Πώς να σχεδιάσετε ένα κύκλωμα Solar Inverter

Όταν ένας μετατροπέας DC σε AC λειτουργεί μέσω ηλιακού συλλέκτη, ονομάζεται ηλιακός μετατροπέας. Η ισχύς του ηλιακού συλλέκτη χρησιμοποιείται είτε απευθείας για τη λειτουργία του μετατροπέα είτε χρησιμοποιείται για τη φόρτιση της μπαταρίας του μετατροπέα. Και στις δύο περιπτώσεις ο μετατροπέας λειτουργεί χωρίς να εξαρτάται από την τροφοδοσία δικτύου.

Σχεδιασμός α ηλιακός μετατροπέας Το κύκλωμα απαιτεί ουσιαστικά τη σωστή διαμόρφωση δύο παραμέτρων, δηλαδή το κύκλωμα μετατροπέα και τις προδιαγραφές του ηλιακού πλαισίου. Το ακόλουθο σεμινάριο εξηγεί λεπτομερώς τις λεπτομέρειες.

Δημιουργία ηλιακού μετατροπέα

Εάν σας ενδιαφέρει δημιουργήστε το δικό σας ηλιακό μετατροπέα τότε θα πρέπει να έχετε πλήρη γνώση των κυκλωμάτων μετατροπέα ή μετατροπέα, και σχετικά πώς να επιλέξετε σωστά τα ηλιακά πάνελ .

Υπάρχουν δύο επιλογές από εδώ: Εάν πιστεύετε ότι η κατασκευή ενός μετατροπέα είναι πολύ περίπλοκη, σε αυτήν την περίπτωση θα προτιμούσατε να αγοράσετε έναν έτοιμο μετατροπέα που είναι άφθονα διαθέσιμος σήμερα σε όλα τα είδη σχημάτων, μεγεθών και προδιαγραφών και, στη συνέχεια, απλώς μάθετε μόνο για τα ηλιακά πάνελ για την απαιτούμενη ολοκλήρωση / εγκατάσταση.

Η άλλη επιλογή είναι να μάθετε και τα δύο αντίστοιχα και στη συνέχεια να απολαύσετε την κατασκευή του δικού σας DIY ηλιακού μετατροπέα.

Σε κάθε περίπτωση, η εκμάθηση σχετικά με το ηλιακό πάνελ γίνεται το κρίσιμο μέρος της διαδικασίας, οπότε ας μάθουμε πρώτα για αυτήν τη σημαντική συσκευή.

Προδιαγραφή ηλιακού πλαισίου

Ένα ηλιακό πάνελ δεν είναι παρά μια μορφή τροφοδοσία που παράγει ένα καθαρό DC .

Δεδομένου ότι αυτό το DC εξαρτάται από την ένταση των ακτίνων του ήλιου, η έξοδος είναι συνήθως ασυνεπής και ποικίλλει ανάλογα με τη θέση του φωτός του ήλιου και τις κλιματολογικές συνθήκες.

Αν και το ηλιακό πάνελ είναι επίσης μια μορφή τροφοδοσίας, διαφέρει σημαντικά από τα συνηθισμένα οικιακά μας τροφοδοτικά χρησιμοποιώντας μετασχηματιστές ή SMPS. Η διαφορά είναι στις προδιαγραφές ρεύματος και τάσης μεταξύ αυτών των δύο παραλλαγών.

Τα τροφοδοτικά DC στο σπίτι μας έχουν βαθμολογηθεί για την παραγωγή υψηλότερων ποσοτήτων ρεύματος και με τάσεις που ταιριάζουν απόλυτα σε ένα δεδομένο φορτίο ή εφαρμογή.

Για παράδειγμα α Ο φορητός φορτιστής μπορεί να είναι εξοπλισμένος για να παράγει 5V σε 1 amp για τη φόρτιση ενός έξυπνου τηλεφώνου , εδώ το 1 amp είναι πολύ υψηλό και το 5V είναι απόλυτα συμβατό, καθιστώντας τα πράγματα εξαιρετικά αποτελεσματικά για τις ανάγκες της εφαρμογής.

Ενώ ένα ηλιακό πάνελ μπορεί να είναι ακριβώς το αντίθετο, συνήθως δεν έχει ρεύμα και μπορεί να εκτιμηθεί ότι παράγει πολύ υψηλότερες τάσεις, κάτι που θα μπορούσε να είναι εξαιρετικά ακατάλληλο για γενικά φορτία DC, όπως ένας μετατροπέας μπαταρίας 12V, φορητός φορτιστής κ.λπ.

Αυτή η πτυχή καθιστά το σχεδιασμό ενός ηλιακού μετατροπέα λίγο δύσκολο και απαιτεί κάποιους υπολογισμούς και σκέψεις για να αποκτήσουμε ένα τεχνικά σωστό και αποτελεσματικό σύστημα.

Επιλογή του σωστού ηλιακού πλαισίου

Για επιλέγοντας το σωστό ηλιακό πλαίσιο , το βασικό πράγμα που πρέπει να λάβετε υπόψη είναι ότι η μέση ηλιακή ισχύς δεν πρέπει να είναι μικρότερη από τη μέση κατανάλωση ισχύος.

Ας υποθέσουμε ότι μια μπαταρία 12V πρέπει να φορτιστεί με ρυθμό 10amp, τότε το ηλιακό πάνελ πρέπει να έχει ονομαστική τιμή ώστε να παρέχει τουλάχιστον 12 x 10 = 120 watt ανά πάσα στιγμή, αρκεί να υπάρχει λογική ποσότητα ηλιοφάνειας.

Δεδομένου ότι γενικά είναι δύσκολο να βρεθούν ηλιακοί συλλέκτες με χαμηλότερη τάση και υψηλότερες προδιαγραφές ρεύματος, πρέπει να προχωρήσουμε με αυτό που είναι εύκολα προσβάσιμο στην αγορά (με προδιαγραφές υψηλής τάσης, χαμηλού ρεύματος) και, στη συνέχεια, να μειώσει τις συνθήκες ανάλογα.

Για παράδειγμα, εάν η απαίτησή σας για φορτίο είναι 12V, 10 amp και δεν μπορείτε να λάβετε ηλιακό πάνελ με αυτές τις προδιαγραφές, ενδέχεται να αναγκαστείτε να επιλέξετε ένα ασυμβίβαστο ταίριασμα όπως ένα ηλιακό πάνελ 48V, 3 amp που φαίνεται πολύ εφικτό προμηθεύω.

Εδώ ο πίνακας μας παρέχει πλεονέκτημα τάσης, αλλά τρέχον μειονέκτημα.

Επομένως, δεν μπορείτε να συνδέσετε ένα πάνελ 48V / 3amp απευθείας με το φορτίο 12V 10 amp (όπως μια μπαταρία 12V 100 AH), διότι κάτι τέτοιο θα αναγκάσει την τάση του πίνακα να πέσει στα 12V, στα 3 amp, καθιστώντας τα πράγματα πολύ αναποτελεσματικά.

Θα σήμαινε πληρωμή για πάνελ 48 x 3 = 144 watt και σε αντάλλαγμα να έχουμε 12 x 3 = 36 watt έξοδο ... αυτό δεν είναι καλό.

Προκειμένου να διασφαλίσουμε τη βέλτιστη απόδοση, θα πρέπει να εκμεταλλευτούμε το πλεονέκτημα τάσης του πίνακα και να το μετατρέψουμε σε ισοδύναμο ρεύμα για το «ασύμβατο» φορτίο μας.

Αυτό μπορεί να γίνει πολύ εύκολα χρησιμοποιώντας έναν μετατροπέα buck.

Θα χρειαστείτε έναν μετατροπέα Buck για την κατασκευή ενός ηλιακού μετατροπέα

Ένας μετατροπέας buck θα μετατρέψει αποτελεσματικά το υπέρβαση τάση από το ηλιακό σας πάνελ σε ισοδύναμη ποσότητα ρεύματος (ενισχυτές) διασφαλίζοντας τη βέλτιστη αναλογία εξόδου / εισόδου = 1.

Υπάρχουν μερικές πτυχές εδώ που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Εάν σκοπεύετε να φορτίσετε μια μπαταρία χαμηλότερης τάσης για μελλοντική χρήση με έναν inveter, τότε ένας μετατροπέας buck θα ταιριάζει με την εφαρμογή σας.

Ωστόσο, εάν σκοπεύετε να χρησιμοποιήσετε τον μετατροπέα με την έξοδο του ηλιακού συλλέκτη κατά τη διάρκεια της ημέρας ταυτόχρονα ενώ παράγεται η ισχύς του, τότε ένας μετατροπέας buck δεν θα ήταν απαραίτητος, αλλά θα μπορούσατε να συνδέσετε τον μετατροπέα απευθείας με τον πίνακα. Θα συζητήσουμε και τις δύο αυτές επιλογές ξεχωριστά.

Για την πρώτη περίπτωση όπου ίσως χρειαστεί να φορτίσετε μια μπαταρία για μελλοντική χρήση με έναν μετατροπέα, ειδικά όταν η τάση της μπαταρίας είναι πολύ χαμηλότερη από την τάση του πίνακα, τότε ένας μετατροπέας buck θα μπορούσε να είναι επιτακτικός.

Έχω ήδη συζητήσει μερικά άρθρα σχετικά με τον μετατροπέα buck και έχω εξαγάγει τις τελικές εξισώσεις που μπορούν να εφαρμοστούν άμεσα κατά το σχεδιασμό ενός μετρητή buck για μια εφαρμογή ηλιακού μετατροπέα, μπορείτε να διαβάσετε τα ακόλουθα δύο άρθρα για να κατανοήσετε εύκολα την ιδέα.

Πώς λειτουργούν οι μετατροπείς Buck

Υπολογισμός τάσης, ρεύματος σε έναν επαγωγέα Buck

Αφού διαβάσετε τις παραπάνω αναρτήσεις, ίσως να έχετε καταλάβει περίπου πώς να εφαρμόσετε έναν μετατροπέα buck κατά το σχεδιασμό ενός κυκλώματος ηλιακού μετατροπέα.

Εάν δεν είστε ικανοποιημένοι με τους τύπους και τους υπολογισμούς, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί η ακόλουθη πρακτική προσέγγιση για την απόκτηση της πιο ευνοϊκής εξόδου σχεδιασμού μετατροπέα buck για το ηλιακό σας πάνελ:

Απλούστερο κύκλωμα μετατροπέα Buck

Το παραπάνω διάγραμμα δείχνει ένα απλό κύκλωμα μετατροπέα buck βασισμένο σε IC 555.

Μπορούμε να δούμε δύο pot, το πάνω pot βελτιστοποιεί τη συχνότητα buck, και το χαμηλότερο pot βελτιστοποιεί το PWM, και οι δύο αυτές προσαρμογές θα μπορούσαν να τροποποιηθούν για να πάρουν τη βέλτιστη απόκριση σε C.

Το τρανζίστορ BC557 και η αντίσταση 0,6 ohm αποτελούν περιοριστικό ρεύματος για την προστασία του TIP127 (τρανζίστορ οδηγού) από το υπερβολικό ρεύμα κατά τη διαδικασία ρύθμισης, αργότερα αυτή η τιμή αντίστασης θα μπορούσε να ρυθμιστεί για υψηλότερες εξόδους ρεύματος μαζί με ένα τρανζίστορ οδήγησης υψηλότερης βαθμολογίας.

Η επιλογή του επαγωγέα θα μπορούσε να είναι δύσκολη ....

1) Η συχνότητα μπορεί να σχετίζεται με το επαγωγέας η διάμετρος, η χαμηλότερη διάμετρος απαιτεί υψηλότερη συχνότητα και το αντίστροφο,

δύο) Αριθμός γύρων θα επηρεάσει την τάση εξόδου και επίσης το ρεύμα εξόδου και αυτή η παράμετρος θα σχετίζεται με τις ρυθμίσεις PWM.

3) Το πάχος του καλωδίου θα καθορίσει το τρέχον όριο για την έξοδο, όλα αυτά θα πρέπει να βελτιστοποιηθούν από κάποια δοκιμή και σφάλμα.

Κατά κανόνα, ξεκινήστε με διάμετρο 1/2 ίντσας και αριθμό στροφών ίσο με την τάση τροφοδοσίας .... χρησιμοποιήστε τον φερρίτη ως πυρήνα και μετά από αυτό μπορείτε να ξεκινήσετε την παραπάνω προτεινόμενη διαδικασία βελτιστοποίησης.

Αυτό φροντίζει για τον μετατροπέα buck που μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ένα δεδομένο ηλιακό πλαίσιο υψηλότερης τάσης / χαμηλού ρεύματος για τη λήψη ισοδύναμα βελτιστοποιημένης χαμηλότερης τάσης / υψηλότερης απόδοσης ρεύματος, σύμφωνα με τις προδιαγραφές φορτίου, ικανοποιώντας την εξίσωση:

(o / p watt) διαιρούμενο με (i / p watt) = Κοντά στο 1

Εάν η παραπάνω βελτιστοποίηση μετατροπέα buck φαίνεται δύσκολη, πιθανότατα θα μπορούσατε να ακολουθήσετε τις ακόλουθες δοκιμές Κύκλωμα μετατροπέα ηλιακού φορτιστή PWM επιλογή:

Εδώ τα R8, R9 μπορούν να τροποποιηθούν για τη ρύθμιση της τάσης εξόδου και το R13 για τη βελτιστοποίηση της τρέχουσας εξόδου.

Μετά την κατασκευή και τη διαμόρφωση του μετατροπέα buck με ένα κατάλληλο ηλιακό πλαίσιο, θα μπορούσε να αναμένεται μια τέλεια βελτιστοποιημένη έξοδος για τη φόρτιση μιας δεδομένης μπαταρίας.

Τώρα, δεδομένου ότι οι παραπάνω μετατροπείς δεν διευκολύνονται με αποκοπή πλήρους φόρτισης, ένα εξωτερικό κύκλωμα διακοπής με βάση το opamp ενδέχεται να απαιτείται επιπλέον για την ενεργοποίηση ενός πλήρως αυτόματη λειτουργία φόρτισης όπως φαίνεται παρακάτω.

Προσθήκη πλήρους φόρτισης στην έξοδο μετατροπέα Buck

• Το απεικονιζόμενο απλό κύκλωμα πλήρους φόρτισης θα μπορούσε να προστεθεί με οποιονδήποτε μετατροπέα buck για να διασφαλιστεί ότι η μπαταρία δεν υπερφορτίζεται ποτέ μόλις φτάσει στο καθορισμένο επίπεδο πλήρους φόρτισης.
• Η παραπάνω σχεδίαση μετατροπέα buck θα σας επιτρέψει να έχετε μια αρκετά αποτελεσματική και βέλτιστη φόρτιση για τη συνδεδεμένη μπαταρία.
• Αν και αυτός ο μετατροπέας buck θα παρέχει καλά αποτελέσματα, η απόδοση θα μπορούσε να επιδεινωθεί καθώς ο ήλιος έπεφτε.
• Για να αντιμετωπιστεί αυτό, θα μπορούσε κανείς να σκεφτεί να χρησιμοποιήσει ένα κύκλωμα φορτιστή MPPT για την απόκτηση της βέλτιστης εξόδου από το κύκλωμα buckcircuit.
• Έτσι, ένα κύκλωμα Buck σε συνδυασμό με ένα αυτο-βελτιστοποιημένο κύκλωμα MPPT θα μπορούσε να βοηθήσει στην έξοδο του μέγιστου από το διαθέσιμο φως του ήλιου.
• Έχω ήδη εξηγήσει ένα σχετική ανάρτηση σε μία από τις προηγούμενες δημοσιεύσεις μου, το ίδιο θα μπορούσε να εφαρμοστεί κατά τη σχεδίαση κυκλώματος ηλιακού μετατροπέα

Ηλιακός Μετατροπέας χωρίς μετατροπέα Buck ή MPPT

Στην προηγούμενη ενότητα μάθαμε να σχεδιάζουμε έναν ηλιακό μετατροπέα χρησιμοποιώντας έναν μετατροπέα buck για μετατροπείς με χαμηλότερη τάση μπαταρίας από τον πίνακα και οι οποίοι προορίζονται να λειτουργούν κατά τη διάρκεια της νύχτας, χρησιμοποιώντας την ίδια μπαταρία που φορτίστηκε κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Αυτό αντιστρόφως σημαίνει ότι εάν η τάση της μπαταρίας αναβαθμιστεί κάπως έτσι ώστε να ταιριάζει περίπου με εκείνη της τάσης του πίνακα τότε θα μπορούσε να αποφευχθεί ένας μετατροπέας buck.

Αυτό μπορεί επίσης να ισχύει για έναν μετατροπέα που μπορεί να προορίζεται να λειτουργεί LIVE κατά τη διάρκεια της ημέρας, που σημαίνει ταυτόχρονα ενώ ο πίνακας παράγει ηλεκτρική ενέργεια από το ηλιακό φως.

Για ταυτόχρονη λειτουργία της ημέρας, ο κατάλληλα σχεδιασμένος μετατροπέας θα μπορούσε να διαμορφωθεί απευθείας με έναν υπολογισμένο ηλιακό πίνακα με τις σωστές προδιαγραφές όπως φαίνεται παρακάτω.

Και πάλι πρέπει να διασφαλίσουμε ότι η μέση ισχύς του πίνακα είναι υψηλότερη από τη μέγιστη απαιτούμενη κατανάλωση ισχύος του φορτίου μετατροπέα.

Ας πούμε ότι έχουμε ένα ο μετατροπέας έχει ονομαστική ισχύ για φορτίο 200 watt , τότε ο πίνακας πρέπει να έχει βαθμολογία στα 250 watt για συνεπή απόκριση.

Επομένως, ο πίνακας θα μπορούσε να έχει βαθμολογία 60V, 5 amp, και το ο μετατροπέας θα μπορούσε να βαθμολογηθεί περίπου στα 48V, 4amp , όπως φαίνεται στο ακόλουθο διάγραμμα:

Σε αυτόν τον ηλιακό μετατροπέα, ο πίνακας μπορεί να φανεί άμεσα συνδεδεμένος με το κύκλωμα μετατροπέα και ο μετατροπέας είναι σε θέση να παράγει την απαιτούμενη ισχύ, εφόσον οι ακτίνες του ήλιου προσπίπτουν βέλτιστα στον πίνακα.

Ο μετατροπέας θα συνεχίσει να λειτουργεί με έναν αρκετά καλό ρυθμό εξόδου ισχύος για όσο διάστημα ο πίνακας παράγει τάση άνω των 45V ...... δηλαδή 60V στην κορυφή και κάτω στα 45V πιθανώς κατά τη διάρκεια του απογεύματος.

Από το κύκλωμα μετατροπέα 48V που φαίνεται παραπάνω, είναι προφανές ότι ο σχεδιασμός ηλιακού μετατροπέα δεν χρειάζεται να είναι πολύ κρίσιμος με τα χαρακτηριστικά και τις προδιαγραφές του.

Μπορείτε να συνδέσετε οποιαδήποτε μορφή μετατροπέα με οποιοδήποτε ηλιακό πάνελ για να λάβετε τα απαιτούμενα αποτελέσματα.

Αυτό σημαίνει ότι μπορείτε επιλέξτε οποιοδήποτε κύκλωμα μετατροπέα από τη λίστα , και διαμορφώστε το με έναν προμηθευμένο ηλιακό πίνακα, και αρχίστε να συλλέγετε δωρεάν ηλεκτρική ενέργεια κατά βούληση.

Οι μόνες κρίσιμες αλλά εύκολες στην εφαρμογή παραμέτρους είναι η τάση και οι τρέχουσες προδιαγραφές του μετατροπέα και του ηλιακού πλαισίου που δεν πρέπει να διαφέρουν πολύ, όπως εξηγείται στην προηγούμενη συζήτησή μας.

Κύκλωμα ηλιακού μετατροπέα ημιτονικού κύματος

Όλα τα σχέδια που έχουν συζητηθεί μέχρι τώρα προορίζονται να παράγουν έξοδο τετραγώνου κύματος, ωστόσο για κάποια εφαρμογή ένα τετραγωνικό κύμα θα μπορούσε να είναι ανεπιθύμητο και μπορεί να απαιτεί ενισχυμένη κυματομορφή ισοδύναμη με ημιτονοειδές κύμα, για τέτοιες απαιτήσεις θα μπορούσε να εφαρμοστεί ένα κύκλωμα τροφοδοσίας PWM όπως φαίνεται παρακάτω:

Σημείωση: Η καρφίτσα SD # 5 εμφανίζεται λανθασμένα συνδεδεμένη με Ct. Βεβαιωθείτε ότι τη συνδέσατε με τη γραμμή εδάφους και όχι με το Ct.

Το παραπάνω κύκλωμα ηλιακού μετατροπέα με χρήση ημιτονοειδούς κύματος PWM μπορεί να μελετηθεί λεπτομερώς στο άρθρο με τίτλο Κύκλωμα ηλιακού μετατροπέα 1,5 τόνων AC

Από το παραπάνω σεμινάριο είναι πλέον σαφές ότι ο σχεδιασμός ενός ηλιακού μετατροπέα δεν είναι καθόλου τόσο δύσκολος και θα μπορούσε να εφαρμοστεί αποτελεσματικά εάν είστε εξοπλισμένοι με κάποιες βασικές γνώσεις ηλεκτρονικών εννοιών, όπως μετατροπείς buck, ηλιακό πάνελ και μετατροπείς.

Μπορεί να είναι μια εκδοχή των παραπάνω δει εδώ :

Ακόμα μπερδεμένος? Μη διστάσετε να χρησιμοποιήσετε το πλαίσιο σχολίων για να εκφράσετε τις πολύτιμες σκέψεις σας.