Hur man utformar en solcellsomvandlare

När en DC till AC-omformare drivs via en solpanel kallas den en solinverter. Solpanelens ström används antingen direkt för drift av växelriktaren eller för laddning av växelriktarens batteri. I båda fallen fungerar växelriktaren utan att det är beroende av elnätet.

Designa en solinverter krets kräver i princip två parametrar att konfigureras korrekt, nämligen växelriktarkretsen och solpanelens specifikationer. Följande handledning förklarar detaljerna noggrant.

Bygga en solomvandlare

Om du är intresserad av bygg din egen solinriktare då borde du ha en grundlig kunskap om växelriktare eller omvandlare och om hur man väljer solpaneler korrekt .

Det finns två alternativ att göra om härifrån: Om du tycker att det är mycket komplicerat att göra en växelriktare kan du i så fall föredra att köpa en färdiggjord växelriktare som finns i dag i många olika former, storlekar och specifikationer, och sedan helt enkelt lära dig endast om solpaneler för den nödvändiga integrationen / installationen.

Det andra alternativet är att lära sig båda motsvarigheterna och sedan njuta av att bygga din egen DIY-solomvandlare stegvis.

I båda fallen blir lärande om solpaneler den avgörande delen av förfarandet, så låt oss först lära oss om den här viktiga enheten.

Specifikationer för solpaneler

En solpanel är inget annat än en form av strömförsörjning som ger en ren likström .

Eftersom denna likström är beroende av solstrålarnas intensitet är utgången normalt inkonsekvent och varierar med solljuspositionen och klimatförhållandena.

Även om solpaneler också är en form av strömförsörjning, skiljer den sig avsevärt från våra vanliga hemströmförsörjningar med transformatorer eller SMPS. Skillnaden ligger i ström- och spänningsspecifikationerna mellan dessa två varianter.

Våra DC-nätaggregat är klassade för att producera högre mängder ström och med spänningar som passar perfekt för en viss belastning eller applikation.

Till exempel a mobil laddare kan vara utrustad för att producera 5V vid 1 amp för laddning av en smart telefon , här är 1 förstärkaren mycket hög och 5V är perfekt kompatibel, vilket gör saker extremt effektiva för applikationsbehovet.

Medan en solpanel kan vara tvärtom, saknar den vanligtvis ström och kan klassas för att producera mycket högre spänningar, vilket kan vara enormt olämpligt för allmänna likströmsbelastningar som 12V batteriomvandlare, mobil laddare etc.

Denna aspekt gör designen av en solomvandlare lite svår och kräver vissa beräkningar och tänkande för att få ett tekniskt korrekt och effektivt system.

Välja rätt solpanel

För välja rätt solpanel är det grundläggande att tänka på att den genomsnittliga soleffekten inte får vara mindre än den genomsnittliga belastningseffekten.

Låt oss säga att ett 12V-batteri måste laddas med en hastighet på 10 amp, då måste solpanelen klassas för att ge minst 12 x 10 = 120 watt när som helst så länge det är en rimlig mängd solsken.

Eftersom det i allmänhet är svårt att hitta solpaneler med lägre spänning och högre strömspecifikationer, måste vi gå vidare med det som är lättillgängligt på marknaden (med högspänning, lågströmsspecifikationer), och sedan dimesnsion villkoren därefter.

Till exempel om ditt belastningskrav är 12V, 10 ampere och du inte kan få en solpanel med de här specifikationerna, kan du tvingas välja en inkompatibel matchning som en 48V, 3 amp solpanel som ser mycket möjlig ut för anskaffa.

Här ger panelen oss spänningsfördelar, men nuvarande nackdelar.

Därför kan du inte ansluta en 48V / 3amp-panel direkt till din 12V 10 amp-belastning (till exempel ett 12V 100 AH-batteri) eftersom detta skulle tvinga panelspänningen att sjunka till 12V, vid 3 ampere, vilket gör saker mycket ineffektiva.

Det skulle innebära att man betalar för en 48 x 3 = 144 watt panel och i gengäld får 12 x 3 = 36 watt effekt ... det är inte bra.

För att säkerställa optimal effektivitet skulle vi behöva utnyttja panelens spänningsfördel och omvandla den till en likvärdig ström för vår 'oförenliga' belastning.

Detta kan mycket enkelt göras med en buck-omvandlare.

Du behöver en Buck-Converter för att göra en solinverter

En buck-omvandlare konverterar effektivt överskott spänning från din solpanel till en motsvarande mängd ström (förstärkare) vilket garanterar en optimal utgång / ingång = 1-förhållande.

Det finns några aspekter här som måste övervägas. Om du tänker ladda ett batteri med lägre spänning för senare användning med en inveterare skulle en buck-omvandlare passa din applikation.

Men om du tänker använda växelriktaren med solpanelutgången under dagtid samtidigt som den genererar effekt, skulle en buck-omvandlare inte vara nödvändig, utan du kan ansluta växelriktaren direkt till panelen. Vi kommer att diskutera båda dessa alternativ separat.

För det första fallet där du kan behöva ladda ett batteri för senare användning med en växelriktare, särskilt när batterispänningen är mycket lägre än panelspänningen, kan en buck-omvandlare vara absolut nödvändig.

Jag har redan diskuterat ett par artiklar relaterade till buck-omvandlare och jag har tagit fram de slutliga ekvationerna som kan implementeras direkt när du utformar en buck-konveterare för en solinverter-applikation. Du kan gå igenom följande två artiklar för att få en enkel förståelse av konceptet.

Hur Buck Converters fungerar

Beräkning av spänning, ström i en spindel

Efter att ha läst ovanstående inlägg kanske du har förstått ungefär hur du implementerar en buck-omvandlare när du utformar en solomvandlare-krets.

Om du inte känner dig bekväm med formler och beräkningar kan följande praktiska tillvägagångssätt användas för att få den mest gynnsamma utgången för design av buck-omvandlare för din solpanel:

Enklaste Buck-Converter Circuit

Ovanstående diagram visar en enkel IC 555-baserad krets för omvandlare.

Vi kan se två krukor, den övre potten optimerar bockfrekvensen och den nedre potten optimerar PWM, båda dessa justeringar kan justeras för att få ett optimalt svar över C.

BC557-transistorn och 0,6 ohm-motståndet bildar en strömbegränsare för att skydda TIP127 (drivtransistor) från överström under justeringsprocessen, senare kan detta motståndsvärde justeras för högre strömutgångar tillsammans med en högre nominell drivtransistor.

Att välja induktor kan vara svårt ...

1) Frekvensen kan vara relaterad till induktor diameter, lägre diameter kommer att kräva högre frekvens och vice versa,

två) Antal omgångar kommer att påverka utspänningen och även utgångsströmmen och denna parameter skulle vara relaterad till PWM-justeringar.

3) Trådens tjocklek skulle bestämma strömgränsen för utgången, alla dessa kommer att behöva optimeras med någon försök och fel.

Som en tumregel, börja med en diameter på 1/2 tum och antalet varv som är lika med matningsspänningen ... använd ferrit som kärnan, och efter detta kan du börja den ovan föreslagna optimeringsprocessen.

Detta tar hand om buck-omvandlaren som kan användas med en given solpanel med högre spänning / låg ström för att erhålla en ekvivalent optimerad lägre spänning / högre strömutgång, enligt lastspecifikationerna, som uppfyller ekvationen:

(o / p watt) dividerat med (i / p watt) = Nära 1

Om ovanstående optimering av buck-omvandlare ser svår ut kan du förmodligen gå till följande testade PWM-solcellsladdningsomvandlare alternativ:

Här kan R8, R9 justeras för att justera utspänningen och R13 för att optimera strömutgången.

Efter att ha konstruerat och konfigurerat buck-omvandlaren med en lämplig solpanel kan man förvänta sig en perfekt optimerad effekt för laddning av ett visst batteri.

Eftersom ovanstående omvandlare inte underlättas med full laddningsavstängning kan en extern opamp-baserad avstängningskrets behövas för att möjliggöra en helautomatisk laddningsfunktion enligt nedanstående.

Lägga till en full laddningsavgränsning till Buck Converter-utgången

• Den visade enkla fulladdade avstängningskretsen kan läggas till med någon av buck-omvandlarna för att säkerställa att batteriet aldrig laddas för mycket när det når den angivna fulladdningsnivån.
• Ovanstående design för buck-omvandlare gör att du kan få en rimligt effektiv och optimal laddning för det anslutna batteriet.
• Även om denna buck-omvandlare skulle ge bra resultat kan effektiviteten försämras när solen gick ner.
• För att ta itu med detta kan man tänka sig att använda en MPPT-laddarkrets för att skaffa den mest optimala effekten från bockkretsen.
• Så en Buck-krets i kombination med en självoptimerande MPPT-krets kan hjälpa till att skära ut det maximala från det tillgängliga solljuset.
• Jag har redan förklarat a relaterade inlägg i ett av mina tidigare inlägg, kunde samma tillämpas medan en solcellsomformare kretsdesign

Sol Inverter utan Buck Converter eller MPPT

I föregående avsnitt lärde vi oss att designa en solomvandlare med hjälp av en buck-omvandlare för växelriktare med lägre batterispänningsvärde än panelen och som är avsedda att användas under natten med samma batteri som laddades under dagtid.

Detta innebär omvänt att om batterispänningen uppgraderas på något sätt så att den överensstämmer med panelens spänning så skulle en buck-omvandlare kunna undvikas.

Detta kan också vara sant för en växelriktare som kan vara avsedd att användas LIVE under dagtid, vilket betyder samtidigt medan panelen genererar elektricitet från solljus.

För samtidig dagtid kan den lämpligt utformade växelriktaren konfigureras direkt med en beräknad solpanel med rätt specifikationer som visas nedan.

Återigen måste vi se till att panelens medeleffekt är högre än den maximala effektförbrukningen för växelriktaren.

Låt oss säga att vi har en växelriktare klassad för att fungera med en 200 watt belastning måste panelen klassas till 250 watt för att ge ett jämnt svar.

Därför kan panelen vara 60V, 5 amp, och växelriktaren kan klassas till cirka 48V, 4amp , vilket visas i följande diagram:

I denna solinverter kan panelen ses direkt ansluten till växelriktarkretsen och växelriktaren kan producera den erforderliga effekten så länge solstrålarna är optimalt infallande på panelen.

Omformaren skulle fortsätta att köra med en ganska bra uteffekt så länge som panelen producerar spänning över 45V ... det vill säga 60V vid toppen och ner till 45V förmodligen under eftermiddagen.

Från den ovan visade 48V inverterkretsen är det uppenbart att en solinverterkonstruktion inte behöver vara alltför avgörande med dess funktioner och specifikationer.

Du kan ansluta vilken som helst form av växelriktare till vilken solpanel som helst för att få de resultat som krävs.

Det innebär att du kan välj valfri växelriktarkrets från listan och konfigurera den med en uppskaffad solpanel och börja skörda gratis elektricitet efter behag.

De enda viktiga men enkla att implementera parametrarna är spänningen och strömspecifikationerna för växelriktaren och solpanelen, som inte får skilja sig åt mycket, vilket förklarades i vår tidigare diskussion.

Sinusvågsinverterare

Alla konstruktioner som hittills diskuterats är avsedda att producera en kvadratvågsutgång, men för en del applikationer kan en fyrkantig våg vara oönskad och kan kräva en förbättrad vågform motsvarande en sinusvåg, för sådana krav kan en PWM-matad krets implementeras såsom visas Nedan:

Obs! SD-stift nr 5 visas felaktigt kopplat till Ct, var noga med att ansluta den med jordlinjen och inte med Ct.

Ovanstående solomvandlare krets med användning av PWM sinusvåg kan studeras utförligt i artikeln med titeln 1,5 ton växelströmsomvandlare krets

Från ovanstående handledning är det nu klart att utforma en solinverterare trots allt inte är så svårt och kan implementeras effektivt om du är utrustad med grundläggande kunskaper om elektroniska koncept som buck-omvandlare, solpanel och växelriktare.

En sinusvågversion av ovanstående kan vara sett här :

Fortfarande förvirrad? Tveka inte att använda kommentarrutan för att uttrycka dina värdefulla tankar.