วิธีการออกแบบวงจร Solar Inverter

เมื่ออินเวอร์เตอร์ DC เป็น AC ทำงานผ่านแผงโซลาร์เซลล์จะเรียกว่าอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ แผงโซลาร์เซลล์ใช้โดยตรงสำหรับการใช้งานอินเวอร์เตอร์หรือใช้สำหรับชาร์จแบตเตอรี่อินเวอร์เตอร์ ในทั้งสองกรณีอินเวอร์เตอร์ทำงานโดยไม่ขึ้นอยู่กับกำลังไฟฟ้าของระบบสาธารณูปโภคหลัก

การออกแบบไฟล์ อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ วงจรจำเป็นต้องกำหนดค่าพารามิเตอร์สองตัวให้ถูกต้องคือวงจรอินเวอร์เตอร์และรายละเอียดแผงโซลาร์เซลล์ บทแนะนำต่อไปนี้จะอธิบายรายละเอียดอย่างละเอียด

การสร้าง Solar Inverter

หากคุณสนใจที่จะ สร้างอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ของคุณเอง คุณควรมีความรู้อย่างละเอียดเกี่ยวกับวงจรอินเวอร์เตอร์หรือคอนเวอร์เตอร์และเกี่ยวกับ วิธีเลือกแผงโซลาร์เซลล์อย่างถูกต้อง .

มีสองทางเลือกที่จะไปจากที่นี่: หากคุณคิดว่าการสร้างอินเวอร์เตอร์นั้นซับซ้อนมากในกรณีนี้คุณอาจต้องการซื้ออินเวอร์เตอร์สำเร็จรูปซึ่งมีให้เลือกมากมายในปัจจุบันในรูปทรงขนาดและคุณสมบัติทุกประเภทจากนั้นก็เรียนรู้ เฉพาะเกี่ยวกับแผงโซลาร์เซลล์สำหรับการรวม / การติดตั้งที่จำเป็น

อีกทางเลือกหนึ่งคือเรียนรู้ทั้งคู่จากนั้นสนุกกับการสร้างขั้นตอนอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ DIY ของคุณเองอย่างชาญฉลาด

ไม่ว่าในกรณีใดการเรียนรู้เกี่ยวกับแผงโซลาร์เซลล์กลายเป็นส่วนสำคัญของการดำเนินการดังนั้นก่อนอื่นเรามาเรียนรู้เกี่ยวกับอุปกรณ์ที่สำคัญนี้

ข้อกำหนดแผงโซลาร์เซลล์

แผงโซลาร์เซลล์เป็นเพียงรูปแบบของ แหล่งจ่ายไฟที่ผลิต DC บริสุทธิ์ .

เนื่องจาก DC นี้ขึ้นอยู่กับความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์เอาต์พุตจึงไม่สอดคล้องกันโดยปกติและแตกต่างกันไปตามตำแหน่งแสงดวงอาทิตย์และสภาพภูมิอากาศ

แม้ว่าแผงโซลาร์เซลล์จะเป็นรูปแบบหนึ่งของแหล่งจ่ายไฟ แต่ก็แตกต่างอย่างมากจากอุปกรณ์จ่ายไฟในบ้านของเราที่ใช้หม้อแปลงหรือ SMPS ความแตกต่างในรายละเอียดกระแสและแรงดันไฟฟ้าระหว่างสองตัวแปรนี้

แหล่งจ่ายไฟ DC ในบ้านของเราได้รับการจัดอันดับให้ผลิตกระแสไฟฟ้าในปริมาณที่สูงขึ้นและด้วยแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมกับโหลดหรือการใช้งานที่กำหนด

ตัวอย่างเช่นก เครื่องชาร์จมือถืออาจติดตั้งเพื่อผลิต 5V ที่ 1 แอมป์สำหรับชาร์จสมาร์ทโฟน ที่นี่ 1 แอมป์นั้นสูงพอสมควรและ 5V เข้ากันได้อย่างสมบูรณ์แบบทำให้สิ่งต่างๆมีประสิทธิภาพอย่างมากสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการ

ในขณะที่แผงโซลาร์เซลล์อาจอยู่ตรงข้ามกัน แต่มักจะไม่มีกระแสไฟฟ้าและอาจได้รับการจัดอันดับให้ผลิตแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นมากซึ่งอาจไม่เหมาะสมอย่างมากสำหรับโหลด DC ทั่วไปเช่นอินเวอร์เตอร์แบตเตอรี่ 12V ที่ชาร์จมือถือเป็นต้น

ด้านนี้ทำให้การออกแบบอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์เป็นเรื่องยากเล็กน้อยและต้องมีการคำนวณและการคิดบางอย่างเพื่อให้ได้ระบบที่ถูกต้องและมีประสิทธิภาพทางเทคนิค

การเลือกแผงโซลาร์เซลล์ที่เหมาะสม

สำหรับ เลือกแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่เหมาะสม สิ่งพื้นฐานที่ต้องพิจารณาคือกำลังไฟฟ้าแสงอาทิตย์เฉลี่ยจะต้องไม่น้อยกว่าการใช้พลังงานไฟฟ้าโดยเฉลี่ย

สมมติว่าต้องชาร์จแบตเตอรี่ 12V ที่อัตรา 10 แอมป์ดังนั้นแผงโซลาร์เซลล์จะต้องได้รับการจัดอันดับให้มีขนาดขั้นต่ำ 12 x 10 = 120 วัตต์ในเวลาใดก็ได้ตราบเท่าที่มีแสงแดดส่องถึงในปริมาณที่เหมาะสม

เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วเป็นการยากที่จะหาแผงโซลาร์เซลล์ที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าและข้อกำหนดของกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นเราจึงต้องดำเนินการต่อไปกับสิ่งที่สามารถเข้าถึงได้ง่ายในตลาด (ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงข้อกำหนดกระแสไฟต่ำ) จากนั้นจึงลดเงื่อนไขตามนั้น

ตัวอย่างเช่นหากความต้องการโหลดของคุณเป็น 12V, 10 แอมป์และคุณไม่สามารถรับแผงโซลาร์เซลล์ที่มีคุณสมบัตินี้ได้คุณอาจถูกบังคับให้เลือกใช้การจับคู่ที่เข้ากันไม่ได้เช่นแผงโซลาร์เซลล์ขนาด 48V, 3 แอมป์ซึ่งดูเป็นไปได้มาก จัดหา.

ที่นี่แผงควบคุมทำให้เรามีข้อได้เปรียบด้านแรงดันไฟฟ้า แต่ข้อเสียในปัจจุบัน

ดังนั้นคุณไม่สามารถเชื่อมต่อแผง 48V / 3amp โดยตรงกับโหลด 12V 10 แอมป์ของคุณ (เช่นแบตเตอรี่ 12V 100 AH) เนื่องจากการทำเช่นนี้จะบังคับให้แรงดันไฟฟ้าของแผงควบคุมลดลงเหลือ 12V ที่ 3 แอมป์ทำให้สิ่งต่างๆไม่มีประสิทธิภาพมาก

มันจะหมายถึงการจ่ายสำหรับแผง 48 x 3 = 144 วัตต์และในทางกลับกันได้เอาต์พุต 12 x 3 = 36 วัตต์ ... นั่นไม่ดี

เพื่อให้แน่ใจว่ามีประสิทธิภาพสูงสุดเราจำเป็นต้องใช้ประโยชน์จากข้อได้เปรียบด้านแรงดันไฟฟ้าของแผงควบคุมและแปลงเป็นกระแสไฟฟ้าที่เท่ากันสำหรับโหลดที่ 'เข้ากันไม่ได้' ของเรา

สามารถทำได้ง่ายมากโดยใช้ตัวแปลงบั๊ก

คุณจะต้องมี Buck-Converter สำหรับสร้าง Solar Inverter

ตัวแปลงบั๊กจะแปลงไฟล์ ส่วนเกิน แรงดันไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์ของคุณเป็นกระแสไฟฟ้า (แอมป์) ที่เทียบเท่ากันเพื่อให้แน่ใจว่าอัตราส่วนเอาต์พุต / อินพุต = 1 ที่เหมาะสมที่สุด

มีบางแง่มุมที่ต้องพิจารณา หากคุณต้องการชาร์จแบตเตอรี่ที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าเพื่อใช้กับอินเวอร์เตอร์ในภายหลังตัวแปลงบั๊กจะเหมาะกับการใช้งานของคุณ

อย่างไรก็ตามหากคุณต้องการใช้อินเวอร์เตอร์กับเอาต์พุตแผงโซลาร์เซลล์ในเวลากลางวันพร้อมกันในขณะที่กำลังผลิตตัวแปลงบั๊กก็ไม่จำเป็น แต่คุณสามารถเชื่อมต่ออินเวอร์เตอร์โดยตรงกับแผงควบคุม เราจะพูดถึงตัวเลือกทั้งสองนี้แยกกัน

สำหรับกรณีแรกที่คุณอาจต้องชาร์จแบตเตอรี่เพื่อใช้กับอินเวอร์เตอร์ในภายหลังโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าของแผงมากอาจจำเป็นต้องใช้ตัวแปลงบั๊ก

ฉันได้พูดถึงบทความที่เกี่ยวข้องกับตัวแปลงบั๊กไปแล้วและฉันได้รับสมการสุดท้ายที่สามารถนำไปใช้ได้โดยตรงในขณะที่ออกแบบบั๊กคอนเวอร์เตอร์สำหรับแอพพลิเคชั่นอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์คุณสามารถอ่านบทความสองบทความต่อไปนี้เพื่อทำความเข้าใจแนวคิดได้ง่าย

Buck Converters ทำงานอย่างไร

การคำนวณแรงดันกระแสใน Buck Inductor

หลังจากอ่านโพสต์ข้างต้นคุณอาจเข้าใจคร่าวๆเกี่ยวกับวิธีใช้ตัวแปลงบั๊กในขณะที่ออกแบบวงจรอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์

หากคุณไม่พอใจกับสูตรและการคำนวณคุณสามารถใช้แนวทางปฏิบัติต่อไปนี้เพื่อให้ได้ผลลัพธ์การออกแบบตัวแปลงบั๊กที่ดีที่สุดสำหรับแผงโซลาร์เซลล์ของคุณ:

วงจร Buck-Converter ที่ง่ายที่สุด

แผนภาพด้านบนแสดงวงจรแปลงบั๊กที่ใช้ IC 555 อย่างง่าย

เราสามารถเห็นสองหม้อหม้อบนปรับความถี่เจ้าชู้ให้เหมาะสมและหม้อล่างปรับ PWM ให้เหมาะสมการปรับทั้งสองนี้สามารถปรับแต่งเพื่อให้ได้การตอบสนองที่เหมาะสมที่สุดใน C

ทรานซิสเตอร์ BC557 และตัวต้านทาน 0.6 โอห์มเป็นตัว จำกัด กระแสเพื่อป้องกัน TIP127 (ทรานซิสเตอร์ไดรเวอร์) จากกระแสเกินในระหว่างกระบวนการปรับค่าความต้านทานนี้สามารถปรับได้ในภายหลังเพื่อให้ได้เอาต์พุตกระแสที่สูงขึ้นพร้อมกับทรานซิสเตอร์ไดรเวอร์ที่ได้รับการจัดอันดับที่สูงขึ้น

การเลือกตัวเหนี่ยวนำอาจเป็นเรื่องยุ่งยาก .....

1) ความถี่อาจเกี่ยวข้องกับ ตัวเหนี่ยวนำ เส้นผ่านศูนย์กลางเส้นผ่านศูนย์กลางที่ต่ำกว่าจะเรียกร้องให้มีความถี่สูงขึ้นและในทางกลับกัน

สอง) จำนวนรอบ จะส่งผลต่อแรงดันไฟฟ้าขาออกและกระแสไฟขาออกและพารามิเตอร์นี้จะเกี่ยวข้องกับการปรับ PWM

3) ความหนาของเส้นลวดจะเป็นตัวกำหนดขีด จำกัด ปัจจุบันสำหรับเอาต์พุตทั้งหมดนี้จะต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมโดยการลองผิดลองถูก

ตามกฎทั่วไปเริ่มต้นด้วยเส้นผ่านศูนย์กลาง 1/2 นิ้วและจำนวนรอบเท่ากับแรงดันไฟฟ้า .... ใช้เฟอร์ไรต์เป็นแกนหลักและหลังจากนี้คุณสามารถเริ่มกระบวนการเพิ่มประสิทธิภาพที่แนะนำข้างต้นได้

สิ่งนี้จะดูแลตัวแปลงบั๊กซึ่งสามารถใช้กับแผงโซลาร์เซลล์ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูง / กระแสต่ำที่กำหนดเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า / กระแสไฟที่สูงขึ้นตามข้อกำหนดของโหลดซึ่งเป็นไปตามสมการ:

(o / p วัตต์) หารด้วย (i / p วัตต์) = ใกล้เคียงกับ 1

หากการเพิ่มประสิทธิภาพตัวแปลงบั๊กข้างต้นดูยากคุณอาจทำการทดสอบต่อไปนี้ วงจรแปลงบั๊กเครื่องชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ PWM ตัวเลือก:

ที่นี่สามารถปรับแต่ง R8, R9 เพื่อปรับแรงดันไฟฟ้าขาออกและ R13 สำหรับการปรับเอาต์พุตปัจจุบันให้เหมาะสม

หลังจากสร้างและกำหนดค่าตัวแปลงบั๊กด้วยแผงโซลาร์เซลล์ที่เหมาะสมแล้วอาจคาดหวังว่าเอาต์พุตที่เหมาะสมอย่างสมบูรณ์แบบสำหรับการชาร์จแบตเตอรี่ที่กำหนด

ตอนนี้เนื่องจากตัวแปลงด้านบนไม่ได้รับการอำนวยความสะดวกในการตัดการชาร์จเต็มจึงอาจจำเป็นต้องใช้วงจรตัดที่ใช้ opamp ภายนอกเพิ่มเติมเพื่อเปิดใช้งาน คุณสมบัติการชาร์จอัตโนมัติเต็มรูปแบบ ดังแสดงด้านล่าง

การเพิ่มตัวตัดการชาร์จเต็มให้กับเอาต์พุต Buck Converter

• สามารถเพิ่มวงจรตัดการชาร์จเต็มแบบธรรมดาที่แสดงด้วยตัวแปลงบั๊กใดก็ได้เพื่อให้แน่ใจว่าแบตเตอรี่จะไม่ชาร์จเกินเมื่อถึงระดับการชาร์จเต็มที่กำหนด
• การออกแบบตัวแปลงบั๊กข้างต้นจะช่วยให้คุณได้รับการชาร์จที่มีประสิทธิภาพและเหมาะสมที่สุดสำหรับแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อ
• แม้ว่าตัวแปลงบั๊กนี้จะให้ผลลัพธ์ที่ดี แต่ประสิทธิภาพอาจลดลงเมื่อดวงอาทิตย์ตก
• ในการจัดการกับปัญหานี้เราอาจนึกถึงการใช้วงจรเครื่องชาร์จ MPPT เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดจาก buckcircuit
• ดังนั้นวงจรบั๊กร่วมกับวงจร MPPT ที่ปรับแต่งเองสามารถช่วยในการปั่นค่าสูงสุดจากแสงดวงอาทิตย์ที่มีอยู่
• ฉันได้อธิบายไปแล้ว โพสต์ที่เกี่ยวข้อง ในหนึ่งในโพสต์ก่อนหน้าของฉันสิ่งเดียวกันนี้สามารถใช้ได้ในขณะที่ออกแบบวงจรอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์

แสงอาทิตย์ อินเวอร์เตอร์ที่ไม่มี Buck Converter หรือ MPPT

ในส่วนก่อนหน้านี้เราได้เรียนรู้การออกแบบอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์โดยใช้ตัวแปลงบัคสำหรับอินเวอร์เตอร์ที่มีระดับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ต่ำกว่าแผงควบคุมและมีวัตถุประสงค์เพื่อใช้งานในช่วงเวลากลางคืนโดยใช้แบตเตอรี่เดียวกันกับที่ชาร์จในช่วงกลางวัน

ในทางกลับกันหมายความว่าหากมีการอัพเกรดแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ให้ตรงกับแรงดันไฟฟ้าของแผงควบคุมโดยประมาณก็สามารถหลีกเลี่ยงตัวแปลงบั๊กได้

สิ่งนี้อาจเป็นจริงสำหรับอินเวอร์เตอร์ที่อาจตั้งใจให้ทำงานสดในเวลากลางวันซึ่งหมายถึงพร้อมกันในขณะที่แผงควบคุมกำลังผลิตกระแสไฟฟ้าจากแสงแดด

สำหรับการทำงานในเวลากลางวันพร้อมกันอินเวอร์เตอร์ที่ออกแบบมาอย่างเหมาะสมสามารถกำหนดค่าได้โดยตรงกับแผงโซลาร์เซลล์ที่คำนวณได้ซึ่งมีคุณสมบัติที่ถูกต้องตามที่แสดงด้านล่าง

อีกครั้งเราต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ากำลังวัตต์เฉลี่ยของแผงสูงกว่าปริมาณการใช้วัตต์สูงสุดที่ต้องการของโหลดอินเวอร์เตอร์

สมมติว่าเรามีไฟล์ อินเวอร์เตอร์ได้รับการจัดอันดับให้ทำงานกับโหลด 200 วัตต์ จากนั้นแผงจะต้องได้รับการจัดอันดับที่ 250 วัตต์เพื่อการตอบสนองที่สม่ำเสมอ

ดังนั้นแผงควบคุมอาจเป็น 60V, 5 แอมป์และ อินเวอร์เตอร์สามารถจัดอันดับได้ที่ประมาณ 48V, 4amp ดังแสดงในแผนภาพต่อไปนี้:

ในอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์นี้สามารถมองเห็นแผงที่ต่อเข้ากับวงจรอินเวอร์เตอร์ได้โดยตรงและอินเวอร์เตอร์สามารถผลิตพลังงานที่ต้องการได้ตราบเท่าที่รังสีดวงอาทิตย์ตกกระทบบนแผงอย่างเหมาะสมที่สุด

อินเวอร์เตอร์จะยังคงทำงานที่อัตรากำลังขับที่ดีพอสมควรตราบเท่าที่แผงผลิตแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 45V ...... นั่นคือ 60V ที่จุดสูงสุดและลงไปที่ 45V ในช่วงบ่าย

จากวงจรอินเวอร์เตอร์ 48V ที่แสดงด้านบนจะเห็นได้ว่าการออกแบบอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ไม่จำเป็นต้องมีความสำคัญมากเกินไปกับคุณสมบัติและข้อกำหนดของมัน

คุณสามารถเชื่อมต่ออินเวอร์เตอร์รูปแบบใดก็ได้กับแผงโซลาร์เซลล์เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ

หมายความว่าคุณทำได้ เลือกวงจรอินเวอร์เตอร์จากรายการ และกำหนดค่าด้วยแผงโซลาร์เซลล์ที่จัดหามาและเริ่มเก็บเกี่ยวไฟฟ้าฟรีตามต้องการ

พารามิเตอร์ที่สำคัญเพียงอย่างเดียว แต่ใช้งานง่ายคือแรงดันไฟฟ้าและข้อมูลจำเพาะปัจจุบันของอินเวอร์เตอร์และแผงโซลาร์เซลล์ซึ่งต้องไม่แตกต่างกันมากนักดังที่อธิบายไว้ในการสนทนาก่อนหน้านี้

วงจรอินเวอร์เตอร์โซลาร์ไซน์เวฟ

การออกแบบทั้งหมดที่กล่าวถึงจนถึงขณะนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อสร้างเอาต์พุตคลื่นสี่เหลี่ยมอย่างไรก็ตามสำหรับบางแอปพลิเคชันคลื่นสี่เหลี่ยมอาจเป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนาและอาจต้องใช้รูปคลื่นที่เพิ่มขึ้นเทียบเท่ากับคลื่นไซน์สำหรับข้อกำหนดดังกล่าวสามารถใช้วงจรป้อน PWM ได้ดังที่แสดง ด้านล่าง:

หมายเหตุ: ขา SD # 5 แสดงว่าเชื่อมต่อกับ Ct โดยไม่ถูกต้องโปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เชื่อมต่อกับสายกราวด์ไม่ใช่กับ Ct

วงจรอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ข้างต้นโดยใช้คลื่นไซน์ PWM สามารถศึกษาได้อย่างละเอียดในบทความชื่อ วงจรอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ AC 1.5 ตัน

จากบทช่วยสอนข้างต้นเป็นที่ชัดเจนแล้วว่าการออกแบบอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์นั้นไม่ใช่เรื่องยากและสามารถนำไปใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพหากคุณมีความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับแนวคิดอิเล็กทรอนิกส์เช่นการแปลงบั๊กแผงโซลาร์เซลล์และอินเวอร์เตอร์

รุ่นไซน์เวฟข้างต้นได้ เห็นที่นี่ :

ยังงง? อย่าลังเลที่จะใช้ช่องแสดงความคิดเห็นเพื่อแสดงความคิดที่มีค่าของคุณ