Cómo diseñar un circuito inversor solar

Cuando un inversor de CC a CA se opera a través de un panel solar, se denomina inversor solar. La energía del panel solar se usa directamente para operar el inversor o se usa para cargar la batería del inversor. En ambos casos, el inversor funciona sin depender de la red eléctrica.

Diseñando un solar inverter El circuito esencialmente requiere que dos parámetros se configuren correctamente, a saber, el circuito inversor y las especificaciones del panel solar. El siguiente tutorial explica los detalles a fondo.

Construcción de un inversor solar

Si te interesa construye tu propio inversor solar entonces debe tener un conocimiento profundo de los circuitos inversores o convertidores, y con respecto a cómo seleccionar paneles solares correctamente .

Hay dos opciones a partir de aquí: si cree que fabricar un inversor es muy complejo, en ese caso podría preferir comprar un inversor ya hecho que está disponible en abundancia hoy en día en todo tipo de formas, tamaños y especificaciones, y luego simplemente aprenda solo sobre paneles solares para la integración / instalación requerida.

La otra opción es aprender ambas contrapartes y luego disfrutar de la construcción de su propio inversor solar de bricolaje paso a paso.

En cualquier caso, aprender sobre el panel solar se convierte en la parte crucial del procedimiento, así que primero aprendamos sobre este importante dispositivo.

Especificación del panel solar

Un panel solar no es más que una forma de fuente de alimentación que produce una CC pura .

Dado que esta CC depende de la intensidad de los rayos solares, la salida normalmente es inconsistente y varía con la posición de la luz solar y las condiciones climáticas.

Aunque el panel solar también es una forma de fuente de alimentación, se diferencia significativamente de nuestras fuentes de alimentación domésticas habituales que utilizan transformadores o SMPS. La diferencia está en las especificaciones de corriente y voltaje entre estas dos variantes.

Nuestras fuentes de alimentación de CC para el hogar están clasificadas para producir mayores cantidades de corriente y con voltajes que se adaptan perfectamente a una carga o aplicación determinada.

Por ejemplo un El cargador móvil puede estar equipado para producir 5 V a 1 amperio para cargar un teléfono inteligente. , aquí el 1 amperio es bastante alto y el 5V es perfectamente compatible, lo que hace que las cosas sean extremadamente eficientes para las necesidades de la aplicación.

Mientras que un panel solar puede ser todo lo contrario, generalmente carece de corriente y puede estar clasificado para producir voltajes mucho más altos, lo que podría ser enormemente inadecuado para cargas de CC generales, como un inversor de batería de 12 V, un cargador móvil, etc.

Este aspecto hace que diseñar un inversor solar sea un poco difícil y requiere algunos cálculos y pensamiento para obtener un sistema técnicamente correcto y eficiente.

Selección del panel solar correcto

Xa seleccionando el panel solar correcto , lo básico a considerar es que la potencia solar promedio no debe ser menor que el consumo de potencia de carga promedio.

Digamos que una batería de 12 V debe cargarse a una velocidad de 10 amperios, luego el panel solar debe estar clasificado para proporcionar un mínimo de 12 x 10 = 120 vatios en cualquier instante, siempre que haya una cantidad razonable de luz solar.

Dado que en general es difícil encontrar paneles solares que tengan especificaciones de voltaje más bajo y corriente más altas, tenemos que seguir adelante con lo que es fácilmente accesible en el mercado (con especificaciones de alto voltaje y baja corriente), y luego dimensionar las condiciones en consecuencia.

Por ejemplo, si su requisito de carga es, digamos, 12V, 10 amperios, y no puede obtener un panel solar con estas especificaciones, puede verse obligado a optar por una combinación incompatible, como un panel solar de 48V y 3 amperios que parece muy factible de obtener.

Aquí el panel nos proporciona una ventaja de voltaje, pero una desventaja de corriente.

Por lo tanto, no puede conectar un panel de 48 V / 3 amperios directamente con su carga de 12 V y 10 amperios (como una batería de 12 V y 100 AH) porque hacer esto forzaría el voltaje del panel a caer a 12 V, a 3 amperios, lo que haría las cosas muy ineficientes.

Significaría pagar por un panel de 48 x 3 = 144 vatios y, a cambio, obtener una salida de 12 x 3 = 36 vatios ... eso no es bueno.

Para asegurar una eficiencia óptima, necesitaríamos aprovechar la ventaja de voltaje del panel y convertirlo en una corriente equivalente para nuestra carga 'incompatible'.

Esto se puede hacer muy fácilmente usando un convertidor de dinero.

Necesitará un convertidor reductor para hacer un inversor solar

Un convertidor buck convertirá efectivamente el exceso voltaje de su panel solar en una cantidad equivalente de corriente (amperios) asegurando una relación óptima salida / entrada = 1.

Aquí hay algunos aspectos que deben tenerse en cuenta. Si tiene la intención de cargar una batería de menor voltaje para su uso posterior con un inversor, entonces un convertidor reductor sería adecuado para su aplicación.

Sin embargo, si tiene la intención de utilizar el inversor con la salida del panel solar durante el día simultáneamente mientras genera energía, entonces un convertidor reductor no sería esencial, sino que podría conectar el inversor directamente con el panel. Discutiremos estas dos opciones por separado.

Para el primer caso en el que podría necesitar cargar una batería para su uso posterior con un inversor, especialmente cuando el voltaje de la batería es mucho más bajo que el voltaje del panel, entonces un convertidor reductor podría ser imprescindible.

Ya he discutido algunos artículos relacionados con el convertidor de dólar y he derivado las ecuaciones finales que se pueden implementar directamente al diseñar un convertidor de dólar para una aplicación de inversor solar, puede leer los siguientes dos artículos para comprender fácilmente el concepto.

Cómo funcionan los convertidores de Buck

Cálculo de voltaje, corriente en un inductor reductor

Después de leer las publicaciones anteriores, es posible que haya entendido aproximadamente cómo implementar un convertidor reductor al diseñar un circuito inversor solar.

Si no se siente cómodo con las fórmulas y los cálculos, se podría emplear el siguiente enfoque práctico para obtener la salida de diseño de convertidor reductor más favorable para su panel solar:

El circuito convertidor reductor más simple

El diagrama anterior muestra un circuito convertidor reductor basado en IC 555 simple.

Podemos ver dos potenciómetros, el potenciómetro superior optimiza la frecuencia de reducción y el potenciómetro inferior optimiza el PWM, ambos ajustes podrían modificarse para obtener una respuesta óptima en C.

El transistor BC557 y la resistencia de 0,6 ohmios forman un limitador de corriente para proteger el TIP127 (transistor controlador) de la sobrecorriente durante el proceso de ajuste, luego este valor de resistencia podría ajustarse para salidas de corriente más altas junto con un transistor controlador de mayor clasificación.

Seleccionar el inductor puede ser complicado ...

1) La frecuencia puede estar relacionada con la inductor diámetro, un diámetro más bajo requerirá una frecuencia más alta y viceversa,

2) Número de vueltas afectará el voltaje de salida y también la corriente de salida y este parámetro estaría relacionado con los ajustes de PWM.

3) El grosor del cable determinaría el límite de corriente para la salida, todo esto deberá optimizarse mediante prueba y error.

Como regla general, comience con un diámetro de 1/2 pulgada y un número de vueltas igual al voltaje de suministro ... use ferrita como núcleo, y después de esto puede comenzar el proceso de optimización sugerido anteriormente.

Esto se encarga del convertidor reductor que se puede usar con un panel solar de voltaje más alto / corriente baja dado para obtener una salida de voltaje más baja / corriente más alta optimizada de manera equivalente, según las especificaciones de carga, satisfaciendo la ecuación:

(o / p vatio) dividido por (i / p vatio) = Cerca de 1

Si la optimización del convertidor buck anterior parece difícil, probablemente podría optar por lo siguiente probado Circuito convertidor buck cargador solar PWM opción:

Aquí, el R8, R9 se puede modificar para ajustar el voltaje de salida y el R13 para optimizar la salida de corriente.

Después de construir y configurar el convertidor reductor con un panel solar apropiado, se podría esperar una salida perfectamente optimizada para cargar una batería determinada.

Ahora, dado que los convertidores anteriores no se facilitan con un corte de carga completo, es posible que se requiera adicionalmente un circuito de corte externo basado en amplificador para habilitar un función de carga completamente automática Como se muestra abajo.

Agregar un límite de carga completa a la salida del convertidor reductor

• El circuito de corte de carga completa simple que se muestra podría agregarse con cualquiera de los convertidores reductores para garantizar que la batería nunca se sobrecargue una vez que alcance el nivel de carga completa especificado.
• El diseño del convertidor reductor anterior le permitirá obtener una carga razonablemente eficiente y óptima para la batería conectada.
• Aunque este convertidor reductor proporcionaría buenos resultados, la eficiencia podría deteriorarse a medida que se pone el sol.
• Para abordar esto, uno podría pensar en emplear un circuito de cargador MPPT para adquirir la salida más óptima del circuito buck.
• Por lo tanto, un circuito Buck junto con un circuito MPPT de optimización automática podría ayudar a obtener el máximo de la luz solar disponible.
• Ya he explicado un Publicación relacionada en una de mis publicaciones anteriores, se podría aplicar lo mismo mientras se diseña un circuito de inversor solar

Solar Inversor sin convertidor Buck o MPPT

En la sección anterior aprendimos a diseñar un inversor solar utilizando un convertidor reductor para inversores con un voltaje de batería más bajo que el panel y que están destinados a funcionar durante la noche, utilizando la misma batería que se cargó durante el día.

A la inversa, esto significa que si el voltaje de la batería se actualiza de alguna manera para que coincida aproximadamente con el voltaje del panel, entonces se podría evitar un convertidor reductor.

Esto también puede ser cierto para un inversor que puede estar diseñado para funcionar EN VIVO durante el día, es decir, simultáneamente mientras el panel genera electricidad a partir de la luz solar.

Para un funcionamiento diurno simultáneo, el inversor de diseño adecuado podría configurarse directamente con un panel solar calculado que tenga las especificaciones correctas, como se muestra a continuación.

Nuevamente debemos asegurarnos de que el vataje promedio del panel sea mayor que el consumo de vataje máximo requerido de la carga del inversor.

Digamos que tenemos un inversor clasificado para trabajar con una carga de 200 vatios , entonces el panel debe tener una potencia nominal de 250 vatios para una respuesta consistente.

Por lo tanto, el panel podría ser de 60 V, 5 amperios y el El inversor podría tener una potencia de alrededor de 48 V, 4 amperios , como se muestra en el siguiente diagrama:

En este inversor solar, el panel se puede ver directamente conectado con el circuito inversor y el inversor es capaz de producir la energía requerida siempre que los rayos solares incidan de manera óptima en el panel.

El inversor seguiría funcionando a una tasa de salida de potencia razonablemente buena mientras el panel produzca un voltaje superior a 45 V ... es decir, 60 V en el pico y hasta 45 V probablemente durante la tarde.

A partir del circuito inversor de 48 V que se muestra arriba, es evidente que el diseño de un inversor solar no tiene por qué ser demasiado crucial con sus características y especificaciones.

Puede conectar cualquier tipo de inversor con cualquier panel solar para obtener los resultados requeridos.

Implica que puedes seleccione cualquier circuito inversor de la lista , configúrelo con un panel solar adquirido y comience a obtener electricidad gratis a voluntad.

Los únicos parámetros cruciales pero fáciles de implementar son el voltaje y las especificaciones de corriente del inversor y el panel solar, que no deben diferir mucho, como se explicó en nuestra discusión anterior.

Sine wave Solar Inverter Circuit

Todos los diseños que se han discutido hasta ahora están destinados a producir una salida de onda cuadrada, sin embargo, para alguna aplicación, una onda cuadrada podría ser indeseable y podría requerir una forma de onda mejorada equivalente a una onda sinusoidal, para tales requisitos se podría implementar un circuito alimentado por PWM como se muestra. debajo:

Nota: El pin SD # 5 se muestra erróneamente conectado con Ct, asegúrese de conectarlo con la línea de tierra y no con Ct.

El circuito inversor solar anterior que usa onda sinusoidal PWM se puede estudiar detalladamente en el artículo titulado 1.5 ton AC solar inverter circuit

A partir del tutorial anterior, ahora está claro que diseñar un inversor solar, después de todo, no es tan difícil y podría implementarse de manera eficiente si está equipado con algunos conocimientos básicos de conceptos electrónicos como convertidores de inversión, paneles solares e inversores.

Una versión de onda sinusoidal de lo anterior puede ser visto aquí :

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