Smart city - fotovoltaický (solární) článek

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F26916622%3A_____%2F22%3AN0000006" target="_blank" >RIV/26916622:_____/22:N0000006 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Smart city - fotovoltaický (solární) článek

Popis výsledku v původním jazyce

Cílem projektu příjemce byl výzkum a vývoj inteligentního osvětlení dopravního značení a zároveň výzkum a vývoj v oblasti sběru a vyhodnocení dopravních dat za účelem zvyšování bezpečnosti na silnicích. Na projektu pracoval příjemce s partnerem projektu APL Expert s.r.o. Projekt byl zaměřen na využití nejmodernějších ICT řešení v souladu s aktuálním trendem budování konceptu Smart Cities. Výsledkem je inteligentní osvětlení, které umí na základě vyhodnocení situace použít různé tóny barev a další funkce (např. blikání či podsvícení okolí). Osvětlení může být použito u dopravních značek, zastávek autobusů, tramvají, trolejbusů a jejich jízdních řádů či u informačních ploch. Systém je schopen informovat řidiče a generovat aktuální informace o dopravě, data je možné exportovat pro účely tzv. telemetrie. Sběr a vyhodnocování dat o dopravních podmínkách a provozu je realizován centrálně na vzdáleném serveru, kam jsou data zasílána. Přístup k datům je umožněn městům, dopravním společnostem, dopravním podnikům, společnostem řízených státem s dohledem nad dopravní infrastrukturou. Uživatelé mají k dispozici data v reálném čase, a to nejen o stavu dopravy a pohybu chodců, ale také o okolních podmínkách (teplota, vlhkost, okolní jas). Inteligentní dopravní značka posílá zároveň provozní data o sobě samé (např. stav baterií, využití fotovoltaiky, stav komunikace). Výstup projektu tvoří 1 prototyp softwaru (řídící a obslužný software) a 6 prototypů hardwaru – prototyp LED osvětlení, prototyp bateriového úložiště, prototyp fotovoltaického článku, prototyp řídící elektroniky, prototyp komunikačních modulů a prototyp technického provedení (tvarové konstrukce). Kombinací těchto prvků vzniklo unikátní inteligentní osvětlení, které nejenže zefektivňuje viditelnost dopravních značek a důležitých dopravních sdělení, ale díky zabudování senzorů v HW prvku jsou značky schopny samy vyhodnocovat okolní prostředí. Fotovoltaický článek přeměňuje sluneční energii na elektrickou a zejména v letních měsících je schopen dodat dostatečnou energii na provoz dopravní značky. V zimních měsících je pro osvětlení dopravní značky nutno používat systém externí bateriové soustavy. Po zohlednění všech požadavků byly zanalyzovány a sestaveny dva polykrystalické fotovoltaické panely s výstupem 12 V v zapojení do série k dosažení 24V systému, a to o výkonu 2 x 50Wp. V návaznosti na technické řešení prototypu solárního článku byl vyvinut elektronický prvek nazývaný fotovoltaický regulátor. Tento prvek slouží ke zpracování elektrické energie z fotovoltaických panelů, a to při co nejvyšší účinnosti. Regulátor řídí nabíjení akumulátoru, chrání ho proti přebití a zároveň proti hlubokému vybíjení, které by mohlo akumulátor nenávratně poškodit. Finální řešení fotovoltaického regulátoru vychází z využití metody Perturb & Observe rozšířené o fuzzy logiku pro dosažení lepších výsledků. Samotná metoda regulace „vychyl a vyhodnoť“ je algoritmus, který periodicky vychyluje pracovní napětí panelu známým směrem (napětí snižuje a zvyšuje).

Název v anglickém jazyce

Smart city - photovoltaic (solar) cell

Popis výsledku anglicky

The goal of the project was research and development of intelligent lighting for road markings and at the same time research and development in the field of collection and evaluation of traffic data for the purpose of increasing road safety. The recipient worked on the project with project partner APL Expert s.r.o. The project was focused on the use of the most modern ICT solutions in accordance with the current trend of building the concept of Smart Cities. The result is intelligent lighting that can use different color tones and other functions (e.g. flashing or backlighting of the surroundings) based on the evaluation of the situation. Lighting can be used at road signs, bus stops, trams, trolleybuses and their timetables or information areas. The system is able to inform the driver and generate up-to-date traffic information, the data can be exported for the purposes of so-called telemetry. The collection and evaluation of data on traffic conditions and traffic is realized centrally on a remote server, where the data is sent. Access to the data is enabled for cities, transport companies, transport companies, state-run companies with oversight of transport infrastructure. Users have real-time data available, not only about the state of traffic and pedestrian movement, but also about the surrounding conditions (temperature, humidity, ambient brightness). At the same time, the intelligent traffic sign sends operational data about itself (e.g. battery status, use of photovoltaics, communication status). The output of the project consists of 1 software prototype (cloud solution) and 6 hardware prototypes – LED lighting prototype, battery storage prototype, photovoltaic cell prototype, control electronics prototype, communication module prototype and technical design prototype (shaped structure). The combination of these elements resulted in unique intelligent lighting, which not only makes the visibility of road signs and important traffic messages more efficient, but thanks to the built-in sensors in the HW element, the signs are able to evaluate the surrounding environment by themselves. The photovoltaic cell converts solar energy into electricity and, especially in the summer months, is able to supply enough energy to operate the traffic sign. In the winter months, an external battery system must be used for road sign lighting. After taking into account all the requirements, two polycrystalline photovoltaic panels with 12 V output were analyzed and assembled in series to achieve a 24 V system, with a power of 2 x 50 Wp. Following the technical solution of the solar cell prototype, an electronic element called a photovoltaic regulator was developed. This element is used to process electrical energy from photovoltaic panels, with the highest possible efficiency. The regulator controls the charging of the accumulator, protects it against overcharging and at the same time against deep discharge, which could irreversibly damage the accumulator. The final solution of the photovoltaic controller is based on the use of the Perturb & Observe method extended by fuzzy logic to achieve better results. The "deflection and evaluate" regulation method itself is an algorithm that periodically deflects the working voltage of the panel in a known direction (decreases and increases the voltage).

Druh

G_prot - Prototyp

CEP obor

—

OECD FORD obor

20201 - Electrical and electronic engineering

Projekt

<a href="/cs/project/EG17_176%2F0014615" target="_blank" >EG17_176/0014615: Inteligentní osvětlení dopravních značek</a><br>

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Rok uplatnění

2022

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Interní identifikační kód produktu

Smart city - fotovoltaický (solární) článek

Číselná identifikace

—

Technické parametry

Fotovoltaický článek přeměňuje sluneční energii na elektrickou a zejména v letních měsících je schopen dodat dostatečnou energii na provoz dopravní značky. Po zohlednění všech požadavků byly zanalyzovány a sestaveny dva polykrystalické fotovoltaické panely s výstupem 12 V v zapojení do série k dosažení 24V systému, a to o výkonu 2 x 50Wp. V návaznosti na technické řešení prototypu solárního článku byl vyvinut fotovoltaický regulátor. Regulátor řídí nabíjení akumulátoru, chrání ho proti přebití a zároveň proti hlubokému vybíjení, které by mohlo akumulátor nenávratně poškodit. Řešení fotovoltaického regulátoru vychází z využití metody Perturb & Observe rozšířené o fuzzy logiku pro dosažení lepších výsledků. Metoda regulace „vychyl a vyhodnoť“ (Perturb & Observe) periodicky vychyluje pracovní napětí panelu známým směrem (napětí snižuje a zvyšuje). Poté je vyhodnocena derivace výkonu podle napětí a podle toho se určuje následující směr dalšího vychýlení. Pokud derivace probíhá kladným směrem, je vyhodnocena jako správná a pokračuje dál. V případě, že je derivace vyhodnocena záporným směrem, následně bude pokračovat opačným směrem. Pomocí tohoto algoritmu je nalezena maximální hodnota výkonu fotovoltaického panelu. Metoda je rozšířená o fuzzy logiku. Fuzzyfikace je přepočet vstupní hodnoty každého vstupu na váhové hodnoty jednotlivých fuzzy hodnot. Dále jsou určena pravidla, na základě kterých se určuje chování fuzzy metody. Počet pravidel je dán součtem všech fuzzy hodnot pro jednotlivé proměnné. Výsledek je pak zprůměrován a následně pomocí převodní funkce defuzzyfikován na výstup, pomocí kterého je regulováno pracovní napětí fotovoltaického panelu. Fyzická realizace napájecího měniče je založena na principu snižujícího step-down měniče, využívající přímé řízení z mikrokontroléru. Tato architektura dosahuje velice nízkých ztrát a vysoké efektivity. Tato elektronická část je z funkčních důvodů přímo umístěna na prototypu řídící elektroniky.

Ekonomické parametry

Kompletní řešení bude nabízeno ve výběrových řízeních dopravním podnikům, státním organizacím či obcím. Vzhledem k inovacím a modernizaci řešení se předpokládá velký zájem u dopravních podniků v ČR a SR a vzhledem ke konkurenceschopné nabízené ceně i na zahraničních trzích v Evropě. Podpůrnými marketingovými nástroji bude prezentace na stránkách www.iisign.cz, zveřejňování pozitivních referencí z úspěšně realizovaných projektů ve městech, oslovení obcí a dopravních podniků v ČR s možností zlepšit dopravní informovanost na vozovkách, účast na veletrzích či prezentace řešení v zahraničí dle předem zjištěných nejvhodnějších marketingových postupů dle dané ekonomiky a pravidel dané země pro soutěžení podobných veřejných zakázek. Přínosy je posunutí činností příjemce do kategorie s vyšší technologickou úrovní, rozšíření portfolia, upevnění pozice na trhu, udržení konkurenceschopnosti, zvýšení tržeb a obratu, rozvoj spolupráce v oblasti VaV s vědeckovýzkumnými organizacemi či spolupráce s BESIP a Policií ČR.

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

26916622

Název vlastníka

Compactive, s.r.o.

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

A - K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence

Požadavek na licenční poplatek

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Adresa www stránky s výsledkem

—