W tym artykule postaramy się zrozumieć podstawową koncepcję falownika słonecznego, a także jak stworzyć prosty, ale potężny obwód falownika słonecznego.

Energia słoneczna jest dla nas obficie dostępna i można ją swobodnie wykorzystywać, a ponadto jest ona nieograniczonym, niekończącym się naturalnym źródłem energii, łatwo dostępnym dla nas wszystkich.

Co jest takiego kluczowego w falownikach słonecznych?

Faktem jest, że w falownikach słonecznych nie ma nic kluczowego. Możesz użyć dowolnego normalny obwód falownika podłącz go do panelu słonecznego i uzyskaj wymagane napięcie wyjściowe DC do AC z falownika.

Powiedziawszy to, być może będziesz musiał wybrać i Skonfiguruj specyfikacje prawidłowo, w przeciwnym razie możesz narazić się na uszkodzenie falownika lub spowodować nieefektywną konwersję mocy.

Dlaczego Solar Inverter

Omówiliśmy już, jak wykorzystać panele słoneczne do wytwarzania energii elektrycznej z energii słonecznej lub słonecznej, w tym artykule omówimy prosty układ, który pozwoli nam wykorzystać energię słoneczną do obsługi naszych urządzeń gospodarstwa domowego.

Panel słoneczny jest w stanie przekształcić promienie słoneczne w prąd stały przy niższym potencjale. Na przykład panel słoneczny może być zalecany do dostarczania 36 woltów przy 8 amperach w optymalnych warunkach.

Nie możemy jednak wykorzystać tej wielkości mocy do zasilania naszych urządzeń gospodarstwa domowego, ponieważ mogą one pracować tylko przy potencjałach sieci lub przy napięciach w zakresie od 120 do 230 V.

Co więcej, prąd powinien być prądem zmiennym, a nie stałym, jak zwykle odbierany z panelu słonecznego.

Spotkaliśmy się z wieloma plikami obwody falownika opublikowane na tym blogu i zbadaliśmy, jak działają.

Falowniki służą do przekształcania i zwiększania niskiego napięcia akumulatora do wysokiego napięcia prądu przemiennego.

Dlatego falowniki mogą być skutecznie wykorzystywane do konwersji prądu stałego z panelu słonecznego na wyjścia sieciowe, które odpowiednio zasilałyby nasze domowe urządzenia.

Zasadniczo w falownikach konwersja z niskiego potencjału na podwyższony wysoki poziom sieci staje się możliwa ze względu na wysoki prąd, który jest normalnie dostępny z wejść DC, takich jak bateria lub panel słoneczny. Całkowita moc pozostaje taka sama.

Zrozumienie specyfikacji prądu napięcia

Na przykład, jeśli dostarczymy napięcie wejściowe 36 woltów przy 8 amperach do falownika i otrzymamy wyjście 220 V przy 1,2 amperach, oznaczałoby to, że właśnie zmodyfikowaliśmy moc wejściową 36 × 8 = 288 watów na 220 × 1,2 = 264 watów.

Dlatego widzimy, że to żadna magia, tylko modyfikacje odpowiednich parametrów.

Jeżeli panel słoneczny jest w stanie wygenerować wystarczającą ilość prądu i napięcia, jego wyjście można wykorzystać do bezpośredniej obsługi falownika i podłączonych do niego urządzeń gospodarstwa domowego, a także do jednoczesnego ładowania akumulatora.

Naładowany akumulator może być używany do zasilanie odbiorników poprzez falownik , w nocy, kiedy nie ma energii słonecznej.

Jeśli jednak panel słoneczny jest mniejszy i nie jest w stanie wygenerować wystarczającej mocy, może służyć tylko do ładowania akumulatora i przydaje się do obsługi falownika dopiero po zachodzie słońca.

Działanie obwodu

Nawiązując do schematu obwodu, jesteśmy w stanie zaobserwować prostą konfigurację przy użyciu panelu słonecznego, falownika i baterii.

Te trzy jednostki są połączone za pomocą obwód regulatora słonecznego która rozdziela moc do odpowiednich jednostek po odpowiednich regulacjach mocy pobieranej z panelu słonecznego.

Zakładając, że napięcie z panelu słonecznego wynosi 36, a prąd 10 amperów, falownik jest wybierany z wejściowym napięciem roboczym 24 woltów przy 6 amperach, co zapewnia całkowitą moc około 120 watów.

Ułamek wzmacniacza paneli słonecznych, który wynosi około 3 amperów, jest oszczędzany na ładowanie akumulatora, który ma być używany po zachodzie słońca.

Zakładamy również, że panel słoneczny jest zamontowany na tracker słoneczny aby był w stanie spełnić określone wymagania, o ile słońce jest widoczne nad niebem.

Moc wejściowa 36 woltów jest podawana na wejście regulatora, który ogranicza ją do 24 woltów.

Obciążenie podłączone do wyjścia falownika jest dobrane w taki sposób, aby nie zmuszało falownika więcej niż 6 amperów do panelu słonecznego. Z pozostałych 4 amperów 2 amperów są dostarczane do akumulatora w celu jego ładowania.

Pozostałe 2 amperów nie są wykorzystywane w celu zachowania lepszej sprawności całego systemu.

Obwody to wszystkie te, które zostały już omówione na moich blogach, możemy zobaczyć, jak są one inteligentnie skonfigurowane względem siebie w celu wykonania wymaganych operacji.

Pełny samouczek można znaleźć w tym artykule: Samouczek dotyczący falownika słonecznego

Lista części dla sekcji ładowarki LM338

Wszystkie rezystory mają moc 1/4 W i 5% CFR, chyba że podano inaczej.
R1 = 120 omów
P1 = pula 10K (błędnie pokazuje 2K)
R4 = zamień iit na link
R3 = 0,6 x 10 / bateria AH
Tranzystor = BC547 (nie BC557, jest błędnie pokazany)
Układ scalony regulatora = LM338
Lista części dla sekcji falownika
Wszystkie części mają moc 1/4 wata, chyba że podano inaczej
R1 = 100 000 puli
R2 = 10K
R3 = 100K
R4, R5 = 1K
T1, T2 = mosfer IRF540
N1 --- N4 = IC 4093

Pozostałe części nie muszą być określane i można je skopiować, jak pokazano na schemacie.

Do ładowania akumulatorów do 250 Ah

Sekcja ładowarki w powyższym obwodzie może być odpowiednio ulepszona, aby umożliwić ładowanie akumulatorów wysokoprądowych w zakresie od 100 AH do 250 Ah.

Dla Akumulator 100Ah możesz po prostu wymienić LM338 na LM196 który jest wersją 10-amperową LM338.

Silnik zaburtowy tranzystor TIP36 jest odpowiednio zintegrowany z IC 338 w celu ułatwienia wymaganych ładowanie wysokoprądowe .

Rezystor emitera TIP36 musi być odpowiednio obliczony, w przeciwnym razie tranzystor może po prostu wybuchnąć, zrób to metodą prób i błędów, zacznij od 1 om na początku, a następnie stopniowo zmniejszaj, aż wymagana ilość prądu stanie się osiągalna na wyjściu.

falownik solarny dużej mocy z ładowarką wysokoprądową

Dodanie funkcji PWM

Aby zapewnić stałe napięcie wyjściowe 220 V lub 120 V, do powyższych projektów można dodać sterowanie PWM, jak pokazano na poniższym schemacie. Jak widać, bramka N1, która jest zasadniczo skonfigurowana jako oscylator 50 lub 60 Hz, jest wzbogacona o diody i potencjometr umożliwiający opcję zmiennego cyklu pracy.

Dostosowując ten potencjometr, możemy zmusić oscylator do tworzenia częstotliwości z różnymi okresami włączenia / wyłączenia, co z kolei umożliwi mosfety do włączania i wyłączania z tą samą stawką.

Dostosowując czas włączenia / wyłączenia mosfetu, możemy proporcjonalnie zmieniać indukcję prądu w transformatorze, co ostatecznie pozwoli nam dostosować wyjściowe napięcie RMS falownika.

Gdy wyjściowa wartość skuteczna RMS zostanie ustalona, falownik będzie mógł wytwarzać stałą moc niezależnie od wahań napięcia słonecznego, aż oczywiście napięcie spadnie poniżej specyfikacji napięcia pierwotnego uzwojenia transformatora.

Inwerter słoneczny wykorzystujący IC 4047

Jak opisano wcześniej, można podłączyć dowolny falownik z regulatorem słonecznym, aby wdrożyć łatwą funkcję falownika słonecznego.

Poniższy diagram pokazuje, jak prosty Falownik IC 4047 może być używany z tym samym regulatorem słonecznym w celu uzyskania 220 V AC lub 120 V AC z panelu słonecznego.

Inwerter solarny wykorzystujący IC 555

Zupełnie podobnie, jeśli jesteś zainteresowany zbudowaniem małego falownika słonecznego za pomocą IC 555, możesz to zrobić bardzo dobrze, integrując Falownik IC 555 z panelem słonecznym do uzyskania wymaganego 220 V AC.

Inwerter solarny wykorzystujący tranzystor 2N3055

Plik Tranzystory 2N3055 są bardzo popularne wśród wszystkich miłośników elektroniki. A ten niesamowity BJT pozwala budować całkiem potężne falowniki z minimalną liczbą części.

Jeśli jesteś jednym z tych entuzjastów, którzy mają kilka z tych urządzeń w swoim pudełku na śmieci i jesteś zainteresowany stworzeniem fajnego małego falownika słonecznego za ich pomocą, to poniższy prosty projekt może pomóc Ci spełnić Twoje marzenie.

Prosty falownik słoneczny bez kontrolera ładowarki

Dla użytkowników, którzy nie są zbyt zainteresowani dołączeniem kontrolera ładowarki LM338, dla uproszczenia poniższy najprostszy projekt falownika PV wygląda dobrze.

Nawet jeśli akumulator można zobaczyć bez regulatora, akumulator będzie nadal ładowany optymalnie, pod warunkiem, że panel słoneczny otrzyma wymaganą odpowiednią ilość bezpośredniego światła słonecznego.

Prostota projektu również wskazuje na to akumulatory kwasowo-ołowiowe w końcu nie są tak trudne do naładowania.

Pamiętaj, że całkowicie rozładowany akumulator (poniżej 11 V) może wymagać co najmniej 8 godzin do 10 godzin ładowania, zanim będzie można włączyć falownik w celu uzyskania wymaganej konwersji z 12 V na 220 V AC.

Proste przełączanie zasilania z sieci słonecznej na prąd przemienny

Jeśli chcesz, aby Twój system inwerterów solarnych miał możliwość automatycznego przełączania z panelu słonecznego na sieć zasilającą AC, możesz dodać następującą modyfikację przekaźnika do wejścia regulatora LM338 / LM196:

Adapter 12 V powinien być dostosowany do napięcia akumulatora i specyfikacji Ah. Na przykład, jeśli akumulator ma napięcie 12 V 50 Ah, to adapter 12 V może mieć napięcie od 15 V do 20 V i 5 A

Inwerter solarny za pomocą Buck Converter

W powyższej dyskusji nauczyliśmy się, jak wykonać prosty falownik słoneczny z ładowarką baterii przy użyciu liniowych układów scalonych, takich jak LM338, LM196 , które są świetne, gdy napięcie i prąd panelu słonecznego są takie same, jak wymagania falownika.

W takich przypadkach moc falownika jest mała i ograniczona. W przypadku obciążeń falowników o znacznie wyższej mocy, moc wyjściowa panelu słonecznego również będzie musiała być duża i odpowiadać wymaganiom.

W tym scenariuszu prąd paneli słonecznych będzie musiał być znacznie wysoki. Ale ponieważ panele słoneczne są dostępne z wysokim prądem, niskie napięcie sprawia, że inwerter słoneczny o dużej mocy rzędu 200 watów do 1 kva nie wydaje się łatwo wykonalny.

Jednak panele słoneczne o wysokim napięciu i niskim natężeniu prądu są łatwo dostępne. A ponieważ moc jest W = V x I panele słoneczne o wyższym napięciu mogą z łatwością przyczynić się do powstania panelu słonecznego o wyższej mocy.

To powiedziawszy, te wysokonapięciowe panele słoneczne nie mogą być używane do zastosowań z falownikami o niskim napięciu i dużej mocy, ponieważ napięcia mogą nie być kompatybilne.

Na przykład, jeśli mamy panel słoneczny 60 V, 5 A i falownik 12 V 300 W, chociaż moc znamionowa obu odpowiedników może być podobna, nie można ich podłączyć ze względu na różnice napięcia / prądu.

To jest, gdzie przetwornica jest bardzo przydatny i może być stosowany do przekształcania nadmiernego napięcia panelu słonecznego w nadmierny prąd i obniżania nadmiernego napięcia, zgodnie z wymaganiami falownika.

Wykonanie obwodu 300-watowego falownika słonecznego

Powiedzmy, że chcemy wykonać 300-watowy obwód falownika 12 V z panelu słonecznego o napięciu 32 V, 15 amperów.

W tym celu będziemy potrzebować prądu wyjściowego 300/12 = 25 A z konwertera buck.

Poniższy prosty konwerter buck z ti.com wygląda niezwykle wydajnie w dostarczaniu wymaganej mocy dla naszego 300-watowego falownika słonecznego.

Naprawiamy ważne parametry konwertera złotówki, jak podano w następujących obliczeniach:

Wymagania projektowe
• Napięcie panelu słonecznego VI = 32 V.
• Wyjście przetwornika buck VO = 12 V
• Wyjście przetwornika buck IO = 25 A
• Częstotliwość pracy przetwornicy Buck fOSC = częstotliwość przełączania 20-kHz
• VR = 20 mV międzyszczytowo (VRIPPLE)
• ΔIL = 1,5-A zmiana prądu cewki indukcyjnej

d = cykl pracy = VO / VI = 12 V / 32 V = 0,375
f = 20 kHz (cel projektowy)
ton = czas włączony (S1 zamknięty) = (1 / f) × d = 7,8 μs
toff = czas wyłączenia (S1 otwarty) = (1 / f) - tona = 42,2 μs
L ≉ (VI - VO) × tona / ΔIL
≉ [(32 V - 12 V) × 7,8 μs] / 1,5 A
≉ 104 μH

Dostarcza nam to specyfikacji cewki przetwornika buck. Drut SWG można zoptymalizować metodą prób i błędów. Super emaliowany drut miedziany 16 SWG powinien być wystarczająco dobry, aby wytrzymać prąd 25 A.

Obliczanie kondensatora filtra wyjściowego dla konwertera Buck

Po określeniu wyjściowej cewki indukcyjnej można obliczyć wartość kondensatora filtra wyjściowego w celu dopasowania do specyfikacji tętnienia wyjściowego. Kondensator elektrolityczny można sobie wyobrazić jako szeregową zależność indukcyjności, rezystancji i pojemności. Aby zapewnić przyzwoite filtrowanie tętnień, częstotliwość tętnienia musi być znacznie niższa niż częstotliwości, w których indukcyjność szeregowa staje się krytyczna.

Dlatego oba kluczowe elementy to pojemność i efektywna rezystancja szeregowa (ESR). Najwyższy ESR jest obliczany zgodnie z zależnością między wybranym napięciem tętnienia międzyszczytowym a prądem tętnienia międzyszczytowym.

ESR = ΔVo (tętnienie) / ΔIL = V / 1,5 = 0,067 oma

Najniższa wartość pojemności C zalecana do uwzględnienia napięcia tętnienia VO przy mniejszym niż wymaganie projektowe 100 mV jest wyrażona w poniższych obliczeniach.

C = ΔIL / 8fΔVo = 1,5 / 8 x 20 x 10³x 0,1 V = 94 uF , chociaż wyższa niż ta, pomoże tylko poprawić odpowiedź tętnienia wyjściowego przetwornika buck.

Konfiguracja wyjścia Buck dla falownika słonecznego

Aby precyzyjnie ustawić wyjście 12 V, 25 A, musimy obliczyć rezystory R8, R9 i R13.

R8 / R9 decyduje o napięciu wyjściowym, które można dostosować, losowo używając 10K dla R8 i 10k dla R9. Następnie ustaw potencjometr 10K, aby uzyskać dokładne napięcie wyjściowe falownika.

R13 staje się rezystorem wykrywającym prąd dla przetwornika buck i zapewnia, że falownik nigdy nie będzie w stanie pobrać prądu powyżej 25 A z panelu i jest wyłączany w takim scenariuszu.

Rezystory R1 i R2 ustalają napięcie odniesienia około 1 V dla wejścia odwracającego wewnętrznego ograniczającego prąd wzmacniacza operacyjnego TL404. Rezystor R13, który jest połączony szeregowo z obciążeniem, dostarcza 1 V do nieodwracającego zacisku ograniczającego prąd wzmacniacza operacyjnego, gdy tylko prąd falownika osiągnie 25 A.W ten sposób PWM dla BJT jest odpowiednio ograniczone do kontrolować dalszy pobór prądu. Wartość R13 oblicza się w następujący sposób:

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

Moc = 1 x 25 = 25 watów

Po zbudowaniu i przetestowaniu powyższego konwertera buck pod kątem wymaganej konwersji nadmiarowego napięcia panelu na nadmiar prądu wyjściowego, nadszedł czas na podłączenie dowolnej dobrej jakości Falownik o mocy 300 W. z konwerterem buck, przy pomocy następującego schematu blokowego:

Inwerter / ładowarka solarna dla projektu naukowego

Następny artykuł poniżej wyjaśnia prosty obwód falownika słonecznego dla początkujących lub uczniów.

Tutaj akumulator jest połączony bezpośrednio z panelem dla uproszczenia, a system automatycznego przełączania przekaźnika do przełączania akumulatora do falownika w przypadku braku energii słonecznej.

Obwód został zamówiony przez Panią Swati Ojha.

Etapy obwodu

Obwód składa się głównie z dwóch etapów, a mianowicie: a prosty falownik i automatyczne przełączanie przekaźników.

W ciągu dnia przez tak długi czas światło słoneczne pozostaje dość silne, napięcie panelu jest używane do ładowania akumulatora, a także do zasilanie falownika poprzez styki przełączne przekaźnika.

Wstępne ustawienie obwodu automatycznego przełączania jest ustawione w taki sposób, że skojarzony przekaźnik wyłącza się, gdy napięcie panelu spadnie poniżej 13 woltów.

Powyższe działanie powoduje odłączenie panelu słonecznego od falownika i połączenie naładowanego akumulatora z falownikiem, dzięki czemu obciążenia wyjściowe nadal działają na mocy akumulatora.

Działanie obwodu:

Rezystory R1, R2, R3, R4 wraz z T1, T2 i transformatorem tworzą sekcję falownika. 12 woltów przyłożonych do środkowego zaczepu i masa natychmiast uruchamia falownik, jednak tutaj nie podłączamy akumulatora bezpośrednio w tych punktach, a raczej przez stopień przełączania przekaźnika.

Tranzystor T3 z powiązanymi komponentami i przekaźnik tworzy stopień przełączania przekaźnika. LDR jest trzymany na zewnątrz domu lub w miejscu, w którym może wyczuć światło dzienne.

Ustawienie wstępne P1 jest tak wyregulowane, że T3 po prostu przestaje przewodzić i odcina przekaźnik w przypadku, gdy światło otoczenia spadnie poniżej określonego poziomu lub po prostu, gdy napięcie spadnie poniżej 13 woltów.

Dzieje się tak oczywiście, gdy światło słoneczne staje się zbyt słabe i nie jest już w stanie utrzymać określonych poziomów napięcia.

Jednak dopóki światło słoneczne pozostaje jasne, przekaźnik pozostaje wyzwolony, podłączając napięcie panelu słonecznego bezpośrednio do falownika (zaczep środkowy transformatora) poprzez styki zwierne. Dzięki temu falownik może być używany przez panel słoneczny w ciągu dnia.

Panel słoneczny jest również używany jednocześnie do ładowania akumulatora przez D2 w ciągu dnia, dzięki czemu ładuje się w pełni do zmroku.

Panel słoneczny jest tak dobrany, że nigdy nie generuje więcej niż 15 woltów, nawet przy szczytowych poziomach światła słonecznego.
Maksymalna moc z tego falownika nie będzie większa niż 60 watów.