V tomto článku se pokusíme porozumět základnímu konceptu solárního invertoru a také tomu, jak vytvořit jednoduchý, ale výkonný obvod solárního invertoru.

Solární energie je nám hojně k dispozici a je zdarma k použití, navíc je to neomezený, nekonečný přírodní zdroj energie, snadno dostupný pro nás všechny.

Co je na solárních invertorech tak zásadní?

Faktem je, že na solárních invertorech není nic zásadního. Můžete použít jakýkoli normální obvod měniče , připojte jej solárním panelem a získejte požadovaný střídavý výstup ze střídače.

Možná budete muset vybrat a konfigurovat specifikace správně, jinak byste se mohli vystavit riziku poškození střídače nebo neefektivní konverze výkonu.

Proč solární invertor

Již jsme diskutovali o tom, jak používat solární panely k výrobě elektřiny ze solární nebo sluneční energie, v tomto článku budeme diskutovat o jednoduchém uspořádání, které nám umožní využívat solární energii k provozu našich domácích spotřebičů.

Solární panel je schopen převádět sluneční paprsky na stejnosměrný proud při nižších úrovních potenciálu. Například může být specifikován solární panel pro dodávání 36 voltů při 8 ampérech za optimálních podmínek.

Tuto velikost energie však nemůžeme použít k provozu našich domácích spotřebičů, protože tyto spotřebiče mohou pracovat pouze při síťovém potenciálu nebo při napětí v rozmezí 120 až 230 V.

Dále by měl být proud střídavý a ne stejnosměrný, jak se běžně přijímá ze solárního panelu.

Narazili jsme na řadu obvody střídače zveřejněny v tomto blogu a studovali jsme, jak fungují.

Střídače se používají k přeměně a zvýšení výkonu nízkonapěťového akumulátoru na vysokonapěťové střídavé úrovně.

Proto mohou být střídače účinně použity pro převod stejnosměrného proudu ze solárního panelu na síťové výstupy, které by vhodně napájely naše domácí zařízení.

V zásadě u střídačů je převod z nízkého potenciálu na zvýšenou vysokou úroveň sítě proveditelný kvůli vysokému proudu, který je běžně dostupný ze stejnosměrných vstupů, jako je baterie nebo solární panel. Celkový příkon zůstává stejný.

Porozumění specifikacím napěťového proudu

Například pokud do střídače dodáváme vstup 36 voltů @ 8 ampérů a získáme výstup 220 V @ 1,2 ampérů, znamenalo by to, že jsme právě upravili vstupní výkon 36 × 8 = 288 wattů na 220 × 1,2 = 264 wattů.

Proto vidíme, že to není žádná magie, pouze úpravy příslušných parametrů.

Pokud je solární panel schopen generovat dostatek proudu a napětí, může být jeho výstup použit pro přímý provoz střídače a připojených domácích spotřebičů a současně pro nabíjení baterie.

Nabitou baterii lze použít pro napájení zátěží přes střídač , v nočních hodinách, kdy není přítomna sluneční energie.

Pokud je však solární panel menší velikosti a není schopen generovat dostatečný výkon, lze jej použít pouze pro nabíjení baterie a pro provoz střídače se stane užitečným až po západu slunce.

Obvodový provoz

S odkazem na schéma zapojení jsme svědky jednoduchého nastavení pomocí solárního panelu, invertoru a baterie.

Tyto tři jednotky jsou propojeny prostřednictvím a obvod solárního regulátoru který distribuuje energii do příslušných jednotek po příslušných regulacích přijatého výkonu ze solárního panelu.

Za předpokladu, že napětí ze solárního panelu bude 36 a proud bude 10 ampérů, je střídač vybrán se vstupním provozním napětím 24 voltů @ 6 ampérů, což poskytuje celkový výkon přibližně 120 wattů.

Zlomek zesilovače solárních panelů, který činí přibližně 3 ampéry, je ušetřen pro nabíjení baterie, která má být použita po západu slunce.

Rovněž předpokládáme, že solární panel je namontován nad a solární tracker tak, aby byla schopna splnit stanovené požadavky, pokud je slunce vidět na obloze.

Vstupní výkon 36 voltů se aplikuje na vstup regulátoru, který jej ořízne na 24 voltů.

Zátěž připojená k výstupu střídače je zvolena tak, aby nevynucovala střídač více než 6 ampér ze solárního panelu. Ze zbývajících 4 ampérů jsou pro nabíjení do baterie dodávány 2 ampéry.

Zbývající 2 zesilovače se nepoužívají kvůli zachování lepší účinnosti celého systému.

Okruhy jsou všechny ty, které již byly diskutovány v mých blogech, můžeme vidět, jak jsou navzájem inteligentně konfigurovány pro provádění požadovaných operací.

Kompletní výukový program najdete v tomto článku: Výukový program pro solární invertory

Seznam dílů pro sekci nabíječek LM338

Všechny rezistory mají 1/4 watt 5% CFR, pokud není uvedeno jinak.
R1 = 120 ohmů
P1 = 10K hrnec (2K je chybně zobrazen)
R4 = nahradit iit odkazem
R3 = 0,6 x 10 / baterie AH
Tranzistor = BC547 (není BC557, je zobrazen omylem)
Regulátor IC = LM338
Seznam dílů pro sekci střídače
Všechny díly mají 1/4 wattu, pokud není uvedeno jinak
R1 = hrnec 100 tis
R2 = 10 tis
R3 = 100 tis
R4, R5 = 1K
T1, T2 = mosfer IRF540
N1 --- N4 = IC 4093

Zbývající část dílů není třeba specifikovat a lze je kopírovat, jak je znázorněno na obrázku.

Pro nabíjení baterií do 250 Ah

Sekce nabíječky ve výše uvedeném obvodu může být vhodně vylepšena pro umožnění nabíjení silnoproudých baterií řádově od 100 AH do 250 Ah.

Pro 100Ah baterie LM338 můžete jednoduše vyměnit za LM196 což je 10 ampérová verze LM338.

Přívěsný tranzistor TIP36 je vhodně integrován do IC 338 pro usnadnění požadovaného nabíjení vysokým proudem .

Emitorový rezistor TIP36 musí být vypočítán odpovídajícím způsobem, jinak by tranzistor mohl jen odfouknout, udělat to metodou pokusu a omylu, nejprve začít s 1 ohm, pak postupně snižovat, dokud nebude na výstupu dosažitelné požadované množství proudu.

vysoce výkonný solární invertor s vysoce aktuální nabíječkou baterií

Přidání funkce PWM

Pro zajištění pevného výstupu 220V nebo 120V by bylo možné do výše uvedených návrhů přidat ovládání PWM, jak je znázorněno v následujícím diagramu. Jak je vidět, brána N1, která je v zásadě konfigurována jako oscilátor 50 nebo 60 Hz, je vylepšena diodami a nádobou pro povolení možnosti variabilního pracovního cyklu.

Nastavením tohoto potu můžeme donutit oscilátor k vytváření frekvencí s různými periody ON / OFF, což zase umožní mosfety pro zapnutí a vypnutí se stejnou sazbou.

Nastavením časování zapnutí / vypnutí mosfetu můžeme proporcionálně měnit indukci proudu v transformátoru, což nám nakonec umožní upravit výstupní RMS napětí střídače.

Jakmile je výstupní RMS pevný, invertor bude schopen produkovat konstantní výstup bez ohledu na kolísání solárního napětí, dokud napětí samozřejmě neklesne pod specifikaci napětí primárního vinutí transformátoru.

Solární invertor využívající IC 4047

Jak bylo popsáno výše, můžete k implementaci snadné funkce solárního střídače připojit libovolný požadovaný střídač se solárním regulátorem.

Následující diagram ukazuje, jak jednoduché Střídač IC 4047 lze použít se stejným solárním regulátorem pro získání 220 V AC nebo 120 V AC ze solárního panelu.

Solární invertor využívající IC 555

Podobně, pokud máte zájem postavit malý solární střídač pomocí IC 555, můžete to udělat velmi dobře, integrováním Střídač IC 555 se solárním panelem pro získání požadovaných 220V AC.

Solární invertor využívající tranzistor 2N3055

The 2N3055 tranzistory jsou velmi oblíbené u všech elektronických nadšenců. A tento úžasný BJT umožňuje stavět docela výkonné střídače s minimálním počtem dílů.

Pokud jste jedním z těch nadšenců, kteří mají některá z těchto zařízení ve své nevyžádané schránce a máte zájem o vytvoření chladného malého solárního střídače s jejich použitím, pak vám následující jednoduchý design může pomoci splnit si váš sen.

Jednoduchý solární invertor bez ovladače nabíječky

Pro uživatele, kteří nemají příliš zájem o zahrnutí řadiče nabíječky LM338, vypadá tato nejjednodušší konstrukce FV střídačů dobře.

I když lze baterii vidět bez regulátoru, baterie se optimálně nabije, pokud solární panel získá potřebné přiměřené množství přímého slunečního svitu.

Jednoduchost designu také naznačuje skutečnost olověné baterie koneckonců není tak obtížné nabít.

Nezapomeňte, že plně vybitá baterie (pod 11 V) může vyžadovat nejméně 8 hodin až 10 hodin nabíjení, dokud nebude možné střídač zapnout pro požadovanou konverzi 12V na 220V AC.

Jednoduché střídání solárního střídavého proudu

Pokud chcete, aby váš solární invertorový systém umožňoval automatické přepínání ze solárního panelu na síťovou síť AC, můžete ke vstupu regulátoru LM338 / LM196 přidat následující modifikaci relé:

Adaptér 12V by měl být dimenzován tak, aby vyhovoval napětí baterie a specifikacím Ah. Například pokud je baterie dimenzována na 12 V 50 Ah, pak může být 12V adaptér dimenzován na 15V až 20 V a 5 ampérů

Solární invertor využívající převodník Buck

Ve výše uvedené diskusi jsme se naučili, jak vyrobit jednoduchý solární invertor s nabíječkou baterií pomocí lineárních integrovaných obvodů, jako je LM338, LM196 , které jsou skvělé, když napětí a proud solárního panelu jsou stejné jako požadavky střídače.

V takových případech je příkon střídače malý a omezený. U zátěží střídačů s výrazně vyšším příkonem bude muset být také výstupní výkon solárního panelu velký a srovnatelný s požadavky.

V tomto scénáři bude muset být proud solárního panelu značně vysoký. Ale protože solární panely jsou k dispozici s vysokým proudem, nízké napětí, takže solární invertor s vysokým příkonem v řádu 200 wattů na 1 kva nevypadá snadno proveditelně.

Solární panely s vysokým napětím a nízkým proudem jsou však snadno dostupné. A protože příkon je W = V x I , solární panely s vyšším napětím mohou snadno přispět k vyššímu výkonu solárního panelu.

To znamená, že tyto vysokonapěťové solární panely nelze použít pro aplikace střídačů s nízkým napětím a vysokým výkonem, protože napětí nemusí být kompatibilní.

Například, pokud máme solární panel 60 V, 5 A a střídač 12 V 300 W, přestože výkony obou protějšků mohou být podobné, nelze je spojit kvůli rozdílům napětí / proudu.

Tady je a převodník bucků je velmi užitečný a lze jej použít k převodu nadměrného napětí solárního panelu na nadměrný proud a ke snížení nadměrného napětí podle požadavků střídače.

Vytvoření okruhu solárního invertoru 300 W

Řekněme, že chceme vytvořit 300 wattový 12 V invertorový obvod ze solárního panelu dimenzovaného na 32 V, 15 A.

K tomu budeme potřebovat výstupní proud 300/12 = 25 ampérů z převaděče buck.

Následující jednoduchý převaděč buck z ti.com vypadá extrémně efektivně při poskytování požadovaného výkonu pro náš 300 wattový solární invertor.

Opravíme důležité parametry převaděče buck, jak jsou uvedeny v následujících výpočtech:

Požadavky na design
• Napětí solárního panelu VI = 32 V
• Výstup měniče Buck VO = 12 V
• Výstup měniče Buck IO = 25 A
• Provozní frekvence převaděče Buck fOSC = spínací frekvence 20 kHz
• VR = 20 mV špička-špička (VRIPPLE)
• ΔIL = 1,5-A změna proudu induktoru

d = pracovní cyklus = VO / VI = 12 V / 32 V = 0,375
f = 20 kHz (objektivní design)
ton = doba zapnutí (S1 sepnuto) = (1 / f) × d = 7,8 μs
toff = volno (S1 otevřeno) = (1 / f) - tuna = 42,2 μs
L ≉ (VI - VO) × tuna / ΔIL
≉ [(32 V - 12V) × 7,8 μs] / 1,5 A
≉ 104 μH

To nám poskytuje specifikace induktoru převaděče buck. Drátový SWG lze optimalizovat pomocí pokusů a omylů. Super smaltovaný měděný vodič 16 SWG by měl být dostatečně dobrý, aby zvládl proud 25 A.

“rozdíl mezi střídavým a stejnosměrným proudem s příklady ”

Výpočet kondenzátoru výstupního filtru pro převodník Buck

Poté, co je určen induktor výstupního buck, může být hodnota kondenzátoru výstupního filtru zpracována tak, aby odpovídala specifikacím zvlnění výstupu. Elektrolytický kondenzátor lze představit jako sériový vztah indukčnosti, odporu a kapacity. Aby bylo možné nabídnout slušné filtrování zvlnění, musí být frekvence zvlnění mnohem nižší než frekvence, kde se sériová indukčnost stává kritickou.

Proto jsou rozhodujícími prvky kapacita a efektivní sériový odpor (ESR). nejvyšší ESR se vypočítá v souladu se vztahem mezi zvoleným zvlněním napětí mezi špičkami a zvlněním proudu mezi špičkami.

ESR = ΔVo (zvlnění) / ΔIL = V / 1,5 = 0,067 ohmů

Nejnižší hodnota kapacity C doporučená pro zvlnění napětí VO při menším než návrhovém požadavku 100 mV je vyjádřena v následujících výpočtech.

C = ΔIL / 8fΔVo = 1,5 / 8 x 20 x 10³x 0,1 V = 94 uF , i když vyšší než toto pomůže pouze zlepšit zvlnění výstupu převaděče buck.

Nastavení Buck výstupu pro solární střídač

Pro přesné nastavení výstupu 12 V, 25 A musíme vypočítat rezistory R8, R9 a R13.

R8 / R9 rozhoduje o výstupním napětí, které lze vyladit náhodným použitím 10K pro R8 a 10k pot pro R9. Dále upravte 10K pot pro získání přesného výstupního napětí pro střídač.

R13 se stává rezistorem snímajícím proud pro buck převodník a zajišťuje, že měnič nikdy není schopen čerpat z panelu proud přes 25 Amp, a je v takovém případě vypnut.

Rezistory R1 a R2 vytvářejí referenční hodnotu přibližně 1 V pro invertující vstup interního operačního zesilovače s omezením proudu TL404. Rezistor R13, který je zapojen do série se zátěží, dodává 1 V na neinvertující svorku proudově omezujícího chybového operačního zesilovače, jakmile proud měniče dosáhne 25 A. PWM pro BJT je tedy odpovídajícím způsobem omezen na ovládat další příjem proudu. Hodnota R13 se vypočítá podle:

R13 = 1 V / 25 A = 0,04 ohmů

Příkon = 1 x 25 = 25 wattů

Jakmile je výše uvedený buck převodník sestaven a testován na požadovanou konverzi nadměrného napětí panelu na nadměrný výstupní proud, je čas připojit jakoukoli dobrou kvalitu 300 wattový střídač s převodníkem buck pomocí následujícího blokového schématu:

Solární invertor / nabíječka pro vědecký projekt

Následující článek níže vysvětluje jednoduchý solární invertorový obvod pro nováčky nebo studenty školy.

Zde je baterie pro jednoduchost spojena přímo s panelem a automatickým přepínacím reléovým systémem pro přepnutí baterie na střídač při absenci sluneční energie.

Okruh si vyžádala paní Swati Ojha.

Okruhové etapy

Obvod se skládá hlavně ze dvou stupňů: a jednoduchý invertor a automatické přepínání relé.

Během dne tak dlouho zůstává sluneční světlo přiměřeně silné, napětí panelu se používá k nabíjení baterie a také k napájení střídače přes přepínací kontakty relé.

Předvolba automatického přepínacího obvodu je nastavena tak, že příslušné relé vypne, když napětí na panelu poklesne pod 13 voltů.

Výše uvedená akce odpojí solární panel od střídače a spojí nabitou baterii se střídačem tak, aby výstupní zátěže pokračovaly v chodu pomocí napájení z baterie.

Obvodový provoz:

Rezistory R1, R2, R3, R4 spolu s T1, T2 a transformátor tvoří část střídače. Na středový kohoutek se přivedlo 12 voltů a země okamžitě spustí střídač, avšak zde nepřipojujeme baterii přímo v těchto bodech, spíše prostřednictvím fáze přepínání relé.

Tranzistor T3 s přidruženými součástmi a relé tvoří změnu relé v průběhu stupně. LDR je udržována mimo dům nebo v poloze, kde může snímat denní světlo.

Předvolba P1 je nastavena tak, že T3 přestane vodit a odpojí relé v případě, že okolní světlo klesne pod určitou úroveň, nebo jednoduše, když napětí klesne pod 13 voltů.

K tomu zjevně dochází, když je sluneční světlo příliš slabé a již není schopné udržovat stanovené úrovně napětí.

Dokud však sluneční světlo zůstane jasné, relé zůstane aktivováno a připojí napětí solárního panelu přímo k měniči (střední odbočka transformátoru) přes spínací kontakty. Střídač se tak stává použitelný prostřednictvím solárního panelu během dne.

Solární panel se také současně používá k nabíjení baterie přes D2 během dne, takže se plně nabije do setmění.

Solární panel je vybrán tak, aby nikdy nevytvářel více než 15 voltů ani při špičkových úrovních slunečního světla.
Maximální výkon tohoto střídače nebude větší než 60 wattů.

Seznam dílů pro navrhovaný solární invertor s nabíjecím obvodem určený pro vědecké projekty.