In diesem Artikel werden wir versuchen, das Grundkonzept eines Solarwechselrichters zu verstehen und auch zu verstehen, wie eine einfache, aber leistungsstarke Solarwechselrichterschaltung hergestellt wird.

Solarenergie steht uns reichlich zur Verfügung und kann kostenlos genutzt werden. Darüber hinaus ist sie eine unbegrenzte, endlose natürliche Energiequelle, die für uns alle leicht zugänglich ist.

Was ist so wichtig an Solarwechselrichtern?

Tatsache ist, dass Solarwechselrichter nichts Entscheidendes haben. Sie können jede verwenden normaler Wechselrichterkreis Schließen Sie es an ein Solarpanel an und holen Sie sich den erforderlichen DC / AC-Ausgang vom Wechselrichter.

Allerdings müssen Sie möglicherweise und auswählen Konfigurieren Sie die Spezifikationen Richtig, andernfalls besteht die Gefahr, dass Sie Ihren Wechselrichter beschädigen oder eine ineffiziente Stromumwandlung verursachen.

Warum Solarwechselrichter?

Wir haben bereits besprochen, wie Sonnenkollektoren zur Stromerzeugung aus Sonnen- oder Sonnenenergie verwendet werden können. In diesem Artikel werden wir eine einfache Anordnung erörtern, mit der wir Sonnenenergie für den Betrieb unserer Haushaltsgeräte nutzen können.

Ein Solarpanel kann Sonnenstrahlen bei niedrigeren Potentialwerten in Gleichstrom umwandeln. Beispielsweise kann ein Solarpanel spezifiziert werden, um 36 Volt bei 8 Ampere unter optimalen Bedingungen zu liefern.

Wir können diese Leistungsgröße jedoch nicht für den Betrieb unserer Haushaltsgeräte verwenden, da diese Geräte nur bei Netzpotentialen oder bei Spannungen im Bereich von 120 bis 230 V arbeiten können.

Darüber hinaus sollte der Strom ein Wechselstrom sein und nicht ein Gleichstrom, wie er normalerweise von einem Solarpanel empfangen wird.

Wir sind auf eine Reihe von gestoßen Wechselrichterschaltungen in diesem Blog gepostet und wir haben untersucht, wie sie funktionieren.

Wechselrichter werden zum Umwandeln und Erhöhen der Niederspannungsbatterieleistung in Hochspannungswechselstromnetze verwendet.

Daher können Wechselrichter effektiv zur Umwandlung des Gleichstroms von einem Solarpanel in Netzausgänge verwendet werden, die unsere Haushaltsgeräte angemessen versorgen würden.

Grundsätzlich wird bei Wechselrichtern die Umwandlung von einem niedrigen Potential in einen erhöhten hohen Netzpegel aufgrund des hohen Stroms möglich, der normalerweise an den Gleichstromeingängen wie einer Batterie oder einem Solarpanel verfügbar ist. Die Gesamtleistung bleibt gleich.

Grundlegendes zu den Spannungsspezifikationen

Wenn wir beispielsweise einen Wechselrichter mit einem Eingang von 36 Volt bei 8 Ampere versorgen und einen Ausgang von 220 V bei 1,2 Ampere erhalten, bedeutet dies, dass wir gerade eine Eingangsleistung von 36 × 8 = 288 Watt in 220 × 1,2 = 264 Watt geändert haben.

Daher können wir sehen, dass es keine Magie ist, sondern nur Änderungen der jeweiligen Parameter.

Wenn das Solarpanel genügend Strom und Spannung erzeugen kann, kann sein Ausgang zum direkten Betrieb eines Wechselrichters und der angeschlossenen Haushaltsgeräte sowie zum gleichzeitigen Laden einer Batterie verwendet werden.

Der geladene Akku kann für verwendet werden Stromversorgung der Lasten über den Wechselrichter in der Nacht, wenn keine Sonnenenergie vorhanden ist.

Wenn das Solarpanel jedoch kleiner ist und nicht genügend Strom erzeugen kann, kann es nur zum Laden des Akkus verwendet werden und ist erst nach Sonnenuntergang für den Betrieb des Wechselrichters nützlich.

Schaltungsbetrieb

Anhand des Schaltplans können wir eine einfache Einrichtung mit einem Solarpanel, einem Wechselrichter und einer Batterie beobachten.

Die drei Einheiten sind über a verbunden Solarreglerkreis das verteilt den Strom auf die jeweiligen Einheiten nach entsprechenden Vorschriften des vom Solarpanel empfangenen Stroms.

Unter der Annahme einer Spannung von 36 und eines Stroms von 10 Ampere vom Solarpanel wird der Wechselrichter mit einer Eingangsbetriebsspannung von 24 Volt bei 6 Ampere ausgewählt, was eine Gesamtleistung von etwa 120 Watt ergibt.

Ein Teil des Solarpanel-Verstärkers, der etwa 3 Ampere beträgt, wird zum Laden einer Batterie geschont, die nach Sonnenuntergang verwendet werden soll.

Wir gehen auch davon aus, dass das Solarpanel über einem montiert ist Solartracker damit es die spezifizierten Anforderungen erfüllen kann, solange die Sonne über dem Himmel sichtbar ist.

Die Eingangsleistung von 36 Volt wird an den Eingang eines Reglers angelegt, der ihn auf 24 Volt reduziert.

Die an den Ausgang des Wechselrichters angeschlossene Last wird so gewählt, dass der Wechselrichter nicht mehr als 6 Ampere vom Solarpanel entfernt wird. Von den verbleibenden 4 Ampere werden dem Akku 2 Ampere zum Laden zugeführt.

Die verbleibenden 2 Ampere werden nicht verwendet, um eine bessere Effizienz des gesamten Systems aufrechtzuerhalten.

Die Schaltkreise sind alle diejenigen, die bereits in meinen Blogs besprochen wurden. Wir können sehen, wie diese intelligent miteinander konfiguriert sind, um die erforderlichen Operationen zu implementieren.

Das vollständige Tutorial finden Sie in diesem Artikel: Solar Inverter Tutorial

Teileliste für den Abschnitt LM338-Ladegerät

Alle Widerstände haben 1/4 Watt 5% CFR, sofern nicht anders angegeben.
R1 = 120 Ohm
P1 = 10K Pot (2K ist falsch dargestellt)
R4 = Ersetze es durch einen Link
R3 = 0,6 x 10 / Batterie AH
Transistor = BC547 (nicht BC557, es wird fälschlicherweise gezeigt)
Regler IC = LM338
Teileliste für den Wechselrichterteil
Alle Teile sind 1/4 Watt, sofern nicht anders angegeben
R1 = 100k Topf
R2 = 10K
R3 = 100K
R4, R5 = 1K
T1, T2 = Mosfer IRF540
N1 - N4 = IC 4093

Die verbleibenden Teile müssen nicht angegeben werden und können wie in der Abbildung gezeigt kopiert werden.

Zum Laden von Batterien bis 250 Ah

Der Ladeabschnitt in der obigen Schaltung kann geeignet aufgerüstet werden, um das Laden von Hochstrombatterien in der Größenordnung von 100 AH bis 250 Ah zu ermöglichen.

Zum 100Ah Batterie Sie können den LM338 einfach durch ersetzen LM196 Das ist eine 10-Ampere-Version des LM338.

Ein Außenborder Transistor TIP36 ist angemessen in den IC 338 integriert, um das Erforderliche zu erleichtern Hochstromladung .

Der Emitterwiderstand von TIP36 muss entsprechend berechnet werden, da sonst der Transistor möglicherweise einfach abbläst. Führen Sie dies zunächst durch Ausprobieren durch, beginnen Sie zunächst mit 1 Ohm und reduzieren Sie ihn dann schrittweise, bis die erforderliche Strommenge am Ausgang erreichbar ist.

Hochleistungs-Solarwechselrichter mit Hochstrom-Batterieladegerät

Hinzufügen einer PWM-Funktion

Um einen festen 220V- oder 120V-Ausgang sicherzustellen, könnte eine PWM-Steuerung zu den obigen Konstruktionen hinzugefügt werden, wie in der folgenden Abbildung gezeigt. Wie zu sehen ist, ist das Gate N1, das im Wesentlichen als 50- oder 60-Hz-Oszillator konfiguriert ist, mit Dioden und einem Poti ausgestattet, um eine Option mit variablem Arbeitszyklus zu ermöglichen.

PWM-gesteuerte Solarwechselrichterschaltung

Durch Einstellen dieses Potis können wir den Oszillator zwingen, Frequenzen mit unterschiedlichen EIN / AUS-Perioden zu erzeugen, die wiederum die aktivieren Mosfets zum Ein- und Ausschalten mit der gleichen Rate.

Durch Einstellen des Mosfet-EIN / AUS-Timings können wir die Strominduktion im Transformator proportional variieren, wodurch wir schließlich die RMS-Ausgangsspannung des Wechselrichters einstellen können.

Sobald der Effektivwert des Ausgangs fest ist, kann der Wechselrichter unabhängig von den Schwankungen der Sonnenspannung einen konstanten Ausgang erzeugen, bis die Spannung natürlich unter die Spannungsspezifikation der Primärwicklung des Transformators fällt.

Solarwechselrichter mit IC 4047

Wie bereits beschrieben, können Sie jeden gewünschten Wechselrichter mit einem Solarregler verbinden, um eine einfache Solarwechselrichterfunktion zu implementieren.

Das folgende Diagramm zeigt, wie einfach IC 4047 Wechselrichter kann mit demselben Solarregler verwendet werden, um 220 V AC oder 120 V AC vom Solarpanel zu erhalten.

Solar Wechselrichter mit IC 555

Ganz ähnlich, wenn Sie daran interessiert sind, einen kleinen Solarwechselrichter mit IC 555 zu bauen, können Sie dies sehr gut tun, indem Sie einen integrieren Wechselrichter IC 555 mit Solarpanel für die erforderlichen 220V AC.

Solar Wechselrichter mit 2N3055 Transistor

Das 2N3055 Transistoren sind bei allen elektronischen Enthusiasten sehr beliebt. Und mit diesem erstaunlichen BJT können Sie ziemlich leistungsstarke Wechselrichter mit einer minimalen Anzahl von Teilen bauen.

Wenn Sie zu den Enthusiasten gehören, die einige dieser Geräte in Ihrer Junk-Box haben und daran interessiert sind, mit ihnen einen coolen kleinen Solarwechselrichter zu entwickeln, kann Ihnen das folgende einfache Design helfen, Ihren Traum zu verwirklichen.

Einfacher Solarwechselrichter ohne Laderegler

Für Benutzer, die den LM338-Laderegler nicht besonders gern verwenden, sieht das folgende einfachste PV-Wechselrichter-Design der Einfachheit halber gut aus.

Auch wenn die Batterie ohne Regler sichtbar ist, wird der Akku dennoch optimal aufgeladen, vorausgesetzt, das Solarpanel erhält die erforderliche ausreichende Menge an direktem Sonnenschein.

Die Einfachheit des Designs zeigt auch die Tatsache, dass Blei-Säure-Batterien sind doch nicht so schwer zu laden.

Denken Sie daran, dass ein vollständig entladener Akku (unter 11 V) möglicherweise mindestens 8 bis 10 Stunden aufgeladen werden muss, bis der Wechselrichter für die erforderliche Wechselstromumwandlung von 12 V auf 220 V eingeschaltet werden kann.

Einfache Umstellung von Solar auf AC

Wenn Sie möchten, dass Ihr Solarwechselrichtersystem automatisch vom Solarmodul auf das Wechselstromnetz umschaltet, können Sie dem Reglereingang LM338 / LM196 die folgende Relaismodifikation hinzufügen:

Der 12-V-Adapter sollte für die Batteriespannung und die Ah-Spezifikationen ausgelegt sein. Wenn die Batterie beispielsweise für 12 V bis 50 Ah ausgelegt ist, kann der 12-V-Adapter für 15 V bis 20 V und 5 A ausgelegt werden

Solar Wechselrichter mit Buck Converter

In der obigen Diskussion haben wir gelernt, wie man einen einfachen Solarwechselrichter mit Batterieladegerät unter Verwendung linearer ICs wie LM338 herstellt. LM196 , die großartig sind, wenn die Spannung und der Strom des Solarmoduls den Anforderungen des Wechselrichters entsprechen.

In solchen Fällen ist die Leistung des Wechselrichters gering und begrenzt. Für Wechselrichterlasten mit deutlich höherer Leistung muss auch die Ausgangsleistung des Solarmoduls groß sein und den Anforderungen entsprechen.

In diesem Szenario muss der Solarpanelstrom erheblich hoch sein. Da Solarmodule jedoch mit hohem Strom erhältlich sind, ist ein Niederspannungs-Solarwechselrichter mit hoher Leistung in der Größenordnung von 200 Watt bis 1 kVA nicht ohne weiteres realisierbar.

Hochspannungs- und Niedrigstrom-Solarmodule sind jedoch leicht verfügbar. Und da ist die Leistung W = V x I. Solarmodule mit höheren Spannungen können leicht zu einem Solarmodul mit höherer Leistung beitragen.

Diese Hochspannungs-Solarmodule können jedoch nicht für Niederspannungs-Wechselrichteranwendungen mit hoher Leistung verwendet werden, da die Spannungen möglicherweise nicht kompatibel sind.

Wenn wir beispielsweise ein 60-V-, 5-Ampere-Solarpanel und einen 12-V-300-Watt-Wechselrichter haben, können die beiden Nennwerte zwar ähnlich sein, sie können jedoch aufgrund von Spannungs- / Stromunterschieden nicht angeschlossen werden.

Hier ist a Abwärtswandler Dies ist sehr praktisch und kann verwendet werden, um die überschüssige Solarmodulspannung in überschüssigen Strom umzuwandeln und die überschüssige Spannung gemäß den Wechselrichteranforderungen zu senken.

Herstellung eines 300-Watt-Solarwechselrichters

Nehmen wir an, wir möchten aus einem Solarpanel mit 32 V und 15 Ampere einen 300-Watt-12-V-Wechselrichterstromkreis herstellen.

Dazu benötigen wir einen Ausgangsstrom von 300/12 = 25 Ampere vom Tiefsetzsteller.

Der folgende einfache Abwärtswandler von ti.com liefert äußerst effizient die erforderliche Leistung für unseren 300-Watt-Solarwechselrichter.

Wir korrigieren die wichtigen Parameter des Tiefsetzstellers wie in den folgenden Berechnungen angegeben:

Designanforderungen
• Solarpanel-Spannung VI = 32 V.
• Buck Converter Ausgang VO = 12 V.
• Buck Converter Ausgang IO = 25 A.
• Betriebsfrequenz des Abwärtswandlers fOSC = 20-kHz-Schaltfrequenz
• VR = 20 mV Spitze-Spitze (VRIPPLE)
• ΔIL = 1,5 A Induktorstromänderung

d = Arbeitszyklus = VO / VI = 12 V / 32 V = 0,375
f = 20 kHz (Entwurfsziel)
Tonne = Zeit ein (S1 geschlossen) = (1 / f) × d = 7,8 μs
toff = Freizeit (S1 offen) = (1 / f) - Tonne = 42,2 μs
L ≉ (VI - VO) × Tonne / ΔIL
≉ [(32 V - 12 V) × 7,8 μs] / 1,5 A.
≉ 104 μH

Dies liefert uns die Spezifikationen des Tiefsetzstellers. Die Draht-SWG kann durch Versuch und Irrtum optimiert werden. Ein super emaillierter Kupferdraht mit 16 SWG sollte für einen Strom von 25 Ampere geeignet sein.

Berechnung des Ausgangsfilterkondensators für den Abwärtswandler

Nachdem die Ausgangs-Buck-Induktivität bestimmt wurde, kann der Wert des Ausgangsfilterkondensators berechnet werden, um den Spezifikationen der Ausgangswelligkeit zu entsprechen. Ein Elektrolytkondensator könnte als eine Reihenbeziehung einer Induktivität, eines Widerstands und einer Kapazität vorgestellt werden. Um eine anständige Welligkeitsfilterung zu bieten, muss die Welligkeitsfrequenz viel niedriger sein als die Frequenzen, bei denen die Serieninduktivität kritisch wird.

Daher sind sowohl die Kapazität als auch der effektive Serienwiderstand (ESR) die entscheidenden Elemente. Der höchste ESR wird in Übereinstimmung mit der Beziehung zwischen der gewählten Spitze-Spitze-Welligkeitsspannung und dem Spitze-Spitze-Welligkeitsstrom berechnet.

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

Der niedrigste C-Kapazitätswert, der empfohlen wird, um die VO-Welligkeitsspannung bei weniger als der 100-mV-Entwurfsanforderung zu berücksichtigen, wird in den folgenden Berechnungen ausgedrückt.

C = ΔIL / 8fΔVo = 1,5 / 8 x 20 x 10³x 0,1 V = 94 uF , obwohl höher als dies nur dazu beiträgt, die Welligkeitsantwort des Ausgangs des Abwärtswandlers zu verbessern.

Einrichten des Buck-Ausgangs für den Solarwechselrichter

Um den Ausgang 12 V, 25 Ampere genau einzustellen, müssen die Widerstände R8, R9 und R13 berechnet werden.

R8 / R9 entscheidet über die Ausgangsspannung, die durch zufällige Verwendung von 10 K für R8 und 10 K für R9 zufällig angepasst werden kann. Stellen Sie als nächstes den 10K-Poti ein, um die genaue Ausgangsspannung für den Wechselrichter zu erhalten.

R13 wird zum Stromerfassungswiderstand für den Tiefsetzsteller und stellt sicher, dass der Wechselrichter niemals mehr als 25 Ampere Strom aus dem Panel ziehen kann und in einem solchen Szenario abgeschaltet wird.

Die Widerstände R1 und R2 legen die Referenz von ungefähr 1 V für den invertierenden Eingang des internen strombegrenzenden Operationsverstärkers TL404 fest. Der Widerstand R13, der in Reihe mit der Last geschaltet ist, liefert 1 V an den nichtinvertierenden Anschluss des Strombegrenzungsfehler-Operationsverstärkers, sobald der Wechselrichterstrom auf 25 A ansteigt. Die PWM für die BJTs ist somit angemessen auf beschränkt weitere Stromaufnahme steuern. Der R13-Wert wird wie folgt berechnet:

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

Leistung = 1 x 25 = 25 Watt

Sobald der oben genannte Abwärtswandler gebaut und auf die erforderliche Umwandlung von überschüssiger Schalttafelspannung in überschüssigen Ausgangsstrom getestet wurde, ist es Zeit, eine gute Qualität anzuschließen 300 Watt Wechselrichter mit dem Tiefsetzsteller mit Hilfe des folgenden Blockschaltbildes:

Solar Wechselrichter / Ladegerät für Wissenschaftsprojekt

Der nächste Artikel unten erklärt eine einfache Solarwechselrichterschaltung für Anfänger oder Schüler.

Hier ist die Batterie der Einfachheit halber direkt mit dem Panel verbunden und ein automatisches Umschaltrelais-System zum Umschalten der Batterie auf den Wechselrichter ohne Sonnenenergie.

Die Schaltung wurde von Frau Swati Ojha angefordert.

Die Schaltungsstufen

Die Schaltung besteht hauptsächlich aus zwei Stufen, nämlich: a einfacher Wechselrichter und die automatische Relaisumschaltung.

Während der Tageszeit bleibt das Sonnenlicht so lange ziemlich stark, dass die Panel-Spannung zum Laden des Akkus und auch für verwendet wird Stromversorgung des Wechselrichters über die Relaiswechselkontakte.

Die Voreinstellung der automatischen Umschaltschaltung ist so eingestellt, dass das zugehörige Relais AUS schaltet, wenn die Schaltflächenspannung unter 13 Volt fällt.

Die obige Aktion trennt das Solarpanel vom Wechselrichter und verbindet die geladene Batterie mit dem Wechselrichter, so dass die Ausgangslasten mit der Batterieleistung weiterlaufen.

Schaltungsbetrieb:

Die Widerstände R1, R2, R3, R4 bilden zusammen mit T1, T2 und dem Transformator den Wechselrichterabschnitt. 12 Volt werden über den Mittelhahn angelegt und die Masse startet den Wechselrichter sofort. Hier schließen wir die Batterie jedoch nicht direkt an diesen Punkten an, sondern über eine Relaisumschaltstufe.

“Unterschied zwischen digitalem und analogem Signal ”

Der Transistor T3 mit den zugehörigen Komponenten und dem Relais bildet die Relaiswechselstufe. Der LDR wird außerhalb des Hauses oder an einer Position gehalten, an der er das Tageslicht wahrnehmen kann.

Die Voreinstellung P1 wird so eingestellt, dass T3 gerade aufhört zu leiten und das Relais abschaltet, falls das Umgebungslicht einen bestimmten Wert unterschreitet oder einfach, wenn die Spannung unter 13 Volt fällt.

Dies geschieht offensichtlich, wenn das Sonnenlicht zu schwach wird und die angegebenen Spannungspegel nicht mehr aufrechterhalten kann.

Solange das Sonnenlicht hell bleibt, bleibt das Relais jedoch ausgelöst und verbindet die Solarpanel-Spannung über die N / O-Kontakte direkt mit dem Wechselrichter (Transformator-Mittelabgriff). Somit kann der Wechselrichter tagsüber über das Solarpanel verwendet werden.

Das Solarpanel wird auch gleichzeitig zum Laden des Akkus über D2 während des Tages verwendet, so dass er sich bei Einbruch der Dunkelheit vollständig auflädt.

Das Solarpanel ist so gewählt, dass es selbst bei Sonneneinstrahlung nie mehr als 15 Volt erzeugt.
Die maximale Leistung dieses Wechselrichters beträgt nicht mehr als 60 Watt.

Teileliste für den vorgeschlagenen Solarwechselrichter mit Ladekreis für wissenschaftliche Projekte.