În acest articol vom încerca să înțelegem conceptul de bază al unui invertor solar și, de asemenea, cum să realizăm un circuit invertor solar simplu, dar puternic.

Energia solară ne este disponibilă din abundență și este gratuită, în plus este o sursă naturală nelimitată de energie, care este ușor accesibilă tuturor.

Ce este atât de crucial la invertoarele solare?

Faptul este că nu există nimic crucial la invertoarele solare. Puteți folosi oricare circuit normal al invertorului , conectați-l cu un panou solar și obțineți ieșirea necesară de curent alternativ de la invertor.

Acestea fiind spuse, va trebui să selectați și configurați specificațiile corect, altfel puteți risca să vă deteriorați invertorul sau să provocați o conversie de energie ineficientă.

De ce Solar Inverter

Am discutat deja cum să folosim panourile solare pentru a genera electricitate din energie solară sau solară, în acest articol vom discuta despre un aranjament simplu care ne va permite să folosim energia solară pentru funcționarea aparatelor noastre de uz casnic.

Un panou solar este capabil să transforme razele solare în curent continuu la niveluri potențiale mai mici. De exemplu, poate fi specificat un panou solar pentru livrarea a 36 volți la 8 amperi în condiții optime.

Cu toate acestea, nu putem folosi această magnitudine a puterii pentru funcționarea aparatelor noastre de uz casnic, deoarece aceste aparate pot funcționa numai la potențialul de rețea sau la tensiuni cuprinse între 120 și 230 V.

Mai mult, curentul ar trebui să fie AC și nu DC așa cum este primit în mod normal de la un panou solar.

Am întâlnit o serie de circuite invertor postat în acest blog și am studiat modul în care funcționează.

Invertoarele sunt utilizate pentru conversia și intensificarea puterii bateriei de joasă tensiune la nivelurile de rețea de curent alternativ de înaltă tensiune.

Prin urmare, invertoarele pot fi utilizate în mod eficient pentru conversia DC-ului dintr-un panou solar în ieșiri de rețea care ar alimenta în mod adecvat echipamentele noastre domestice.

Practic în invertoare, conversia de la un potențial scăzut la un nivel ridicat de rețea intensificat devine fezabilă din cauza curentului mare disponibil în mod normal de la intrările de curent continuu, cum ar fi o baterie sau un panou solar. Puterea totală rămâne aceeași.

Înțelegerea specificațiilor curentului de tensiune

De exemplu, dacă furnizăm o intrare de 36 volți @ 8 amperi la un invertor și obținem o ieșire de 220 V @ 1,2 amperi ar însemna că tocmai am modificat o putere de intrare de 36 × 8 = 288 wați în 220 × 1,2 = 264 wați.

Prin urmare, putem vedea că nu este magie, ci doar modificări ale parametrilor respectivi.

Dacă panoul solar poate genera suficient curent și tensiune, ieșirea acestuia poate fi utilizată pentru acționarea directă a unui invertor și a aparatelor de uz casnic conectate și, de asemenea, simultan pentru încărcarea unei baterii.

Bateria încărcată poate fi utilizată pentru alimentarea sarcinilor prin invertor , în timpul nopții când energia solară nu este prezentă.

Totuși, dacă panoul solar are dimensiuni mai mici și nu poate genera suficientă energie, acesta poate fi utilizat doar pentru încărcarea bateriei și devine util pentru acționarea invertorului numai după apus.

Funcționarea circuitului

Referindu-ne la schema circuitului, putem asista la o configurare simplă folosind un panou solar, un invertor și o baterie.

Cele trei unități sunt conectate printr-un circuit regulator solar care distribuie puterea către unitățile respective după reglementări corespunzătoare ale puterii primite de la panoul solar.

Presupunând că tensiunea este de 36 și curentul de 10 amperi de la panoul solar, invertorul este selectat cu o tensiune de funcționare de intrare de 24 volți la 6 amperi, oferind o putere totală de aproximativ 120 de wați.

O fracțiune din amplificatorul panourilor solare care se ridică la aproximativ 3 amperi este economisită pentru încărcarea unei baterii, destinată utilizării după apusul soarelui.

De asemenea, presupunem că panoul solar este montat peste un tracker solar astfel încât să poată îndeplini cerințele specificate atâta timp cât soarele este vizibil deasupra cerului.

Puterea de intrare de 36 de volți este aplicată intrării unui regulator care îl reduce până la 24 de volți.

Sarcina conectată la ieșirea invertorului este selectată astfel încât să nu forțeze invertorul la mai mult de 6 amperi de la panoul solar. Din restul de 4 amperi, 2 amperi sunt furnizați bateriei pentru încărcarea acesteia.

Restul de 2 amperi nu sunt folosiți pentru a menține o eficiență mai bună a întregului sistem.

Circuitele sunt toate cele care au fost deja discutate în blogurile mele, putem vedea cum acestea sunt configurate în mod inteligent între ele pentru implementarea operațiunilor necesare.

Pentru un tutorial complet, vă rugăm să consultați acest articol: Tutorial Solar Inverter

Lista pieselor pentru secțiunea încărcătorului LM338

Toate rezistențele au 1/4 watt 5% CFR, cu excepția cazului în care este specificat.
R1 = 120 ohmi
P1 = 10K pot (2K este afișat neclar)
R4 = înlocuiește iit cu un link
R3 = 0,6 x 10 / baterie AH
Tranzistor = BC547 (nu BC557, este afișat greșit)
Regulator IC = LM338
Lista pieselor pentru secțiunea invertor
Toate piesele sunt de 1/4 wați, cu excepția cazului în care este specificat
R1 = 100k pot
R2 = 10K
R3 = 100K
R4, R5 = 1K
T1, T2 = mosfer IRF540
N1 --- N4 = IC 4093

Câteva părți rămase nu trebuie specificate și pot fi copiate așa cum se arată în diagramă.

Pentru încărcarea bateriilor de până la 250 Ah

Secțiunea încărcătorului din circuitul de mai sus poate fi actualizată în mod corespunzător pentru a permite încărcarea bateriilor cu curent ridicat în ordinea de la 100 AH la 250 Ah.

Pentru Baterie de 100 Ah puteți înlocui pur și simplu LM338 cu LM196 care este o versiune de 10 amp a LM338.

Un forboard tranzistorul TIP36 este integrat corespunzător în IC 338 pentru a facilita necesarul încărcare de curent mare .

Rezistența emițătorului TIP36 trebuie calculată în mod corespunzător, altfel tranzistorul ar putea arunca, faceți-o prin metoda de încercare și eroare, începeți cu 1 ohm inițial, apoi continuați reducându-l treptat până când cantitatea necesară de curent devine realizabilă la ieșire.

invertor solar de mare putere cu încărcător de baterie de mare curent

Adăugarea unei funcții PWM

Pentru a asigura o ieșire fixă de 220V sau 120V, un control PWM ar putea fi adăugat la proiectele de mai sus, așa cum se arată în următoarea diagramă. După cum se poate observa, poarta N1, care este configurată în principiu ca un oscilator de 50 sau 60Hz, este îmbunătățită cu diode și o potă pentru a activa o opțiune de ciclu de funcționare variabilă.

Prin ajustarea acestui pot, putem forța oscilatorul să creeze frecvențe cu diferite perioade de pornire / oprire, care la rândul lor vor permite activarea mosfets pentru a porni și opri cu aceeași rată.

Prin ajustarea temporizării ON / OFF a mosfetului putem varia proporțional inducția de curent din transformator, ceea ce ne va permite în cele din urmă să ajustăm tensiunea RMS de ieșire a invertorului.

Odată ce ieșirea RMS este fixă, invertorul va putea produce o ieșire constantă indiferent de variațiile tensiunii solare, până când, desigur, tensiunea scade sub specificația de tensiune a înfășurării primare a transformatorului.

Invertor solar folosind IC 4047

Așa cum s-a descris mai devreme, puteți atașa orice invertor dorit cu un regulator solar pentru implementarea unei funcții ușoare de invertor solar.

Următoarea diagramă arată cât de simplu Invertor IC 4047 poate fi utilizat cu același regulator solar pentru a obține 220 V c.a. sau 120 V c.a. de la panoul solar.

Invertor solar folosind IC 555

La fel, dacă sunteți interesat să construiți un mic invertor solar folosind IC 555, puteți face acest lucru foarte bine, prin integrarea unui Invertor IC 555 cu panou solar pentru a obține necesarul de 220V AC.

Invertor solar folosind tranzistorul 2N3055

2N3055 tranzistoare sunt foarte populare printre toți pasionații de electronice. Iar acest BJT uimitor vă permite să construiți invertoare destul de puternice cu un număr minim de piese.

Dacă sunteți unul dintre acei entuziaști care au câteva dintre aceste dispozitive în cutia de gunoi și sunteți interesat să creați un invertor solar rece folosindu-le, atunci următorul design simplu vă poate ajuta să vă îndepliniți visul.

Invertor solar simplu fără controler de încărcător

Pentru utilizatorii care nu sunt prea dornici să includă controlerul încărcătorului LM338, pentru simplitate, următorul cel mai simplu design al invertorului PV arată bine.

Chiar dacă bateria poate fi văzută fără un regulator, bateria se va încărca în mod optim, cu condiția ca panoul solar să primească cantitatea adecvată necesară de soare direct.

Simplitatea designului indică și faptul că baterii cu plumb acid nu sunt atât de greu de încărcat până la urmă.

Amintiți-vă, o baterie complet descărcată (sub 11V) poate necesita cel puțin 8 ore până la 10 ore de încărcare până când invertorul poate fi pornit pentru conversia necesară de 12V la 220V AC.

Comutare simplă de la solare la curent alternativ principal

Dacă doriți ca sistemul dvs. invertor solar să aibă posibilitatea de a trece automat de la panoul solar la rețeaua de rețea AC, puteți adăuga următoarea modificare a releului la intrarea regulatorului LM338 / LM196:

Adaptorul de 12V trebuie să fie evaluat pentru a se potrivi cu tensiunea bateriei și cu specificațiile Ah. De exemplu, dacă bateria este evaluată la 12 V 50 Ah, atunci adaptorul de 12 V poate fi evaluat la 15 V la 20 V și 5 amp

Invertor solar folosind convertorul Buck

În discuția de mai sus am învățat cum să facem un invertor solar simplu cu încărcător de baterie folosind circuite integrate liniare precum LM338, LM196 , care sunt excelente atunci când tensiunea și curentul panoului solar sunt aceleași cu cerințele invertorului.

În astfel de cazuri, puterea invertorului este mică și limitată. Pentru încărcările invertoarelor cu o putere semnificativ mai mare, puterea de ieșire a panoului solar va trebui, de asemenea, să fie mare și egală cu cerințele.

În acest scenariu, curentul panoului solar va trebui să fie semnificativ ridicat. Dar, din moment ce panourile solare sunt disponibile cu curent ridicat, tensiunea joasă face invertorul solar de putere mare în ordinea de la 200 wați la 1 kva nu pare ușor de realizat.

Cu toate acestea, panourile solare de înaltă tensiune și curent scăzut sunt ușor disponibile. Și din moment ce puterea este W = V x I , panourile solare cu tensiuni mai mari pot contribui cu ușurință la un panou solar de putere mai mare.

Acestea fiind spuse, aceste panouri solare de înaltă tensiune nu pot fi utilizate pentru aplicații de invertor de joasă tensiune, de înaltă tensiune, deoarece tensiunile pot să nu fie compatibile.

De exemplu, dacă avem un panou solar de 60 V, 5 Amp și un invertor de 12 V 300 W, deși puterea nominală a celor două omologi poate fi similară, acestea nu pot fi conectate din cauza diferențelor de tensiune / curent.

Aici este un convertor Buck este foarte util și poate fi aplicat pentru conversia tensiunii în exces a panoului solar în exces de curent și pentru scăderea tensiunii în exces, conform cerințelor invertorului.

Realizarea unui circuit invertor solar de 300 de wați

Să presupunem că dorim să facem un circuit invertor de 300 W de 12 V dintr-un panou solar cu 32 V, 15 Amperi.

Pentru aceasta vom avea nevoie de un curent de ieșire de 300/12 = 25 Amperi de la convertorul buck.

Următorul convertor simplu de la ti.com arată extrem de eficient în furnizarea puterii necesare pentru invertorul nostru solar de 300 de wați.

Fixăm parametrii importanți ai convertorului buck așa cum sunt prezentați în următoarele calcule:

Cerințe de design
• Tensiunea panoului solar VI = 32 V
• Ieșire convertor Buck VO = 12 V
• IO ieșire convertor Buck = 25 A
• Frecvența de operare a convertorului Buck fOSC = frecvența de comutare de 20 kHz
• VR = 20-mV vârf-la-vârf (VRIPPLE)
• ΔIL = 1,5-A schimbarea curentului inductorului

d = ciclu de funcționare = VO / VI = 12 V / 32 V = 0,375
f = 20 kHz (obiectiv de proiectare)
ton = timp pornit (S1 închis) = (1 / f) × d = 7,8 μs
toff = off time (S1 deschis) = (1 / f) - ton = 42,2 μs
L ≉ (VI - VO) × ton / ΔIL
≉ [(32 V - 12V) × 7,8 μs] / 1,5 A
≉ 104 μH

Acest lucru ne oferă specificațiile inductorului convertorului buck. Cablul SWG poate fi optimizat prin unele încercări și erori. Un fir de cupru super smaltat de 16 SWG ar trebui să fie suficient de bun pentru a gestiona curentul de 25 Amperi.

Calculul condensatorului de filtrare de ieșire pentru convertorul Buck

După ce se determină inductorul de ieșire, valoarea condensatorului de filtrare de ieșire poate fi calculată pentru a se potrivi cu specificațiile de undă de ieșire. Un condensator electrolitic ar putea fi imaginat ca o relație de serie a unei inductanțe, a unei rezistențe și a unei capacități. Pentru a oferi o filtrare decentă a ondulației, frecvența de ondulare trebuie să fie mult mai mică decât frecvențele în care inductanța seriei devine critică.

Prin urmare, ambele elemente cruciale sunt capacitatea și rezistența efectivă în serie (ESR). cel mai mare VSH este calculat în conformitate cu relația dintre tensiunea de ondulare vârf-la-vârf aleasă și curentul de ondulare de vârf la vârf.

ESR = ΔVo (ripple) / ΔIL = V / 1,5 = 0,067 Ohmi

Cea mai mică valoare a capacității C recomandată pentru a avea grijă de tensiunea de ondulare VO la o cerință de proiectare mai mică de 100 mV este exprimată în următoarele calcule.

C = ΔIL / 8fΔVo = 1,5 / 8 x 20 x 10³x 0,1 V = 94 uF , deși mai mare decât acest lucru va ajuta doar la îmbunătățirea răspunsului de ieșire a convertorului buck.

Configurarea ieșirii Buck pentru invertorul solar

Pentru a configura cu precizie ieșirea de 12 V, 25 Amperi, trebuie să calculăm rezistențele R8, R9 și R13.

“care este diferența dintre un motor și un generator ”

R8 / R9 decide tensiunea de ieșire care ar putea fi modificată utilizând aleatoriu un 10K pentru R8 și un pot de 10k pentru R9. Apoi, reglați potul de 10K pentru a obține tensiunea de ieșire exactă a invertorului.

R13 devine rezistența de detectare a curentului pentru convertorul Buck și asigură faptul că invertorul nu poate extrage niciodată curent de peste 25 Amp de pe panou și este oprit într-un astfel de scenariu.

Rezistențele R1 și R2 stabilesc referința de aproximativ 1 V pentru intrarea inversă a amplificatorului intern de limitare a curentului TL404. Rezistorul R13, care este conectat în serie cu sarcina, furnizează 1 V la terminalul neinversibil al amplificatorului de eroare de limitare a curentului imediat ce curentul invertorului se extinde la 25 A. PWM-ul pentru BJT-uri este astfel limitat la controlați aportul suplimentar de curent. Valoarea R13 este calculată conform:

R13 = 1 V / 25 A = 0,04 Ohmi

Putere = 1 x 25 = 25 wați

Odată ce convertorul buck de mai sus este construit și testat pentru conversia necesară a tensiunii în exces a panoului în exces de curent de ieșire, este timpul să conectați orice calitate bună Invertor de 300 wați cu convertorul buck, cu ajutorul următoarei diagrame bloc:

Invertor / încărcător solar pentru proiectul științific

Următorul articol de mai jos explică un circuit invertor solar simplu pentru începători sau elevi.

Aici bateria este conectată direct la panou pentru simplitate, și un sistem de releu automat pentru comutarea bateriei la invertor în absența energiei solare.

Circuitul a fost solicitat de doamna Swati Ojha.

Etapele circuitului

Circuitul constă în principal din două etape și anume: a invertor simplu , și trecerea automată a releului.

În timpul zilei, atât de mult timp, lumina soarelui rămâne destul de puternică, tensiunea panoului este utilizată pentru încărcarea bateriei și, de asemenea, pentru alimentarea invertorului prin contactele de comutare a relei.

Presetarea circuitului de comutare automată este setată astfel încât releul asociat să se declanșeze atunci când tensiunea panoului scade sub 13 volți.

Acțiunea de mai sus deconectează panoul solar de la invertor și conectează bateria încărcată la invertor, astfel încât sarcinile de ieșire să continue să ruleze folosind energia bateriei.

Funcționarea circuitului:

Rezistoarele R1, R2, R3, R4 împreună cu T1, T2 și transformatorul formează secțiunea invertorului. 12 volți aplicați peste robinetul central și solul pornește invertorul imediat, totuși aici nu conectăm bateria direct în aceste puncte, mai degrabă printr-o etapă de comutare a releului.

Tranzistorul T3 cu componentele asociate și releul formează schimbarea releului peste etapă LDR este păstrat în afara casei sau într-o poziție în care poate simți lumina zilei.

Presetarea P1 este reglată astfel încât T3 să nu mai conducă și să întrerupă releul în cazul în care lumina ambientală scade sub un anumit nivel, sau pur și simplu când tensiunea scade sub 13 volți.

Acest lucru se întâmplă în mod evident atunci când lumina soarelui devine prea slabă și nu mai este capabilă să susțină nivelurile de tensiune specificate.

Cu toate acestea, atâta timp cât lumina solară rămâne strălucitoare, releul rămâne declanșat, conectând tensiunea panoului solar direct la invertor (robinetul central al transformatorului) prin contactele N / O. Astfel, invertorul devine utilizabil prin panoul solar în timpul zilei.

Panoul solar este, de asemenea, utilizat simultan pentru încărcarea bateriei prin D2 în timpul zilei, astfel încât să se încarce complet până la amurg.

Panoul solar este selectat astfel încât să nu genereze niciodată mai mult de 15 volți, chiar și la nivelurile maxime ale luminii solare.
Puterea maximă de la acest invertor nu va depăși 60 de wați.

Lista pieselor pentru invertorul solar propus cu circuit de încărcare destinat proiectelor științifice.