; 9 - hydraulický agregát brzdy rotoru a

generátorového hřídele; 10 – hydraulický agregát změny geometrie lopatek rotoru

Typická větrná elektrárna s horizontální osou se skládá z:

- rotoru umístěného na hlavním hřídeli elektrárny

- brzdy, která je schopná podle potřeby za několik sekund zastavit rotor

- převodovky upravující otáčky generátoru

- generátoru vyrábějícího trojfázový elektrický proud o kmitočtu 50 Hz

- elektromotoru pro natáčení celé strojovny

- hydraulického agregátu pro ovládání brzdy rotoru, natáčení lopatek rotoru a brzdy

točny strojovny

Hlavní elektrický rozvaděč se silnoproudými rozvody a automatizačními obvody je umístěn

ve spodní části nosného stožáru. Gondola je přístupná vnitřkem stožáru, kde je vedena

i veškerá kabeláž mezi elektrickým vybavením gondoly a rozvaděčem.


Ing. Petr LITERÁK


17

11 PŘÍKLADY KONSTRUKCE VĚTRNÝCH ELEKTRÁREN

Obr. 10 Větrná elektrárna s horizontální osou

Obr. 11 Větrná elektrárna Hostýnské vrchy


Ing. Petr LITERÁK


18

Obr. 12 Větrné elektrárny v přímořských oblastech

Obr. 13 Montáž větrné elektrárny

Obr. 14 Větrná elektrárna s vertikální osou otáčení


Ing. Petr LITERÁK


19

Obr. 15 Jiná konstrukce elektrárny s vertikální osou

Obr. 16 Větrná farma

12 VĚTRNÉ ELEKTRÁRNY MALÉHO VÝKONU

Při využití malých větrných elektráren k zajištění dostatečného množství elektrické energie

pro napájení elektrických spotřebičů instalovaných v rodinném domě, obytné usedlosti či

rekreačním stavení je nutné, s přihlédnutím na nestálost větrného proudění vzduchu, doplnit

větrnou turbínu o další nezávislé zdroje elektřiny. Vhodné je vytvořit sestavu tvořenou

malou větrnou elektrárnou a soustavou solárních panelů odpovídajícího výkonu, které

společně dodávají elektrickou energii do akumulátorových baterií. Prostřednictvím DC/AC

měniče je stejnosměrná elektrická energie z akumulátorů upravena na běžné střídavé napětí

230V, 50Hz sinusového průběhu. Pro případ nedostatku energie musí být použitý ještě jeden


Ing. Petr LITERÁK


20

záložní nezávislý zdroj- generátor poháněný spalovacím motorem. Tímto způsobem lze

zajistit dodávku elektrické energie omezeného výkonu bez připojení na veřejnou rozvodnou

soustavu. Tento způsob zásobování obydlí elektrickou energii se označuje jako ostrovní

systém.

Obr. 17 Schéma ostrovního systému pro napájení domácnosti zelenou elektřinou

Toto schéma je kombinaci větrné a solární elektrárny doplněné generátorem se spalovacím

motorem.

Příklady instalací kombinací větrné a solární elektrárny:

Obr. 18 Přiklad energeticky soběstačného ostrovního systému


Ing. Petr LITERÁK


21

Obr. 19 Kombinace větrné a solární elektrárny

13 VÝHODY A NEVÝHODY ZAŘÍZENÍ NA VYUŽITÍ VĚTRU

13.1 Výhody

- větrné elektrárny využívají nevyčerpatelný obnovitelný zdroj energie- vítr

- neohrožují životní prostředí, neboť nevytváří škodlivý odpad

- energie větru je velmi levný, i když nestálý zdroj energie

- údržba větrných elektráren je minimální

13.2 Nevýhody

- vysoká pořizovací cena nosné konstrukce a větrného motoru s generátorem

- nákladné regulátory kmitočtu pro dodávku do veřejné elektrizační soustavy

- mění ráz krajiny

- ohrožují tažné ptáky

- nesnadná akumulace vyrobené elektrické energie pro případ bezvětří


Ing. Petr LITERÁK


22

14 ZHODNOCENÍ VĚTRNÝCH ELEKRÁREN

Pro hromadnější rozšíření výstavby větrných elektráren svědčí celá řada výhod, ale

i nevýhod. S přihlédnutí na stále se zvyšující spotřebu elektrické energie a ubývající zásoby

fosilních paliv, zejména uhlí a ropy, bude nezbytné neustále se rozšiřující využívání

obnovitelných zdrojů energie. V podmínkách České republiky se k těmto zdrojům řadí

zejména větrná energie. I při komplikacích s výběrem vhodných lokalit pro budování

větrných elektráren větších výkonů, bude jejich výstavba nezbytná. Výhodná se jeví

i výstavba malých větrných elektráren v kombinaci se solárními panely, jako doplňkový

zdroj ekologické elektrické energie pro maloodběratele.


Tomáš NEVŘELA

FOTOVOLTAIKA

23

15 FOTOVOLTAIKA

Fotovoltaika je technický obor zabývající se procesem přímé přeměny světla na elektrickou

energii. Název je odvozen od slova foto (světlo) a volt (jednotka elektrického napětí). Proces

přeměny probíhá ve fotovoltaickém článku.

Obr. 20 Znázornění principu přeměny slunečního záření na el. energii

Téměř veškerá energie, kterou na Zemi máme, pochází ze Slunce. Na území ČR dopadne za

rok asi milionkrát více energie, než je roční spotřeba elektřiny. Sluneční záření lze

nejefektivněji přeměňovat na teplo, přeměna na elektřinu je však dražší. Elektřinu lze

získávat přímo pomocí fotovoltaických panelů nebo nepřímo pomocí větrných a vodních

elektráren, nebo tepelných elektráren spalujících biomasu či bioplyn. Existují i zařízení, kde

je teplo spalovacího procesu nahrazeno teplem ze speciálních slunečních kolektorů.

Obr. 21 Způsob přeměny slunečního záření na elektrickou energii


Tomáš NEVŘELA

FOTOVOLTAIKA

24

16 ZAPOJENÍ SOLÁRNÍCH ČLÁNKŮ

Sériovým nebo i paralelním elektrickým propojením solárních článků vzniká po jejich

zapouzdření fotovoltaický panel. Články jsou sério-paralelně elektricky spojeny tak, aby

bylo dosaženo potřebného napětí a proudu. Panel musí zajistit hermetické zapouzdření

solárních článků, musí zajišťovat dostatečnou mechanickou a klimatickou odolnost (např.

vůči silnému větru, krupobití, mrazu apod.).

Obr. 22 Vlevo zobrazení solárního článku a vpravo umístění solárních panelů

s automatickým natáčením

17 SYSTÉMY PŘIPOJENÍ FOTOVOLTAICKÝCH ČLÁNKŮ

17.1 Systémy připojené k síti (grid-on)

Fotovoltaický zdroj elektřiny lze použít pro dodávku do distribuční sítě. Častěji se toto

zapojení využívá v budovách, kdy fotovoltaika napájí přednostně spotřebiče v domě. Není-li

v domě odběr, jsou přebytky prodávány do sítě. Avšak jsou tímto způsobem zkonstruovány

obrovské fotovotaické elektrárny, kdy jsou fotovoltaickými panely zastavěná volná

prostranství, pole, louky. Důvodem je pak především zisk díky výkupu takto vyrobené

elektrické energie předními distributory. Tyto systémy se obejdou bez poměrně nákladných

akumulátorů; jako nekonečně velký akumulátor jim slouží síť. Naopak vždy potřebují

střídač, který přemění stejnosměrný proud z panelů na střídavý, na který jsou spotřebiče

v domácnosti konstruovány.


Tomáš NEVŘELA

FOTOVOLTAIKA

25

Obr. 23 Propojení solárních panelů v systému grid-on

Obr. 24 Vlevo ilustrační schéma připojení systému „grid-on“ a vpravo plošné

rozmístění fotovoltaických panelů

17.2 Samostatné (ostrovní) systémy – grid-off

Ve středoevropských podmínkách se častěji využívá fotovoltaika v místech, kde není

k dispozici elektřina ze sítě. Tedy v případech, kdy jsou náklady na vybudování a provoz

přípojky vyšší než náklady na fotovoltaický systém (cca od vzdálenosti k rozvodné síti více

než 500 - 1 000 m, což je vždy nutno posoudit individuálně). Může to být chata, ale třeba

i obytný automobilový přívěs, kde je možno díky slunečnímu záření využívat komfortu

elektrického osvětlení, chladničky a dalších spotřebičů. Fotovoltaika také pohání nouzové

telefonní budky u dálnic nebo výstražnou dopravní signalizaci. Můžeme narazit i na

fotovoltaikou napájené parkovací automaty. Takové zařízení lze kdykoli snadno přemístit,

bez nutnosti zásahu do infrastruktury pro napojení k síti. U připojených spotřebičů se pak

klade důraz na nízkou spotřebu energie - čím menší spotřeba, tím menší a levnější je pak

i fotovoltaický systém. Trh nabízí nejrůznější spotřebiče konstruované na stejnosměrný

proud, od zářivek, přes chladničky, televize až třeba po vodní čerpadla.


Tomáš NEVŘELA

FOTOVOLTAIKA

26

Výkony se pohybují v řádech od 100 Wp do 10 kWp špičkového výkonu. Investiční náklady

na ostrovní systémy jsou v rozmezí 30 - 45 000 Kč/m2, což zhruba představuje

270 - 400 Kč/Wp.

Systémy s přímým napájením se používají tam, kde nevadí, že připojené elektrické

zařízení je funkční jenom po dobu dostatečné intenzity slunečního záření. Jedná se pouze

o propojení solárního modulu a spotřebiče. Příklad aplikace: čerpání vody pro závlahu,

napájení oběhového čerpadla solárního systému pro přípravu teplé užitkové vody, pohon

protislunečních clon nebo nabíjení akumulátorů malých přístrojů - mobilní telefon, svítilna

atd.

Obr. 25 Propojení solárních panelů přímo se spotřebičem

Systémy s akumulací elektrické energie se používají tam, kde potřeba elektřiny nastává

i v době bez slunečního záření. Z tohoto důvodu mají tyto ostrovní systémy speciální

akumulátorové baterie, konstruované pro pomalé nabíjení i vybíjení; automobilové

akumulátory se zde příliš nehodí. Optimální nabíjení a vybíjení akumulátorů je zajištěno

regulátorem dobíjení. K ostrovnímu systému lze připojit spotřebiče napájené stejnosměrným

proudem (napětí systému bývá zpravidla 12 nebo 24 V) a běžné síťové spotřebiče

230 V/~50 Hz napájené přes napěťový střídač.

Obr. 26 Zapojení systému s akumulací vyrobené energie


Tomáš NEVŘELA

FOTOVOLTAIKA

27

Obr. 27 Vlevo ilustrační schéma připojení systému „grid-off“ a vpravo instalace na

rodinném domě

18 FOTOVOLTAIKA V ARCHITEKTUŘE

Solární panely se nejčastěji umisťují tak, aby byly orientovány na jih, se sklonem 30° a 60°.

Tak získávají nejvíce energie. Zařízení, která panely automaticky naklápí a natáčejí za

Sluncem, se příliš nepoužívají, protože jsou nákladné. U větších systémů jsou solární panely

z estetických důvodů často integrovány do fasády domu, i když to z energetického hlediska

není nejvýhodnější. Architekt může při návrhu využít i to, že křemíkové články lze různě

zabarvit.

Obr. 28 Integrace fotovoltaických panelů do fasády domu


Tomáš NEVŘELA

FOTOVOLTAIKA

28

Obr. 29 Fotovoltaická elektrárna v Andalusii (Španělsko)

19 SOLÁRNÍ ELEKTRÁRNY V ČR

Obr. 30 Vývoj nárůstu fotovoltaických elektráren


Tomáš NEVŘELA

FOTOVOLTAIKA

29

Obr. 12: Vývoj nárůstu výkonu fotovoltaických elektráren

Obr. 13: Přehled největších solárních elektráren


Tomáš NEVŘELA

FOTOVOLTAIKA

30

Obr. 14: Počet fotovoltaických elektráren s výkonem nad 100kW v roce 2014


32

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

[1] iNELS: Systém inteligentní elektroinstalace. [online]. [cit. 2014-05-16]. Dostupné z:

http://www.inels.cz/

[2] Beranovský, J.; Truxa, J. a kolektiv: Alternativní energie pro váš dům.

EkoWATT,ERA group spol. s r. o. 2004, 2. Aktualizované vydání

[3] Kolektiv autorů: Průvodce energetickými úsporami a obnovitelnými zdroji energie.

Regionální energetické centrum, o. p. s., TG Tisk, s. r. o., Lanškroun

[4] Balák, R.; Prokeš, K.: Nové zdroje energie. Praha 1984, Polytechnická knižnice

[5] www.zelenymost.cz, www.tzb-info.cz, www.nalezeno.cz/energie/vetrna-energie,

archív foto Google

http://www.inels.cz/

http://www.tzb-info.cz/

http://www.nalezeno.cz/energie/vetrna-energie

Date post:	24-May-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	1 times
Download:	0 times

Podpora a rozvoj elektrotechnických a stavebních oborů v MSK … · 2014-10-23 · Informaní a...

Documents