STŘEDA SUDÁ 15:00-17:30 1.POLOLETÍ 

Chceš porozumět tomu, jak vzniká elektrická energie, jak fungují moderní elektrárny a jak efektivně využít energii ze slunce? Přihlas se do našeho kroužku elektroenergetiky a moderních zdrojů, kde teorii okamžitě proměníš v praxi při stavbě vlastních funkčních systémů!

Naučíš se:

• jak fungují elektrárny, generátory a točivé stroje,
• principy fotovoltaických panelů a jak z nich získat maximum energie,
• pracovat s bateriemi, bezpečně je nabíjet a měřit jejich kapacitu,
• navrhnout a vytisknout díly na 3D tiskárně pro vlastní konstrukce,
• sestavit a naprogramovat chytrý solární tracker, který se sám otáčí za světlem.

Každý projekt bude mít jasný cíl – od pochopení fyzikálního principu přes návrh a 3D tisk konstrukce až po oživení elektronikou. Postupně si tak vyzkoušíš práci energetika, konstruktéra i mechatronika.

Četnost: 1x za 14 dní (kromě státních svátků)

V případě dotazů pište na pr410@vsb.cz

Organizátoři si vyhrazují právo na změnu ve složení přihlášených účastníků, pokud to bude nezbytné pro zajištění řádného průběhu výuky (zejména v případě nespolupráce účastníka s lektory).

Organizátoři si vyhrazují možnost změn v níže popsaném programu kroužku.

1. POLOLETÍ — Základy

A) Teorie elektroenergetiky a fyzikální principy

Výroba a přeměna energie

• Vysvětlení cesty elektřiny ze zásuvky zpět k elektrárně a ke spotřebiteli.
• Porovnání hlavních typů elektráren (tepelné, jaderné, vodní, větrné, solární) podle zdroje a šetrnosti k přírodě.
• Pochopení principu elektromagnetické indukce a točivých strojů pomocí pokusů s cívkou a magnetem.
• Seznámení se základními veličinami (napětí, proud, výkon).

Fotovoltaika a sluneční záření

• Vysvětlení principu přeměny světla na elektřinu v solárním článku.
• Ověření vlivu sklonu panelu, síly světla a zastínění na množství vyrobené elektřiny.
• Pochopení rozdílu mezi sériovým a paralelním zapojením panelů.
• Nalezení nejlepšího úhlu a polohy panelu pro získání maxima energie ze Slunce.

Bezpečnost a měření v elektrotechnice

• Osvojení pravidel bezpečné práce s malým napětím a točivými modely.
• Zvládnutí základního měření multimetrem: napětí baterie, průchod proudu a kontrola spojení obvodu.
• Pochopení nebezpečí zkratu a správného zacházení s měřicími hroty.

B) Konstrukce, mechatronika a řízení

Konstrukce a 3D tisk pro energetiku

• Základní modelování v prostředí TinkerCAD: spojování těles, vytváření otvorů a přesné rozměry.
• Úprava a domodelování vlastního držáku solárního panelu na servomotor.
• Příprava modelu pro 3D tisk ve sliceru: otočení dílu na podložce a nastavení pevnosti výtisku.

Senzorika a mikrokontroléry

• Pochopení funkce fotorezistoru jako elektronického oka reagujícího na světlo a stín.
• Seznámení s mikrokontrolérem (Arduino) jako malým počítačem, který čte senzory a řídí motory.
• Zapojení jednoduchých pokusných obvodů na nepájivém poli bez nutnosti pájení.

Algoritmizace a řízení

• Seznámení s blokovým programováním nebo vizuálním zápisem logiky.
• Sestavení základní podmínky řízení: pokud je vlevo více světla než vpravo, otoč motor doleva.
• Nastavení pásma klidu, aby se servomotor netřásl a nereagoval na nepatrné změny světla.

C) Praktická realizace — 1-osý solární tracker

Laboratorní měření a pokusy

• Sestavení pokusného obvodu s magnetem a cívkou pro vlastní rozsvícení LED diody pohybem.
• Změření napětí a proudu solárního panelu při otáčení za stolní lampou nebo Sluncem.
• Vyzkoušení napájení malé zátěže (LED světlo, malý motorek) přímo ze sluneční energie.

Prototypování a montáž

• Vytištění připravených konstrukčních dílů na 3D tiskárně a jejich začištění.
• Mechanické sestavení otočného ramene a upevnění servomotoru k základně.
• Zapojení senzorů světla, servomotoru a desky na nepájivém poli podle schématu.

Oživení, programování a bilance

• Nahrání programu do mikrokontroléru a odladění otáčení za baterkou.
• Vyzkoušení chování trackeru venku na slunci a při zatažené obloze.
• Porovnání vyrobené energie mezi pevným panelem a natáčecím modelem za stejný čas.

2. POLOLETÍ — Prohloubení

A) Pokročilá elektroenergetika a akumulace

Akumulace energie a chemické zdroje

• Rozlišení běžných typů baterií (tužkové, lithiové v mobilu, autobaterie) a jejich bezpečné použití.
• Pochopení principu ukládání energie ze slunce pro dobu, kdy je tma nebo zataženo.
• Vysvětlení významu ochranného obvodu (BMS) pro bezpečnost baterie před přebitím a úplným vybitím. Seznámení s pojmem kapacita baterie (jak dlouho vydrží napájet dané zařízení).

Přeměna napětí a regulace

• Pochopení funkce měničů napětí pro přizpůsobení energie z panelu pro nabíjení baterie nebo mobilu.
• Porovnání neefektivního zahřívání součástek s moderními úspornými měniči.
• Vysvětlení principu chytrého nabíjení ze slunce pro získání největšího možného výkonu.
• Ukázka přeměny stejnosměrného proudu z baterie na střídavý pro běžné domácí spotřebiče.

Chytrá síť a hospodaření s energií

• Pochopení fungování ostrovního systému na chatě bez připojení k rozvodné síti.
• Hledání řešení pro chvíle, kdy slunce nesvítí a spotřeba je vysoká.
• Nastavení pravidel pro šetření: odpojení méně důležitých spotřebičů při slabé baterii.

B) Pokročilé řízení, telemetrie a technická dokumentace

Logika sledování Slunce ve 2 osách

• Pochopení dráhy Slunce po obloze během dne (východ–západ) i během roku (léto–zima).
• Rozšíření snímání světla na 4 senzory oddělené křížovou stínicí přepážkou.
• Přidání funkce nočního spánku: automatický návrat panelu na ranní východní pozici při setmění.

 Měření výkonu a displej

• Připojení jednoduchého digitálního senzoru pro současné měření napětí a proudu.
• Zobrazení aktuálního výkonu a celkové vyrobené energie na malém displeji.
• Sledování výroby energie na obrazovce počítače v přehledném grafu.

Plánování zapojení a přehlednost

• Kreslení přehledného diagramu zapojení vlastního systému.
• Dodržování barevného značení vodičů pro snadné hledání chyb.
• Pochopení významu pojistky jako ochrany před poškozením zařízení nebo zkratem.

C) Praktická realizace

Stavba 2-osého polohovacího systému

• Přestavba trackeru z 1. pololetí na dvouosý model s druhým servomotorem (otáčení i náklon).
• Sestavení čtyřsměrové senzorické hlavice se stínicí přepážkou pro přesné navádění.
• Nastavení bezpečných rozsahů pohybu motorů v programu, aby nedošlo k poškození mechaniky.