Come progettare un circuito inverter solare

Quando un inverter da CC a CA viene azionato tramite un pannello solare, viene chiamato inverter solare. La potenza del pannello solare viene utilizzata direttamente per il funzionamento dell'inverter o viene utilizzata per caricare la batteria dell'inverter. In entrambi i casi l'inverter funziona senza dipendere dalla potenza della rete elettrica.

Progettare un file inverter solare Il circuito richiede essenzialmente due parametri per essere configurati correttamente, vale a dire il circuito dell'inverter e le specifiche del pannello solare. Il seguente tutorial spiega accuratamente i dettagli.

Costruire un inverter solare

Se sei interessato a costruisci il tuo inverter solare allora dovresti avere una conoscenza approfondita dei circuiti inverter o convertitori e per quanto riguarda come selezionare correttamente i pannelli solari .

Ci sono due opzioni da cui partire da qui: se pensi che realizzare un inverter sia molto complesso, in quel caso potresti preferire l'acquisto di un inverter già pronto che sono oggi disponibili in abbondanza in tutti i tipi di forme, dimensioni e specifiche, e poi semplicemente imparare solo sui pannelli solari per l'integrazione / installazione richiesta.

L'altra opzione è imparare entrambe le controparti e poi divertirti a costruire il tuo inverter solare fai-da-te passo passo.

In entrambi i casi l'apprendimento del pannello solare diventa la parte cruciale del procedimento, quindi impariamo prima a conoscere questo importante dispositivo.

Specifica del pannello solare

Un pannello solare non è altro che una forma di alimentatore che produce una corrente continua pura .

Poiché questo DC dipende dall'intensità dei raggi solari, l'uscita è normalmente incoerente e varia con la posizione della luce solare e le condizioni climatiche.

Sebbene il pannello solare sia anche una forma di alimentazione, differisce in modo significativo dai nostri soliti alimentatori domestici che utilizzano trasformatori o SMPS. La differenza sta nelle specifiche di corrente e tensione tra queste due varianti.

I nostri alimentatori CC domestici sono classificati per produrre quantità maggiori di corrente e con tensioni che si adattano perfettamente a un determinato carico o applicazione.

Ad esempio a il caricatore mobile può essere equipaggiato per produrre 5V a 1 amp per caricare uno smartphone , qui l'amplificatore 1 è ampiamente alto e il 5V è perfettamente compatibile, rendendo le cose estremamente efficienti per le esigenze applicative.

Considerando che un pannello solare può essere esattamente l'opposto, di solito manca di corrente e può essere valutato per produrre tensioni molto più elevate, che potrebbero essere estremamente inadatte per carichi CC generali come un inverter a batteria da 12V, caricabatterie mobile ecc.

Questo aspetto rende un po 'difficile la progettazione di un inverter solare e richiede calcoli e riflessioni per ottenere un sistema tecnicamente corretto ed efficiente.

Selezione del pannello solare giusto

Per selezionando il pannello solare giusto , la cosa fondamentale da considerare è che il wattaggio solare medio non deve essere inferiore al consumo di wattaggio medio del carico.

Supponiamo che una batteria da 12 V debba essere caricata a una velocità di 10 amp, quindi il pannello solare deve essere valutato per fornire un minimo di 12 x 10 = 120 watt in qualsiasi istante, purché vi sia una quantità ragionevole di luce solare.

Poiché in genere è difficile trovare pannelli solari con specifiche di tensione e corrente più basse, dobbiamo andare avanti con ciò che è facilmente accessibile sul mercato (con specifiche ad alta tensione e bassa corrente), e quindi ridimensionare le condizioni di conseguenza.

Ad esempio, se il tuo carico richiesto è di 12 V, 10 ampere e non sei in grado di ottenere un pannello solare con queste specifiche, potresti essere costretto a optare per una corrispondenza incompatibile come un pannello solare da 48 V, 3 amp che sembra molto fattibile procurare.

Qui il pannello ci fornisce un vantaggio di tensione, ma uno svantaggio di corrente.

Pertanto, non è possibile collegare un pannello da 48 V / 3 A direttamente con il carico da 12 V 10 A (come una batteria da 12 V 100 AH) perché ciò costringerebbe la tensione del pannello a scendere a 12V, a 3 A rendendo le cose molto inefficienti.

Significherebbe pagare per un pannello da 48 x 3 = 144 watt e in cambio ottenere 12 x 3 = 36 watt di uscita ... non va bene.

Per garantire un'efficienza ottimale dovremmo sfruttare il vantaggio di tensione del pannello e convertirlo in una corrente equivalente per il nostro carico 'incompatibile'.

Questo può essere fatto molto facilmente usando un convertitore buck.

Avrai bisogno di un convertitore buck per realizzare un inverter solare

Un convertitore buck convertirà efficacemente il file eccesso tensione dal pannello solare in una quantità equivalente di corrente (ampere) garantendo un rapporto uscita / ingresso = 1 ottimale.

Ci sono alcuni aspetti che devono essere considerati. Se si intende caricare una batteria con voltaggio inferiore per un uso successivo con un inveter, un convertitore buck è adatto alla propria applicazione.

Tuttavia, se si intende utilizzare l'inverter con l'uscita del pannello solare durante il giorno contemporaneamente alla sua potenza di generazione, un convertitore buck non sarebbe indispensabile, ma si potrebbe collegare l'inverter direttamente al pannello. Discuteremo entrambe queste opzioni separatamente.

Per il primo caso in cui potrebbe essere necessario caricare una batteria per un uso successivo con un inverter, soprattutto quando la tensione della batteria è molto inferiore alla tensione del pannello, un convertitore buck potrebbe essere imperativo.

Ho già discusso alcuni articoli relativi ai convertitori buck e ho derivato le equazioni finali che possono essere implementate direttamente durante la progettazione di un buck conveter per un'applicazione di inverter solare, puoi leggere i seguenti due articoli per ottenere una facile comprensione del concetto.

Come funzionano i convertitori buck

Calcolo di tensione, corrente in un induttore buck

Dopo aver letto i post sopra, potresti aver capito approssimativamente come implementare un convertitore buck durante la progettazione di un circuito inverter solare.

Se non ti senti a tuo agio con formule e calcoli, il seguente approccio pratico potrebbe essere impiegato per ottenere l'output di progettazione del convertitore buck più favorevole per il tuo pannello solare:

Il più semplice circuito del convertitore buck

Lo schema sopra mostra un semplice circuito convertitore buck basato su IC 555.

Possiamo vedere due potenziometri, il potenziometro superiore ottimizza la frequenza buck e il potenziometro inferiore ottimizza il PWM, entrambe queste regolazioni potrebbero essere modificate per ottenere una risposta ottimale su C.

Il transistor BC557 e il resistore da 0,6 ohm formano un limitatore di corrente per proteggere il TIP127 (transistor driver) da sovracorrente durante il processo di regolazione, in seguito questo valore di resistenza potrebbe essere regolato per uscite di corrente più elevate insieme a un transistor driver con valore nominale più alto.

La selezione dell'induttore potrebbe essere complicata .....

1) La frequenza può essere correlata a induttore diametro, un diametro inferiore richiederà una frequenza maggiore e viceversa,

2) Numero di giri influenzerà la tensione di uscita e anche la corrente di uscita e questo parametro sarebbe correlato alle regolazioni PWM.

3) Lo spessore del filo determinerebbe il limite di corrente per l'uscita, tutto questo dovrà essere ottimizzato da alcuni tentativi ed errori.

Come regola generale, inizia con un diametro di 1/2 pollice e un numero di spire uguale alla tensione di alimentazione .... usa la ferrite come nucleo, dopodiché puoi iniziare il processo di ottimizzazione suggerito sopra.

Questo si prende cura del convertitore buck che può essere utilizzato con un dato pannello solare a tensione maggiore / bassa corrente per ottenere un'uscita di tensione inferiore / corrente superiore ottimizzata in modo equivalente, secondo le specifiche di carico, soddisfacendo l'equazione:

(o / p watt) diviso per (i / p watt) = Vicino a 1

Se l'ottimizzazione del convertitore buck di cui sopra sembra difficile, potresti probabilmente provare quanto segue Circuito convertitore buck per caricabatterie solare PWM opzione:

Qui R8, R9 possono essere ottimizzati per regolare la tensione di uscita e R13 per ottimizzare l'uscita di corrente.

Dopo aver costruito e configurato il convertitore buck con un pannello solare appropriato, ci si potrebbe aspettare un'uscita perfettamente ottimizzata per caricare una data batteria.

Ora, poiché i convertitori di cui sopra non sono facilitati con un'interruzione completa della carica, potrebbe essere necessario un circuito di interruzione esterno basato su funzione di ricarica completamente automatica come mostrato di seguito.

Aggiunta di un'interruzione di carica completa all'uscita del convertitore buck

• Il semplice circuito di interruzione della carica completa mostrato può essere aggiunto con uno qualsiasi dei convertitori buck per garantire che la batteria non venga mai caricata eccessivamente una volta raggiunto il livello di carica completa specificato.
• Il design del convertitore buck di cui sopra ti consentirà di ottenere una ricarica ragionevolmente efficiente e ottimale per la batteria collegata.
• Sebbene questo convertitore buck fornirebbe buoni risultati, l'efficienza potrebbe deteriorarsi al calare del sole.
• Per far fronte a questo, si potrebbe pensare di impiegare un circuito caricatore MPPT per acquisire l'output più ottimale dal buckcircuit.
• Quindi un circuito Buck in combinazione con un circuito MPPT auto-ottimizzato potrebbe aiutare a sfornare il massimo dalla luce solare disponibile.
• Ho già spiegato a post correlato in uno dei miei post precedenti, lo stesso potrebbe essere applicato durante la progettazione di un circuito per inverter solari

Solare Inverter senza convertitore buck o MPPT

Nella sezione precedente abbiamo imparato a progettare un inverter solare utilizzando un convertitore buck per inverter con tensione di batteria inferiore a quella del pannello e destinati a funzionare durante la notte, utilizzando la stessa batteria caricata durante il giorno.

Ciò significa al contrario che se la tensione della batteria viene in qualche modo aggiornata per corrispondere approssimativamente a quella del pannello, si potrebbe evitare un convertitore buck.

Questo può essere vero anche per un inverter che può essere progettato per essere azionato DAL VIVO durante il giorno, vale a dire simultaneamente mentre il pannello genera elettricità dalla luce solare.

Per il funzionamento diurno simultaneo, l'inverter progettato in modo appropriato può essere configurato direttamente con un pannello solare calcolato con le specifiche corrette come mostrato di seguito.

Anche in questo caso dobbiamo assicurarci che il wattaggio medio del pannello sia superiore al consumo di watt massimo richiesto dal carico dell'inverter.

Diciamo che abbiamo un file inverter valutato per funzionare con un carico di 200 watt , quindi il pannello deve essere valutato a 250 watt per una risposta coerente.

Pertanto il pannello potrebbe essere un 60V, 5 ampere nominale e il inverter potrebbe essere valutato a circa 48 V, 4 amp , come mostrato nel diagramma seguente:

In questo inverter solare, il pannello può essere visto direttamente collegato al circuito dell'inverter e l'inverter è in grado di produrre la potenza richiesta fintanto che i raggi del sole incidono in modo ottimale sul pannello.

L'inverter continuerà a funzionare a una velocità di uscita di potenza ragionevolmente buona per tutto il tempo in cui il pannello produce una tensione superiore a 45 V ... ovvero 60 V al picco e fino a 45 V probabilmente durante il pomeriggio.

Dal circuito dell'inverter a 48V mostrato sopra è evidente che il progetto di un inverter solare non deve essere troppo cruciale con le sue caratteristiche e specifiche.

È possibile collegare qualsiasi forma di inverter con qualsiasi pannello solare per ottenere i risultati desiderati.

Implica che puoi selezionare un qualsiasi circuito inverter dall'elenco , e configuralo con un pannello solare acquistato e inizia a raccogliere elettricità gratuita a piacimento.

Gli unici parametri cruciali ma facili da implementare sono la tensione e le specifiche di corrente dell'inverter e del pannello solare che non devono differire di molto, come spiegato nella nostra precedente discussione.

Circuito inverter solare sinusoidale

Tutti i progetti che sono stati discussi finora sono destinati a produrre un'uscita a onda quadra, tuttavia per alcune applicazioni un'onda quadra potrebbe essere indesiderabile e potrebbe richiedere una forma d'onda potenziata equivalente a un'onda sinusoidale, per tali requisiti un circuito alimentato PWM potrebbe essere implementato come mostrato sotto:

Nota: il pin SD n. 5 viene erroneamente mostrato collegato a Ct, assicurarsi di collegarlo con la linea di terra e non con Ct.

Il circuito dell'inverter solare di cui sopra utilizzando l'onda sinusoidale PWM può essere studiato in modo approfondito nell'articolo intitolato Circuito inverter solare AC da 1,5 ton

Dal tutorial di cui sopra è ora chiaro che progettare un inverter solare non è poi così difficile e potrebbe essere implementato in modo efficiente se si dispone di alcune conoscenze di base di concetti elettronici come convertitori buck, pannelli solari e inverter.

Una versione sinusoidale di quanto sopra può essere visto qui :

Ancora confuso? Non esitare a utilizzare la casella dei commenti per esprimere i tuoi preziosi pensieri.