Come realizzare un semplice circuito inverter solare

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In questo articolo cercheremo di capire il concetto di base di un inverter solare e anche come realizzare un circuito inverter solare semplice ma potente.

L'energia solare è a nostra disposizione in abbondanza ed è gratuita, inoltre è una fonte naturale illimitata di energia, facilmente accessibile a tutti noi.



Cosa c'è di così cruciale negli inverter solari?

Il fatto è che non c'è niente di cruciale negli inverter solari. Puoi usare qualsiasi file normale circuito inverter , collegarlo a un pannello solare e ottenere l'uscita CC-CA richiesta dall'inverter.

Detto questo, potresti dover selezionare e configurare le specifiche correttamente, altrimenti si rischia di danneggiare l'inverter o di provocare una conversione di potenza inefficiente.



Perché Solar Inverter

Abbiamo già discusso di come utilizzare i pannelli solari per generare elettricità da solare o solare, in questo articolo parleremo di una semplice disposizione che ci consentirà di utilizzare l'energia solare per il funzionamento dei nostri elettrodomestici.

Un pannello solare è in grado di convertire i raggi solari in corrente continua a livelli di potenziale inferiori. Ad esempio, un pannello solare può essere specificato per fornire 36 volt a 8 ampere in condizioni ottimali.

Tuttavia non possiamo utilizzare questa grandezza di potenza per far funzionare i nostri elettrodomestici, perché questi apparecchi possono funzionare solo a potenziali di rete oa tensioni comprese tra 120 e 230 V.

Inoltre la corrente dovrebbe essere AC e non DC come normalmente ricevuta da un pannello solare.

Ne abbiamo incontrati diversi circuiti inverter postato in questo blog e abbiamo studiato come funzionano.

Gli inverter vengono utilizzati per convertire e aumentare la potenza della batteria a bassa tensione in livelli di rete CA ad alta tensione.

Pertanto gli inverter possono essere efficacemente utilizzati per convertire la corrente continua di un pannello solare in uscite di rete che alimenterebbero adeguatamente le nostre apparecchiature domestiche.

Fondamentalmente negli inverter, la conversione da un potenziale basso a un livello di rete alto aumentato diventa fattibile a causa dell'elevata corrente che è normalmente disponibile dagli ingressi CC come una batteria o un pannello solare. La potenza complessiva rimane la stessa.

Comprensione delle specifiche della corrente di tensione

Ad esempio, se forniamo un ingresso di 36 volt @ 8 ampere a un inverter e otteniamo un'uscita di 220 V @ 1.2 ampere significherebbe che abbiamo appena modificato una potenza in ingresso di 36 × 8 = 288 watt in 220 × 1,2 = 264 watt.

Quindi possiamo vedere che non è magia, ma solo modifiche dei rispettivi parametri.

Se il pannello solare è in grado di generare corrente e tensione sufficienti, la sua uscita può essere utilizzata per azionare direttamente un inverter e gli elettrodomestici collegati e anche contemporaneamente per caricare una batteria.

La batteria carica può essere utilizzata per alimentare i carichi tramite inverter , durante le ore notturne in cui l'energia solare non è presente.

Tuttavia se il pannello solare è di dimensioni inferiori e non è in grado di generare potenza sufficiente, può essere utilizzato solo per caricare la batteria, e diventa utile per far funzionare l'inverter solo dopo il tramonto.

Funzionamento del circuito

Facendo riferimento allo schema elettrico, siamo in grado di assistere ad una semplice messa a punto utilizzando un pannello solare, un inverter e una batteria.

Le tre unità sono collegate tramite un circuito regolatore solare che distribuisce la potenza alle rispettive unità dopo opportune regolazioni della potenza ricevuta dal pannello solare.

Supponendo che la tensione sia 36 e la corrente sia 10 ampere dal pannello solare, l'inverter viene selezionato con una tensione operativa in ingresso di 24 volt @ 6 amp, fornendo una potenza totale di circa 120 watt.

Una frazione dell'amplificatore dei pannelli solari che ammonta a circa 3 ampere viene risparmiata per caricare una batteria, destinata ad essere utilizzata dopo il tramonto.

Supponiamo inoltre che il pannello solare sia montato su un file inseguitore solare in modo che sia in grado di fornire i requisiti specificati fintanto che il sole è visibile nei cieli.

La potenza di ingresso di 36 volt viene applicata all'ingresso di un regolatore che la riduce a 24 volt.

Il carico collegato all'uscita dell'inverter è selezionato in modo tale da non forzare l'inverter a più di 6 ampere dal pannello solare. Dai restanti 4 ampere, vengono forniti 2 ampere alla batteria per caricarla.

I restanti 2 ampere non vengono utilizzati per mantenere una migliore efficienza dell'intero sistema.

I circuiti sono tutti quelli di cui si è già parlato nei miei blog, possiamo vedere come questi si configurino in modo intelligente tra loro per realizzare le operazioni richieste.

Per il tutorial completo, fare riferimento a questo articolo: Tutorial sull'inverter solare

Elenco delle parti per la sezione caricatore LM338

  • Tutti i resistori sono 1/4 watt 5% CFR se non specificato.
  • R1 = 120 ohm
  • P1 = 10K pot (2K è mostrato mistkanly)
  • R4 = sostituisci iit con un collegamento
  • R3 = 0,6 x 10 / batteria AH
  • Transistor = BC547 (non BC557, viene erroneamente mostrato)
  • Regolatore IC = LM338
  • Elenco delle parti per la sezione inverter
  • Tutte le parti sono 1/4 watt se non specificato
  • R1 = 100k piatto
  • R2 = 10K
  • R3 = 100K
  • R4, R5 = 1K
  • T1, T2 = più mosfer IRF540
  • N1 --- N4 = IC 4093

Le restanti poche parti non devono essere specificate e possono essere copiate come mostrato nel diagramma.

Per caricare batterie fino a 250 Ah

La sezione caricatore nel circuito sopra può essere opportunamente potenziata per consentire la ricarica di batterie ad alta corrente nell'ordine da 100 AH a 250 Ah.

Per Batteria da 100 Ah puoi semplicemente sostituire l'LM338 con LM196 che è una versione da 10 ampere dell'LM338.

Un fuoribordo transistor TIP36 è opportunamente integrato attraverso l'IC 338 per facilitare il richiesto carica ad alta corrente .

Il resistore dell'emettitore di TIP36 deve essere calcolato in modo appropriato altrimenti il ​​transistor potrebbe semplicemente spegnersi, farlo con un metodo per tentativi ed errori, iniziare inizialmente con 1 ohm, quindi continuare gradualmente a ridurlo fino a quando la quantità di corrente richiesta diventa raggiungibile in uscita.

inverter solare ad alta potenza con caricabatteria ad alta corrente

Aggiunta di una funzione PWM

Per garantire un'uscita fissa a 220 V o 120 V, è possibile aggiungere un controllo PWM ai progetti sopra come mostrato nel diagramma seguente. Come si può vedere il gate N1 che è sostanzialmente configurato come un oscillatore a 50 o 60Hz, è arricchito con diodi e un potenziometro per abilitare un'opzione di duty cycle variabile.

Circuito inverter solare controllato da PWM

Regolando questo potenziometro possiamo forzare l'oscillatore a creare frequenze con diversi periodi ON / OFF che a loro volta abiliteranno il mosfet per accendere e spegnere con la stessa tariffa.

Regolando la temporizzazione ON / OFF del mosfet possiamo variare proporzionalmente l'induzione di corrente nel trasformatore, che ci permetterà eventualmente di regolare la tensione RMS in uscita dell'inverter.

Una volta che l'uscita RMS è fissata, l'inverter sarà in grado di produrre un'uscita costante indipendentemente dalle variazioni di tensione solare, finché ovviamente la tensione non scende al di sotto della specifica di tensione dell'avvolgimento primario del trasformatore.

Inverter solare con IC 4047

Come descritto in precedenza, è possibile collegare qualsiasi inverter desiderato con un regolatore solare per implementare una semplice funzione di inverter solare.

Il diagramma seguente mostra come un semplice file Inverter IC 4047 può essere utilizzato con lo stesso regolatore solare per ottenere 220 V AC o 120 V AC dal pannello solare.

Solar Inverter che utilizza IC 555

Allo stesso modo, se sei interessato a costruire un piccolo inverter solare utilizzando IC 555, puoi farlo molto bene, integrando un Inverter IC 555 con pannello solare per ottenere la 220V AC richiesta.

Inverter solare con transistor 2N3055

Il Transistor 2N3055 sono molto popolari tra tutti gli appassionati di elettronica. E questo fantastico BJT ti consente di costruire inverter piuttosto potenti con un numero minimo di parti.

Se sei uno di quegli appassionati che hanno alcuni di questi dispositivi nella tua scatola della spazzatura e sono interessati a creare un piccolo e fantastico inverter solare utilizzandoli, il seguente semplice design può aiutarti a realizzare il tuo sogno.

Inverter solare semplice senza regolatore di carica

Per gli utenti che non sono entusiasti di includere il controller del caricabatterie LM338, per semplicità, il seguente design di inverter FV più semplice sembra buono.

Anche se la batteria può essere vista senza un regolatore, la batteria verrà comunque caricata in modo ottimale, a condizione che il pannello solare riceva la quantità adeguata di luce solare diretta richiesta.

La semplicità del design indica anche il fatto che batterie al piombo non sono così difficili da caricare dopotutto.

Ricordare, una batteria completamente scarica (inferiore a 11 V) può richiedere da almeno 8 ore a 10 ore di ricarica fino a quando l'inverter non può essere acceso per la conversione richiesta da 12V a 220V CA.

Semplice commutazione da solare a corrente alternata

Se desideri che il tuo sistema di inverter solari abbia la possibilità di un passaggio automatico dal pannello solare alla rete CA, puoi aggiungere la seguente modifica del relè all'ingresso del regolatore LM338 / LM196:

L'adattatore da 12 V deve essere valutato per adattarsi alla tensione della batteria e alle specifiche Ah. Ad esempio, se la batteria ha una tensione nominale di 12 V 50 Ah, l'adattatore da 12 V può essere valutato da 15 V a 20 V e 5 amp

Inverter solare con convertitore buck

Nella discussione sopra abbiamo imparato come realizzare un semplice inverter solare con caricabatteria utilizzando circuiti integrati lineari come LM338, LM196 , che sono ottimi quando la tensione e la corrente del pannello solare sono uguali ai requisiti dell'inverter.

In questi casi la potenza dell'inverter è piccola e limitata. Per carichi di inverter con wattaggio significativamente più alto, anche la potenza di uscita del pannello solare dovrà essere grande e alla pari con i requisiti.

In questo scenario, la corrente del pannello solare dovrà essere notevolmente elevata. Ma poiché i pannelli solari sono disponibili con alta corrente, bassa tensione, rendendo l'inverter solare ad alto wattaggio nell'ordine da 200 watt a 1 kva non sembra facilmente fattibile.

Tuttavia, i pannelli solari ad alta tensione e bassa corrente sono facilmente disponibili. E poiché il wattaggio è W = V x I , i pannelli solari con tensioni più elevate possono facilmente contribuire a un pannello solare di maggiore potenza.

Detto questo, questi pannelli solari ad alta tensione non possono essere utilizzati per applicazioni con inverter a bassa tensione e alto wattaggio, poiché le tensioni potrebbero non essere compatibili.

Ad esempio, se abbiamo un pannello solare da 60 V, 5 Amp e un inverter da 12 V 300 watt, sebbene la potenza nominale delle due controparti possa essere simile, non possono essere collegati a causa delle differenze di tensione / corrente.

Qui è dove a convertitore buck è molto utile e può essere applicato per convertire la tensione in eccesso del pannello solare in corrente in eccesso e abbassare la tensione in eccesso, secondo i requisiti dell'inverter.

Realizzazione di un circuito inverter solare da 300 Watt

Supponiamo di voler realizzare un circuito inverter da 300 watt a 12 V da un pannello solare da 32 V, 15 Ampere.

Per questo avremo bisogno di una corrente di uscita di 300/12 = 25 Amp dal convertitore buck.

Il seguente semplice convertitore buck di ti.com sembra estremamente efficiente nel fornire la potenza richiesta per il nostro inverter solare da 300 watt.

Fissiamo i parametri importanti del convertitore buck come indicato nei seguenti calcoli:

Requisiti di progettazione
• Tensione pannello solare VI = 32 V
• Uscita convertitore buck VO = 12 V
• Uscita convertitore buck IO = 25 A
• Frequenza operativa del convertitore buck fOSC = frequenza di commutazione di 20 kHz
• VR = 20 mV picco-picco (VRIPPLE)
• ΔIL = variazione di corrente dell'induttore di 1,5 A

  • d = duty cycle = VO / VI = 12 V / 32 V = 0,375
  • f = 20 kHz (obiettivo di progetto)
  • ton = tempo acceso (S1 chiuso) = (1 / f) × d = 7,8 μs
  • toff = tempo fuori (S1 aperto) = (1 / f) - ton = 42,2 μs
  • L ≉ (VI - VO) × ton / ΔIL
  • [(32 V - 12 V) × 7,8 μs] /1,5 A
  • 104 μH

Questo ci fornisce le specifiche dell'induttore del convertitore buck. Il cavo SWG può essere ottimizzato attraverso alcuni tentativi ed errori. Un filo di rame super smaltato da 16 SWG dovrebbe essere abbastanza buono per gestire una corrente di 25 A.

Calcolo del condensatore del filtro di uscita per il convertitore buck

Dopo aver determinato l'induttore buck di uscita, il valore del condensatore del filtro di uscita può essere calcolato in modo che corrisponda alle specifiche del ripple di uscita. Un condensatore elettrolitico potrebbe essere immaginato come una relazione in serie di un'induttanza, una resistenza e una capacità. Per offrire un discreto filtraggio delle ondulazioni, la frequenza delle ondulazioni deve essere molto inferiore alle frequenze in cui l'induttanza in serie diventa critica.

Pertanto, entrambi gli elementi cruciali sono la capacità e la resistenza in serie effettiva (ESR). L'ESR più alto viene calcolato in linea con la relazione tra la tensione di ripple picco-picco scelta e la corrente di ripple picco-picco.

ESR = ΔVo (ondulazione) / ΔIL = V / 1,5 = 0,067 Ohm

Il valore di capacità C più basso consigliato per prendersi cura della tensione di ondulazione VO inferiore al requisito di progetto di 100 mV è espresso nei calcoli seguenti.

C = ΔIL / 8fΔVo = 1,5 / 8 x 20 x 103x 0,1 V = 94 uF , sebbene un valore superiore a questo, aiuterà solo a migliorare la risposta di ondulazione in uscita del convertitore buck.

Impostazione dell'uscita buck per il Solar Inverter

Per impostare con precisione l'uscita 12 V, 25 Amp, dobbiamo calcolare i resistori R8, R9 e R13.

R8 / R9 decide la tensione di uscita che può essere modificata utilizzando in modo casuale un 10K per R8 e un potenziometro da 10k per R9. Quindi, regola il potenziometro da 10K per ottenere la tensione di uscita esatta per l'inverter.

R13 diventa il resistore di rilevamento della corrente per il convertitore buck e garantisce che l'inverter non sia mai in grado di assorbire una corrente superiore a 25 Amp dal pannello e si spenga in tale scenario.

I resistori R1 e R2 stabiliscono il riferimento di circa 1 V per l'ingresso invertente dell'amplificatore operazionale limitatore di corrente TL404. Il resistore R13, che è collegato in serie con il carico, fornisce 1 V al terminale non invertente dell'amplificatore operazionale con errore limitatore di corrente non appena la corrente dell'inverter si estende a 25 A. Il PWM per i BJT è quindi limitato in modo appropriato a controllare l'ulteriore assunzione di corrente. Il valore R13 è calcolato come indicato in:

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

Potenza = 1 x 25 = 25 watt

Una volta che il convertitore buck di cui sopra è stato costruito e testato per la conversione richiesta dalla tensione del pannello in eccesso alla corrente di uscita in eccesso, è tempo di collegare qualsiasi buona qualità Inverter da 300 watt con il convertitore buck, con l'aiuto del seguente diagramma a blocchi:

Inverter / caricabatterie solare per progetto scientifico

Il prossimo articolo di seguito spiega un semplice circuito inverter solare per i neofiti o gli studenti delle scuole.

Qui la batteria è collegata direttamente al pannello per semplicità, e un sistema di commutazione automatica a relè per commutare la batteria all'inverter in assenza di energia solare.

Il circuito è stato richiesto dalla signora Swati Ojha.

Le fasi del circuito

Il circuito consiste principalmente di due fasi e cioè: a semplice inverter e la commutazione automatica del relè.

Durante il giorno per così tanto tempo la luce del sole rimane ragionevolmente forte, la tensione del pannello viene utilizzata per caricare la batteria e anche per alimentare l'inverter tramite i contatti di scambio del relè.

La preimpostazione del circuito di commutazione automatica è impostata in modo tale che il relè associato scatti su OFF quando la tensione del pannello scende al di sotto di 13 volt.

L'azione di cui sopra scollega il pannello solare dall'inverter e collega la batteria carica con l'inverter in modo che i carichi in uscita continuino a funzionare utilizzando l'alimentazione della batteria.

Funzionamento del circuito:

I resistori R1, R2, R3, R4 insieme a T1, T2 e il trasformatore formano la sezione dell'inverter. 12 volt applicati attraverso la presa centrale e la massa avvia immediatamente l'inverter, tuttavia qui non colleghiamo la batteria direttamente in questi punti, piuttosto attraverso una fase di commutazione del relè.

Il transistore T3 con i componenti associati e il relè costituisce lo stadio di commutazione del relè. L'LDR è tenuto all'esterno della casa o in una posizione in cui possa percepire la luce del giorno.

Il preset P1 è regolato in modo tale che T3 smetta di condurre e interrompe il relè nel caso in cui la luce ambientale scenda al di sotto di un certo livello, o semplicemente quando la tensione scende al di sotto di 13 volt.

Questo ovviamente accade quando la luce solare diventa troppo debole e non è più in grado di sostenere i livelli di tensione specificati.

Tuttavia, finché la luce solare rimane intensa, il relè rimane attivato, collegando la tensione del pannello solare direttamente all'inverter (presa centrale del trasformatore) tramite i contatti N / O. In questo modo l'inverter diventa utilizzabile attraverso il pannello solare durante il giorno.

Il pannello solare viene anche utilizzato contemporaneamente per caricare la batteria tramite D2 durante il giorno in modo che si carichi completamente al tramonto.

Il pannello solare è selezionato in modo tale da non generare mai più di 15 volt anche ai massimi livelli di luce solare.
La potenza massima di questo inverter non sarà superiore a 60 watt.

Elenco delle parti per l'inverter solare proposto con circuito caricatore destinato a progetti scientifici.

  • R1, R2 = 100 OHMS, 5 WATT
  • R3, R4 = 15 OHMS, 5 WATT
  • T1, T2 = 2N3055, MONTATO SU IDONEO DISPELLATORE
  • TRASFORMATORE = 9-0-9V, DA 3 A 10 AMP
  • R5 = 10K
  • R6 = 0,1 OHMS 1 WATT
  • P1 = 100K PRESET LINEARE
  • D1, D2 = 6A4
  • D3 = 1N4148
  • T3 = BC547
  • C1 = 100uF / 25V
  • RELÈ = 9V, SPDT
  • LDR = QUALSIASI TIPO STANDARD
  • PANNELLO SOLARE = ​​CIRCUITO APERTO 17 VOLT, CORRENTE IN CORTO CIRCUITO 5 A.
  • BATTERIA = 12 V, 25 Ah



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