V tomto článku sa pokúsime porozumieť základnému konceptu solárneho invertora a tiež tomu, ako vytvoriť jednoduchý, ale výkonný obvod solárneho invertora.

Slnečná energia je pre nás hojne dostupná a je zadarmo na použitie, navyše je to neobmedzený, nekonečný prírodný zdroj energie, ľahko dostupný pre nás všetkých.

Čo je také dôležité na solárnych invertoroch?

Faktom je, že na solárnych invertoroch nie je nič zásadné. Môžete použiť akýkoľvek normálny obvod meniča , zapojte ho solárnym panelom a získajte požadovaný výstup jednosmerného prúdu na striedavý prúd zo striedača.

Možno bude potom potrebné zvoliť a konfigurovať špecifikácie správne, inak by ste mohli riskovať poškodenie svojho striedača alebo neúčinnú konverziu výkonu.

Prečo solárny invertor

Už sme diskutovali o tom, ako používať solárne panely na výrobu elektriny zo solárnej alebo slnečnej energie, v tomto článku sa budeme zaoberať jednoduchým usporiadaním, ktoré nám umožní využívať solárnu energiu na prevádzku našich domácich spotrebičov.

Solárny panel je schopný prevádzať slnečné lúče na jednosmerný prúd pri nižšej úrovni potenciálu. Napríklad môže byť špecifikovaný solárny panel na dodanie 36 voltov pri 8 ampéroch za optimálnych podmienok.

Túto veľkosť energie však nemôžeme použiť na prevádzku našich domácich spotrebičov, pretože tieto spotrebiče môžu pracovať iba pri sieťovom potenciáli alebo pri napätí v rozmedzí 120 až 230 V.

Ďalej by prúd mal byť striedavý prúd, a nie jednosmerný prúd, ako sa bežne prijíma zo solárneho panelu.

Narazili sme na množstvo invertorové obvody uverejnené v tomto blogu a študovali sme, ako fungujú.

Striedače sa používajú na konverziu a zosilnenie napájania z nízkeho napätia batérie na vysokonapäťové úrovne striedavého prúdu v sieti.

Preto môžu byť invertory efektívne použité na konverziu DC zo solárneho panelu na sieťové výstupy, ktoré by vhodne napájali naše domáce zariadenie.

V zásade v invertoroch je konverzia z nízkeho potenciálu na stupňovitú vyššiu úroveň siete uskutočniteľná z dôvodu vysokého prúdu, ktorý je bežne dostupný zo vstupov jednosmerného prúdu, ako je batéria alebo solárny panel. Celkový príkon zostáva rovnaký.

Pochopenie špecifikácií prúdového napätia

Napríklad ak dodáme meniču vstup 36 voltov @ 8 ampérov a dostaneme výstup 220 V @ 1,2 ampéra, znamená to, že sme práve upravili vstupný výkon 36 × 8 = 288 wattov na 220 × 1,2 = 264 wattov.

Preto vidíme, že to nie je žiadna mágia, iba úpravy príslušných parametrov.

Ak je solárny panel schopný generovať dostatok prúdu a napätia, môže sa jeho výstup použiť na priamu prevádzku invertora a pripojených domácich spotrebičov a tiež súčasne na nabíjanie batérie.

Nabitá batéria môže byť použitá pre napájanie záťaží cez invertor , v nočných hodinách, keď nie je prítomná slnečná energia.

Ak je však solárny panel menších rozmerov a nie je schopný generovať dostatočný výkon, je možné ho použiť iba na nabíjanie batérie a pri prevádzke invertora sa stane užitočným až po západe slnka.

Prevádzka obvodu

Podľa schémy zapojenia sme schopní vidieť jednoduché nastavenie pomocou solárneho panelu, invertora a batérie.

Tieto tri jednotky sú spojené prostredníctvom a obvod solárneho regulátora ktorá distribuuje energiu do príslušných jednotiek po príslušných reguláciách prijatej energie zo solárneho panelu.

Za predpokladu, že napätie zo solárneho panelu bude 36 a prúd bude 10 ampérov, je invertor vybraný so vstupným prevádzkovým napätím 24 voltov @ 6 ampérov, čo poskytuje celkový výkon asi 120 wattov.

Zlomok zosilňovača solárnych panelov, ktorý predstavuje asi 3 ampéry, je ušetrený na nabíjanie batérie, ktorá sa má používať po západe slnka.

Tiež predpokladáme, že solárny panel je namontovaný nad a solárny sledovač tak, aby bolo schopné splniť stanovené požiadavky, pokiaľ je slnko viditeľné nad nebom.

Vstupný výkon 36 voltov sa aplikuje na vstup regulátora, ktorý ho zredukuje na 24 voltov.

Zaťaženie spojené s výstupom meniča je zvolené tak, aby nenútilo menič viac ako 6 ampérov od solárneho panelu. Zo zvyšných 4 ampérov sa na nabíjanie dodávajú do batérie 2 ampéry.

Zvyšné 2 zosilňovače sa nepoužívajú z dôvodu zachovania lepšej účinnosti celého systému.

Okruhy sú všetky tie, o ktorých som už hovoril v mojich blogoch. Vidíme, ako sú navzájom inteligentne nakonfigurované na vykonávanie požadovaných operácií.

Kompletný návod nájdete v tomto článku: Výukový program pre solárny invertor

Zoznam náhradných dielov pre sekciu nabíjačky LM338

Všetky odpory majú 1/4 wattu, 5% CFR, pokiaľ nie je uvedené inak.
R1 = 120 ohmov
P1 = 10K hrniec (2K je zobrazený chybne)
R4 = nahraďte iit odkazom
R3 = 0,6 x 10 / batéria AH
Tranzistor = BC547 (nie BC557, je zobrazený omylom)
Regulátor IC = LM338
Zoznam náhradných dielov pre sekciu invertor
Všetky časti majú 1/4 wattu, pokiaľ nie je uvedené inak
R1 = 100k hrniec
R2 = 10 tis
R3 = 100 tis
R4, R5 = 1K
T1, T2 = mosfer IRF540
N1 --- N4 = IC 4093

Zvyšných pár častí nie je potrebné špecifikovať a je možné ich skopírovať, ako je to znázornené na diagrame.

Na nabíjanie batérií do 250 Ah

Nabíjacia časť vo vyššie uvedenom obvode môže byť vhodne vylepšená tak, aby umožňovala nabíjanie vysokonapäťových batérií rádovo od 100 AH do 250 Ah.

Pre 100Ah batéria LM338 môžete jednoducho nahradiť LM196 čo je 10-ampérová verzia LM338.

Prívesný tranzistor TIP36 je vhodne integrovaný do IC 338 na uľahčenie požadovaných vysokonapäťové nabíjanie .

Emitorový rezistor TIP36 musí byť vypočítaný primerane, inak by sa tranzistor mohol jednoducho vybiť, urobte to metódou pokusu a omylu, začnite najskôr 1 ohmom a potom ho postupne znižujte, až kým nebude na výstupe dosiahnuteľné požadované množstvo prúdu.

vysoko výkonný solárny invertor s vysokoprúdovou nabíjačkou batérií

Pridanie funkcie PWM

Na zabezpečenie stáleho výstupu 220V alebo 120V by sa k vyššie uvedeným návrhom mohlo pridať riadenie PWM, ako je znázornené na nasledujúcom diagrame. Ako je vidieť, brána N1, ktorá je v zásade konfigurovaná ako 50 alebo 60 Hz oscilátor, je vylepšená diódami a bankou na umožnenie možnosti variabilného pracovného cyklu.

Nastavením tohto potu môžeme donútiť oscilátor vytvárať frekvencie s rôznymi periódami ON / OFF, čo následne umožní mosfety na ZAPNUTIE a VYPNUTIE rovnakou sadzbou.

Nastavením časovania Mosfet ON / OFF môžeme proporcionálne meniť indukciu prúdu v transformátore, čo nám nakoniec umožní upraviť výstupné RMS napätie invertora.

Akonáhle je výstup RMS pevný, invertor bude schopný produkovať konštantný výstup bez ohľadu na zmeny solárneho napätia, kým napätie samozrejme neklesne pod špecifikáciu napätia primárneho vinutia transformátora.

Solárny invertor využívajúci IC 4047

Ako už bolo popísané vyššie, na implementáciu ľahkej funkcie solárneho invertora môžete pripojiť akýkoľvek požadovaný invertor so solárnym regulátorom.

Nasledujúci diagram ukazuje, aké jednoduché Invertor IC 4047 môže byť použitý s rovnakým solárnym regulátorom na získanie 220 V AC alebo 120 V AC zo solárneho panelu.

Solárny invertor využívajúci IC 555

Celkom podobne, ak máte záujem o zostavenie malého solárneho invertora pomocou IC 555, môžete tak urobiť integrovaním Invertor IC 555 so solárnym panelom na získanie požadovaných 220 V str.

Solárny invertor využívajúci tranzistor 2N3055

The Tranzistory 2N3055 sú veľmi populárne medzi všetkými elektronickými nadšencami. A tento úžasný BJT vám umožňuje zostaviť veľmi výkonné invertory s minimálnym počtom častí.

Ak patríte k tým nadšencom, ktorí majú niekoľko z týchto zariadení vo svojej nevyžiadanej schránke a máte záujem vytvoriť pomocou nich chladný malý solárny invertor, potom vám môže nasledujúci jednoduchý dizajn pomôcť splniť si sen.

Jednoduchý solárny invertor bez regulátora nabíjačky

Pre používateľov, ktorí nemajú príliš záujem o zapojenie ovládača nabíjačky LM338, vyzerá nasledujúci najjednoduchší návrh FV invertora dobre.

Aj keď je batéria viditeľná bez regulátora, batéria sa optimálne nabije za predpokladu, že solárny panel dostane potrebné dostatočné množstvo priameho slnečného žiarenia.

Jednoduchosť dizajnu naznačuje aj skutočnosť, že olovené batérie nie je koniec koncov také ťažké nabíjať.

Pamätajte, že úplne vybitá batéria (pod 11 V) môže vyžadovať najmenej 8 hodín až 10 hodín nabíjania, kým nebude možné striedač zapnúť na požadovanú konverziu z 12 na 220 V str.

Jednoduché prepínanie zo solárneho na striedavý prúd

Ak chcete, aby váš solárny invertorový systém disponoval možnosťou automatického prepínania zo solárneho panelu na sieťovú sieť AC, môžete k vstupu regulátora LM338 / LM196 pridať nasledujúcu úpravu relé:

Adaptér 12V by mal byť dimenzovaný tak, aby vyhovoval napätiu batérie a špecifikáciám Ah. Napríklad ak je batéria dimenzovaná na 12 V 50 Ah, potom môže byť 12V adaptér dimenzovaný na 15V až 20 V a 5 ampérov.

Solárny invertor pomocou prevodníka Buck

Vo vyššie uvedenej diskusii sme sa naučili, ako vyrobiť jednoduchý solárny invertor s nabíjačkou batérií pomocou lineárnych integrovaných obvodov, ako je LM338, LM196 , ktoré sú vynikajúce, keď sú napätie a prúd solárneho panelu rovnaké ako požiadavky meniča.

V takýchto prípadoch je príkon meniča malý a obmedzený. Pre záťaže invertorov s výrazne vyšším príkonom bude musieť byť tiež výstupný výkon solárneho panelu veľký a na rovnakej úrovni ako požiadavky.

V tomto scenári bude musieť byť prúd solárneho panelu výrazne vysoký. Ale keďže solárne panely sú k dispozícii s vysokým prúdom, nízke napätie, ktoré spôsobuje vysoký príkon solárneho invertora v rozmedzí od 200 wattov do 1 kva, nevyzerá ľahko realizovateľne.

Vysokonapäťové slaboprúdové solárne panely sú však ľahko dostupné. A keďže príkon je W = V x I , solárne panely s vyšším napätím môžu ľahko prispieť k vyššiemu príkonu solárneho panelu.

To znamená, že tieto vysokonapäťové solárne panely nemožno použiť pre aplikácie s nízkym napätím a vysokým príkonom invertora, pretože tieto napätia nemusia byť kompatibilné.

Napríklad, ak máme solárny panel s napätím 60 V, 5 A a invertor s napätím 12 V 300 W, aj keď môžu byť príkony týchto dvoch náprotivkov podobné, nie je možné ich pripojiť kvôli rozdielom medzi napätím a prúdom.

Toto je miesto, kde prevodník dolárov je veľmi praktický a možno ho použiť na prevod nadmerného napätia solárneho panelu na nadmerný prúd a na zníženie nadmerného napätia podľa požiadaviek invertora.

Vytvorenie okruhu solárneho invertora 300 W

Povedzme, že chceme vyrobiť 300 W 12 V invertorový obvod zo solárneho panelu dimenzovaného na 32 V, 15 A.

Potrebujeme na to výstupný prúd 300/12 = 25 ampérov z prevodníka buck.

“elektronické súčiastky a ich funkcie ”

Nasledujúci jednoduchý prevodník buck z ti.com vyzerá mimoriadne efektívne pri poskytovaní požadovaného výkonu pre náš 300 wattový solárny invertor.

Opravujeme dôležité parametre prevodníka buck, ako sú uvedené v nasledujúcich výpočtoch:

Požiadavky na dizajn
• Napätie solárneho panelu VI = 32 V
• Výstup prevodníka Buck VO = 12 V
• Výstup prevodníka Buck IO = 25 A
• Prevádzková frekvencia prevodníka Buck fOSC = spínacia frekvencia 20 kHz
• VR = 20 mV medzi špičkami (VRIPPLE)
• ΔIL = 1,5-A zmena prúdu induktora

d = pracovný cyklus = VO / VI = 12 V / 32 V = 0,375
f = 20 kHz (objektívny cieľ)
ton = čas zapnutý (S1 zatvorený) = (1 / f) × d = 7,8 μs
toff = voľno (S1 otvorené) = (1 / f) - tona = 42,2 μs
L ≉ (VI - VO) × tona / ΔIL
≉ [(32 V - 12V) × 7,8 μs] / 1,5 A
≉ 104 μH

To nám poskytuje špecifikácie induktora prevodníka buck. Drôtový SWG je možné optimalizovať pomocou pokusov a omylov. Super smaltovaný medený drôt 16 SWG by mal byť dosť dobrý na to, aby zvládol prúd 25 A.

Výpočet kondenzátora výstupného filtra pre prevodník Buck

Po určení induktora výstupného signálu je možné vypočítať hodnotu kondenzátora výstupného filtra tak, aby zodpovedala špecifikáciám zvlnenia výstupu. Elektrolytický kondenzátor by sa dal predstaviť ako sériový vzťah indukčnosti, odporu a kapacity. Aby sa dosiahlo slušné filtrovanie zvlnenia, musí byť zvlnenie frekvencie oveľa nižšie ako frekvencie, pri ktorých sa sériová indukčnosť stáva kritickou.

Preto sú rozhodujúcimi prvkami kapacita a efektívny sériový odpor (ESR). najvyššia ESR sa počíta v súlade so vzťahom medzi zvoleným zvlnením napätia medzi špičkami a zvlnením prúdu medzi špičkami.

ESR = ΔVo (zvlnenie) / ΔIL = V / 1,5 = 0,067 ohmov

Najnižšia hodnota kapacity C odporúčaná na zaistenie zvlnenia napätia VO pri menšom, ako je návrhová požiadavka 100 mV, je vyjadrená v nasledujúcich výpočtoch.

C = ΔIL / 8fΔVo = 1,5 / 8 x 20 x 10³x 0,1 V = 94 uF , aj keď vyššia ako táto hodnota pomôže iba zlepšiť zvlnenie výstupu prevodníka buck.

Nastavenie Buck výstupu pre solárny invertor

Ak chcete presne nastaviť výstup 12 V, 25 A, musíme vypočítať rezistory R8, R9 a R13.

R8 / R9 rozhoduje o výstupnom napätí, ktoré je možné vyladiť náhodným použitím 10K pre R8 a 10k potu pre R9. Ďalej upravte 10K pot na získanie presného výstupného napätia pre invertor.

R13 sa stáva odporom snímajúcim prúd pre buck prevodník a zaisťuje, že invertor nikdy nie je schopný čerpať z panelu prúd nad 25 Amp, a je v takomto prípade vypnutý.

Rezistory R1 a R2 stanovujú referenciu zhruba 1 V pre invertujúci vstup interného operačného zosilňovača obmedzujúceho prúd TL404. Rezistor R13, ktorý je zapojený do série so záťažou, dodáva 1 V na neinvertujúcu svorku prúdovo obmedzujúceho operačného zosilňovača, akonáhle prúd meniča stúpne na 25 A. PWM pre BJT je teda primerane obmedzený na kontrolovať ďalší príjem prúdu. Hodnota R13 sa počíta podľa vzorca:

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

Príkon = 1 x 25 = 25 wattov

Len čo je vyššie uvedený prevodník buck zostavený a otestovaný na požadovanú premenu nadmerného napätia panela na nadmerný výstupný prúd, je čas na pripojenie akejkoľvek dobrej kvality 300 wattový menič s prevodníkom buck pomocou nasledujúceho blokového diagramu:

Solárny invertor / nabíjačka pre vedecký projekt

Nasledujúci článok nižšie vysvetľuje jednoduchý obvod solárneho invertora pre nováčikov alebo študentov školy.

Tu je batéria pre jednoduchosť spojená priamo s panelom a automatickým prepínacím reléovým systémom na prepínanie batérie na striedač pri absencii slnečnej energie.

Okruh si vyžiadala pani Swati Ojha.

Okruhové etapy

Obvod sa skladá hlavne z dvoch stupňov: a jednoduchý invertor a automatické prepínanie relé.

Počas denného času tak dlho zostáva slnečné svetlo primerane silné, napätie panelu sa používa na nabíjanie batérie a tiež na napájanie meniča prostredníctvom prepínacích kontaktov relé.

Predvoľba automatického prepínacieho obvodu je nastavená tak, že príslušné relé vypne, keď napätie na paneli klesne pod 13 voltov.

Vyššie uvedená akcia odpojí solárny panel od striedača a pripojí nabitú batériu k striedaču tak, aby výstupné záťaže pokračovali v chode pomocou napájania z batérie.

Prevádzka obvodu:

Rezistory R1, R2, R3, R4 spolu s T1, T2 a transformátorom tvoria invertorovú časť. Na stredový kohútik je pripojených 12 voltov a zem okamžite spustí invertor, tu však nepripojujeme batériu priamo v týchto bodoch, skôr prostredníctvom fázy prepínania relé.

Tranzistor T3 s pridruženými komponentmi a relé tvoria zmenu relé v priebehu fázy. LDR sa udržiava mimo domu alebo v polohe, kde dokáže snímať denné svetlo.

Predvoľba P1 je nastavená tak, aby T3 prestala viesť a prerušila relé v prípade, že okolité svetlo klesne pod určitú úroveň, alebo jednoducho, keď napätie klesne pod 13 voltov.

Toto sa zjavne stane, keď je slnečné svetlo príliš slabé a už nie je schopné udržať stanovené úrovne napätia.

Pokiaľ však slnečné svetlo zostane jasné, relé zostane v činnosti a prostredníctvom kontaktov N / O pripojí napätie solárneho panelu priamo k invertoru (stredový kohút transformátora). Striedač sa tak stane použiteľným cez solárny panel počas dňa.

Solárny panel sa tiež súčasne používa na nabíjanie batérie cez D2 počas denného času, takže sa do úplného súmraku úplne nabije.

Solárny panel je vybraný tak, aby nikdy nevytváral viac ako 15 voltov ani pri špičkových úrovniach slnečného žiarenia.
Maximálny výkon tohto invertora nebude viac ako 60 wattov.

Zoznam náhradných dielov pre navrhovaný solárny invertor s nabíjacím obvodom určený pre vedecké projekty.