Cómo hacer un circuito inversor solar simple

En este artículo intentaremos comprender el concepto básico de un inversor solar y también cómo hacer un circuito inversor solar simple pero potente.

La energía solar está disponible en abundancia para nosotros y es de uso gratuito; además, es una fuente de energía natural ilimitada e inagotable, de fácil acceso para todos nosotros.

¿Qué tienen de crucial los inversores solares?

El hecho es que los inversores solares no tienen nada de crucial. Puedes usar cualquier circuito inversor normal , conéctelo a un panel solar y obtenga la salida CC a CA requerida del inversor.

Dicho esto, es posible que deba seleccionar y configurar las especificaciones correctamente, de lo contrario, puede correr el riesgo de dañar su inversor o causar una conversión de energía ineficiente.

Por qué Solar Inverter

Ya hemos discutido cómo usar paneles solares para generar electricidad a partir de energía solar o solar, en este artículo vamos a discutir un arreglo simple que nos permitirá usar energía solar para operar nuestros electrodomésticos.

Un panel solar es capaz de convertir los rayos del sol en corriente continua a niveles de potencial más bajos. Por ejemplo, se puede especificar un panel solar para suministrar 36 voltios a 8 amperios en condiciones óptimas.

Sin embargo, no podemos usar esta magnitud de potencia para operar nuestros electrodomésticos, porque estos electrodomésticos pueden funcionar solo con potenciales de red o con voltajes en los rangos de 120 a 230 V.

Además, la corriente debe ser CA y no CC como se recibe normalmente de un panel solar.

Nos hemos encontrado con una serie de circuitos inversores publicado en este blog y hemos estudiado cómo funcionan.

Los inversores se utilizan para convertir y aumentar la energía de la batería de bajo voltaje a niveles de red de CA de alto voltaje.

Por lo tanto, los inversores se pueden utilizar eficazmente para convertir la CC de un panel solar en salidas de red que alimentarían adecuadamente nuestros equipos domésticos.

Básicamente, en los inversores, la conversión de un potencial bajo a un nivel de red elevado elevado se vuelve factible debido a la alta corriente que normalmente está disponible en las entradas de CC, como una batería o un panel solar. La potencia total sigue siendo la misma.

Comprensión de las especificaciones de corriente de voltaje

Por ejemplo, si suministramos una entrada de 36 voltios a 8 amperios a un inversor y obtenemos una salida de 220 V a 1,2 amperios, significaría que acabamos de modificar una potencia de entrada de 36 × 8 = 288 vatios en 220 × 1,2 = 264 vatios.

Por lo tanto, podemos ver que no es magia, solo modificaciones de los parámetros respectivos.

Si el panel solar es capaz de generar suficiente corriente y voltaje, su salida puede usarse para operar directamente un inversor y los electrodomésticos conectados y también simultáneamente para cargar una batería.

La batería cargada se puede utilizar para alimentar las cargas a través del inversor , durante la noche cuando la energía solar no está presente.

Sin embargo, si el panel solar es más pequeño y no puede generar suficiente energía, puede usarse solo para cargar la batería y se vuelve útil para operar el inversor solo después de la puesta del sol.

Operación del circuito

Refiriéndonos al diagrama del circuito, podemos presenciar una configuración simple usando un panel solar, un inversor y una batería.

Las tres unidades están conectadas a través de un circuito regulador solar que distribuye la energía a las unidades respectivas después de las regulaciones apropiadas de la energía recibida del panel solar.

Suponiendo que el voltaje sea de 36 y la corriente de 10 amperios del panel solar, el inversor se selecciona con un voltaje operativo de entrada de 24 voltios a 6 amperios, lo que proporciona una potencia total de aproximadamente 120 vatios.

Una fracción del amperaje de los paneles solares, que asciende a aproximadamente 3 amperios, se ahorra para cargar una batería, destinada a ser utilizada después del atardecer.

También asumimos que el panel solar está montado sobre un seguidor solar de modo que pueda cumplir con los requisitos especificados siempre que el sol sea visible sobre los cielos.

La potencia de entrada de 36 voltios se aplica a la entrada de un regulador que la reduce a 24 voltios.

La carga conectada a la salida del inversor se selecciona de manera que no fuerce al inversor a más de 6 amperios del panel solar. De los 4 amperios restantes, se suministran 2 amperios a la batería para cargarla.

Los 2 amperios restantes no se utilizan para mantener una mejor eficiencia de todo el sistema.

Los circuitos son todos los que ya se han comentado en mis blogs, podemos ver como estos se configuran inteligentemente entre sí para implementar las operaciones requeridas.

Para obtener un tutorial completo, consulte este artículo: Solar Inverter Tutorial

Lista de piezas para la sección del cargador LM338

• Todas las resistencias son de 1/4 vatio 5% CFR a menos que se especifique
• R1 = 120 ohmios
• P1 = bote de 10K (se muestra 2K con niebla)
• R4 = reemplazar iit con un enlace
• R3 = 0,6 x 10 / batería AH
• Transistor = BC547 (no BC557, se muestra por error)
• Regulador IC = LM338
• Lista de piezas para la sección del inversor
• Todas las piezas son de 1/4 vatio a menos que se especifique
• R1 = bote de 100k
• R2 = 10K
• R3 = 100 K
• R4, R5 = 1K
• T1, T2 = mosfer IRF540
• N1 --- N4 = IC 4093

No es necesario especificar algunas de las piezas restantes y se pueden copiar como se muestra en el diagrama.

Para cargar baterías hasta 250 Ah

La sección del cargador en el circuito anterior se puede actualizar de manera adecuada para permitir la carga de baterías de alta corriente en el orden de 100 AH a 250 Ah.

Xa Batería 100Ah simplemente puede reemplazar el LM338 con LM196 que es una versión de 10 amperios del LM338.

Un fueraborda transistor TIP36 está adecuadamente integrado en el IC 338 para facilitar la carga de alta corriente .

La resistencia del emisor de TIP36 debe calcularse adecuadamente, de lo contrario, el transistor podría simplemente explotar, hágalo mediante el método de prueba y error, comience con 1 ohmio inicialmente, luego continúe reduciéndolo gradualmente hasta que la cantidad requerida de corriente sea alcanzable en la salida.

Agregar una función PWM

Para garantizar una salida fija de 220 V o 120 V, se podría agregar un control PWM a los diseños anteriores, como se muestra en el siguiente diagrama. Como puede verse, la puerta N1, que básicamente está configurada como un oscilador de 50 o 60 Hz, está mejorada con diodos y un potenciómetro para habilitar una opción de ciclo de trabajo variable.

Ajustando este potenciómetro podemos forzar al oscilador a crear frecuencias con diferentes periodos ON / OFF que a su vez habilitarán el mosfets para encender y apagar con la misma tarifa.

Al ajustar el tiempo de encendido / apagado del mosfet, podemos variar proporcionalmente la inducción de corriente en el transformador, lo que eventualmente nos permitirá ajustar el voltaje RMS de salida del inversor.

Una vez que se fija la salida RMS, el inversor podrá producir una salida constante independientemente de las variaciones de voltaje solar, hasta que, por supuesto, el voltaje caiga por debajo de la especificación de voltaje del devanado primario del transformador.

Inversor solar con IC 4047

Como se describió anteriormente, puede conectar cualquier inversor que desee con un regulador solar para implementar una sencilla función de inversor solar.

El siguiente diagrama muestra cómo un simple Inversor IC 4047 se puede utilizar con el mismo regulador solar para obtener 220 V CA o 120 V CA del panel solar.

Inversor solar con IC 555

De manera muy similar, si está interesado en construir un pequeño inversor solar usando IC 555, puede hacerlo integrando un Inversor IC 555 con panel solar para obtener los 220V AC necesarios.

Inversor solar con transistor 2N3055

los Transistores 2N3055 son muy populares entre todos los entusiastas de la electrónica. Y este increíble BJT le permite construir inversores bastante potentes con un número mínimo de piezas.

Si usted es uno de esos entusiastas que tiene algunos de estos dispositivos en su caja de basura, y está interesado en crear un pequeño inversor solar genial usándolos, entonces el siguiente diseño simple puede ayudarlo a cumplir su sueño.

Inversor solar simple sin controlador de cargador

Para los usuarios que no están muy interesados ​​en incluir el controlador de cargador LM338, por simplicidad, el siguiente diseño de inversor fotovoltaico más simple se ve bien.

Aunque la batería puede verse sin un regulador, la batería se cargará de manera óptima, siempre que el panel solar reciba la cantidad adecuada de luz solar directa necesaria.

La simplicidad del diseño también indica el hecho de que baterías de plomo ácido no son tan difíciles de cargar después de todo.

Recuerde, una batería completamente descargada (por debajo de 11 V) puede requerir al menos de 8 a 10 horas de carga hasta que el inversor pueda encenderse para la conversión requerida de 12 V a 220 V CA.

Cambio simple de energía solar a CA principal

Si desea que su sistema de inversor solar tenga la posibilidad de un cambio automático del panel solar a la red eléctrica de CA, puede agregar la siguiente modificación del relé a la entrada del regulador LM338 / LM196:

El adaptador de 12 V debe estar clasificado para adaptarse al voltaje de la batería y las especificaciones de Ah. Por ejemplo, si la batería tiene una capacidad nominal de 12 V 50 Ah, entonces el adaptador de 12 V puede tener una capacidad nominal de 15 V a 20 V y 5 amperios.

Inversor solar con convertidor Buck

En la discusión anterior, aprendimos cómo hacer un inversor solar simple con cargador de batería utilizando circuitos integrados lineales como LM338, LM196 , que son excelentes cuando el voltaje y la corriente del panel solar son los mismos que los requisitos del inversor.

En tales casos, la potencia del inversor es pequeña y restringida. Para cargas de inversores con vataje significativamente más alto, la potencia de salida del panel solar también deberá ser grande y estar a la par de los requisitos.

En este escenario, la corriente del panel solar deberá ser significativamente alta. Pero dado que los paneles solares están disponibles con alta corriente, bajo voltaje, hacer un inversor solar de alto vataje del orden de 200 vatios a 1 kva no parece fácilmente factible.

Sin embargo, los paneles solares de alto voltaje y baja corriente están fácilmente disponibles. Y dado que la potencia es W = V x I , los paneles solares con voltajes más altos pueden contribuir fácilmente a un panel solar de mayor potencia.

Dicho esto, estos paneles solares de alto voltaje no se pueden usar para aplicaciones de inversor de alto voltaje y bajo voltaje, ya que los voltajes pueden no ser compatibles.

Por ejemplo, si tenemos un panel solar de 60 V, 5 amperios y un inversor de 12 V y 300 vatios, aunque la potencia nominal de las dos contrapartes puede ser similar, no se pueden conectar debido a diferencias de voltaje / corriente.

Aquí es donde un convertidor de moneda es muy útil y se puede aplicar para convertir el exceso de voltaje del panel solar en exceso de corriente y reducir el exceso de voltaje, según los requisitos del inversor.

Hacer un circuito inversor solar de 300 vatios

Digamos que queremos hacer un circuito inversor de 12 V de 300 vatios a partir de un panel solar clasificado con 32 V, 15 amperios.

Para esto, necesitaremos una corriente de salida de 300/12 = 25 amperios del convertidor reductor.

El siguiente convertidor reductor simple de ti.com parece extremadamente eficiente al proporcionar la energía requerida para nuestro inversor solar de 300 vatios.

Arreglamos los parámetros importantes del convertidor reductor como se indica en los siguientes cálculos:

Requerimientos de diseño
• Voltaje del panel solar VI = 32 V
• Salida del convertidor reductor VO = 12 V
• Salida del convertidor reductor IO = 25 A
• Frecuencia de funcionamiento del convertidor reductor fOSC = frecuencia de conmutación de 20 kHz
• VR = 20 mV pico a pico (VRIPPLE)
• ΔIL = cambio de corriente del inductor de 1,5 A

• d = ciclo de trabajo = VO / VI = 12 V / 32 V = 0.375
• f = 20 kHz (objetivo de diseño)
• ton = tiempo en (S1 cerrado) = (1 / f) × d = 7.8 μs
• toff = tiempo de inactividad (S1 abierto) = (1 / f) - ton = 42,2 μs
• L ≉ (VI - VO) × ton / ΔIL
• ≉ [(32 V – 12 V) × 7.8 μs]/1.5 A
• ≉ 104 μH

Esto nos proporciona las especificaciones del inductor del convertidor reductor. El cable SWG se puede optimizar mediante prueba y error. Un cable de cobre súper esmaltado de 16 SWG debería ser lo suficientemente bueno para manejar una corriente de 25 amperios.

Cálculo del condensador del filtro de salida para el convertidor reductor

Una vez que se determina el inductor reductor de salida, el valor del condensador del filtro de salida se puede calcular para que coincida con las especificaciones de ondulación de salida. Un condensador electrolítico podría imaginarse como una relación en serie de una inductancia, una resistencia y una capacitancia. Para ofrecer un filtrado de ondulación decente, la frecuencia de ondulación debe ser mucho más baja que las frecuencias en las que la inductancia en serie se vuelve crítica.

Por lo tanto, ambos elementos cruciales son la capacitancia y la resistencia en serie efectiva (ESR). La ESR más alta se calcula en línea con la relación entre el voltaje de rizado pico a pico elegido y la corriente de rizado pico a pico.

ESR = ΔVo (ondulación) / ΔIL = V / 1,5 = 0,067 ohmios

El valor de capacitancia C más bajo recomendado para cuidar el voltaje de ondulación de VO a menos del requisito de diseño de 100 mV se expresa en los siguientes cálculos.

C = ΔIL / 8fΔVo = 1.5 / 8 x 20 x 10³x 0,1 V = 94 uF , aunque más alto que esto, solo ayudará a mejorar la respuesta de ondulación de salida del convertidor reductor.

Configuración de la salida reductora para el inversor solar

Para configurar con precisión la salida de 12 V, 25 A, necesitamos calcular las resistencias R8, R9 y R13.

R8 / R9 decide el voltaje de salida que podría ajustarse usando aleatoriamente un 10K para R8 y un potenciómetro de 10k para R9. A continuación, ajuste el potenciómetro de 10K para obtener el voltaje de salida exacto del inversor.

R13 se convierte en la resistencia de detección de corriente para el convertidor reductor y garantiza que el inversor nunca pueda extraer más de 25 amperios de corriente del panel, y se apaga en tal escenario.

Los resistores R1 y R2 establecen la referencia de aproximadamente 1 V para la entrada inversora del amplificador operacional limitador de corriente interno TL404. La resistencia R13, que está conectada en serie con la carga, entrega 1 V al terminal no inversor del amplificador operacional de error limitador de corriente tan pronto como la corriente del inversor se extiende a 25 A. El PWM para los BJT, por lo tanto, se restringe adecuadamente a controlar la ingesta adicional de corriente. El valor R13 se calcula como se indica en:

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

Potencia = 1 x 25 = 25 vatios

Una vez que el convertidor reductor anterior está construido y probado para la conversión requerida del exceso de voltaje del panel en exceso de corriente de salida, es hora de conectar cualquier buena calidad Inversor de 300 vatios con el convertidor buck, con la ayuda del siguiente diagrama de bloques:

Inversor / cargador solar para proyecto científico

El siguiente artículo a continuación explica un circuito inversor solar simple para los principiantes o estudiantes de la escuela.

Aquí la batería está conectada directamente con el panel por simplicidad, y un sistema de relé de cambio automático para cambiar la batería al inversor en ausencia de energía solar.

El circuito fue solicitado por la Sra. Swati Ojha.

Las etapas del circuito

El circuito consta principalmente de dos etapas a saber: una inversor simple , y el cambio de relé automático.

Durante el día durante tanto tiempo, la luz solar permanece razonablemente fuerte, el voltaje del panel se usa para cargar la batería y también para alimentar el inversor a través de los contactos de conmutación del relé.

El circuito de cambio automático preestablecido está configurado de manera que el relé asociado se desconecta cuando el voltaje del panel cae por debajo de 13 voltios.

La acción anterior desconecta el panel solar del inversor y conecta la batería cargada con el inversor para que las cargas de salida continúen funcionando con la energía de la batería.

Operación del circuito:

Las resistencias R1, R2, R3, R4 junto con T1, T2 y el transformador forman la sección del inversor. Se aplican 12 voltios a través de la toma central y la tierra enciende el inversor inmediatamente, sin embargo, aquí no conectamos la batería directamente en estos puntos, sino a través de una etapa de cambio de relé.

El transistor T3 con los componentes asociados y el relé forman el relé de cambio de etapa. El LDR se mantiene fuera de la casa o en una posición en la que pueda detectar la luz del día.

El preajuste P1 se ajusta de manera que T3 simplemente deja de conducir y corta el relé en caso de que la luz ambiental caiga por debajo de cierto nivel, o simplemente cuando el voltaje descienda por debajo de 13 voltios.

Obviamente, esto sucede cuando la luz del sol se vuelve demasiado débil y ya no puede sostener los niveles de voltaje especificados.

Sin embargo, mientras la luz del sol permanezca brillante, el relé permanece activado, conectando el voltaje del panel solar directamente al inversor (toma central del transformador) a través de los contactos normalmente abiertos. De esta forma, el inversor se puede utilizar a través del panel solar durante el día.

El panel solar también se usa simultáneamente para cargar la batería a través de D2 durante el día, de modo que se cargue por completo cuando anochezca.

El panel solar se selecciona de manera que nunca genere más de 15 voltios, incluso a niveles máximos de luz solar.
La potencia máxima de este inversor no superará los 60 vatios.

Lista de piezas para el inversor solar propuesto con circuito cargador destinado a proyectos científicos.

• R1, R2 = 100 OHMIOS, 5 VATIOS
• R3, R4 = 15 OHMIOS, 5 VATIOS
• T1, T2 = 2N3055, MONTADO EN DISIPADOR DE CALOR ADECUADO
• TRANSFORMADOR = 9-0-9V, 3 A 10 AMPERIOS
• R5 = 10 K
• R6 = 0,1 OHMIOS 1 VATIO
• P1 = LINEAL PREAJUSTADO 100K
• D1, D2 = 6A4
• D3 = 1N4148
• T3 = BC547
• C1 = 100 uF / 25 V
• RELÉ = 9V, SPDT
• LDR = CUALQUIER TIPO ESTÁNDAR
• PANEL SOLAR = CIRCUITO ABIERTO DE 17 VOLTIOS, CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO DE 5 AMPERIOS.
• BATERÍA = 12 V, 25 Ah