Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cố gắng tìm hiểu khái niệm cơ bản về bộ biến tần năng lượng mặt trời và cách tạo mạch biến tần năng lượng mặt trời đơn giản nhưng mạnh mẽ.

Chúng ta có rất nhiều năng lượng mặt trời và được sử dụng miễn phí, hơn nữa đây còn là nguồn năng lượng tự nhiên vô tận, vô tận, tất cả chúng ta đều có thể dễ dàng tiếp cận.

Điều gì rất quan trọng về Biến tần năng lượng mặt trời?

Thực tế là không có gì quan trọng về biến tần năng lượng mặt trời. Bạn có thể sử dụng bất kỳ mạch biến tần bình thường , kết nối nó với bảng điều khiển năng lượng mặt trời và nhận đầu ra DC thành AC cần thiết từ biến tần.

Đã nói rằng, bạn có thể phải chọn và cấu hình các thông số kỹ thuật một cách chính xác, nếu không, bạn có thể gặp rủi ro làm hỏng biến tần của mình hoặc gây ra việc chuyển đổi điện năng không hiệu quả.

Tại sao biến tần năng lượng mặt trời

Chúng ta đã thảo luận về cách sử dụng các tấm pin mặt trời để tạo ra điện từ năng lượng mặt trời hoặc mặt trời, trong bài viết này chúng ta sẽ thảo luận về một cách sắp xếp đơn giản cho phép chúng ta sử dụng năng lượng mặt trời để vận hành các thiết bị gia dụng của mình.

Một tấm pin mặt trời có thể chuyển đổi tia nắng mặt trời thành dòng điện một chiều ở mức tiềm năng thấp hơn. Ví dụ, một bảng điều khiển năng lượng mặt trời có thể được chỉ định để cung cấp 36 volt ở 8 ampe trong điều kiện tối ưu.

Tuy nhiên, chúng ta không thể sử dụng mức công suất này để vận hành các thiết bị gia dụng của mình, bởi vì các thiết bị này chỉ có thể hoạt động ở điện thế nguồn lưới hoặc ở điện áp trong khoảng 120 đến 230 V.

Hơn nữa, dòng điện phải là AC chứ không phải DC như thường nhận từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời.

Chúng tôi đã gặp một số mạch biến tần được đăng trên blog này và chúng tôi đã nghiên cứu cách chúng hoạt động.

Biến tần được sử dụng để chuyển đổi và nâng cấp nguồn pin điện áp thấp lên mức điện lưới AC cao áp.

Do đó, bộ biến tần có thể được sử dụng hiệu quả để chuyển đổi nguồn điện một chiều từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời thành các đầu ra chính phù hợp để cung cấp năng lượng cho thiết bị trong nước của chúng ta.

Về cơ bản trong bộ biến tần, việc chuyển đổi từ mức điện thế thấp sang mức điện lưới tăng lên cao trở nên khả thi vì dòng điện cao thường có sẵn từ các đầu vào DC như pin hoặc bảng điều khiển năng lượng mặt trời. Công suất tổng thể vẫn giữ nguyên.

Hiểu thông số kỹ thuật dòng điện áp

Ví dụ: nếu chúng tôi cung cấp đầu vào 36 volt @ 8 ampe cho một biến tần và nhận được đầu ra 220 V @ 1,2 Amps có nghĩa là chúng tôi chỉ sửa đổi công suất đầu vào 36 × 8 = 288 watt thành 220 × 1,2 = 264 watt.

Do đó, chúng ta có thể thấy rằng đó không phải là điều kỳ diệu, chỉ là những sửa đổi của các thông số tương ứng.

Nếu bảng điều khiển năng lượng mặt trời có thể tạo ra đủ dòng điện và điện áp, thì đầu ra của nó có thể được sử dụng để vận hành trực tiếp bộ biến tần và các thiết bị gia dụng được kết nối đồng thời để sạc pin.

Pin đã sạc có thể được sử dụng cho cấp nguồn cho các tải qua biến tần , vào ban đêm khi năng lượng mặt trời không có mặt.

Tuy nhiên, nếu tấm pin mặt trời có kích thước nhỏ hơn và không thể tạo ra đủ năng lượng, nó có thể được sử dụng chỉ để sạc pin và chỉ trở nên hữu ích để vận hành biến tần sau khi mặt trời lặn.

Hoạt động mạch

Đề cập đến sơ đồ mạch, chúng ta có thể chứng kiến một thiết lập đơn giản sử dụng bảng điều khiển năng lượng mặt trời, bộ biến tần và pin.

Ba đơn vị được kết nối thông qua một mạch điều chỉnh năng lượng mặt trời phân phối điện cho các đơn vị tương ứng sau các quy định thích hợp về nguồn điện nhận được từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời.

Giả sử điện áp là 36 và cường độ dòng điện là 10 ampe từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời, thì bộ biến tần được chọn với điện áp hoạt động đầu vào là 24 vôn @ 6 ampe, cung cấp tổng công suất khoảng 120 watt.

Một phần amp của tấm pin mặt trời có công suất khoảng 3 ampe được sử dụng để sạc pin, nhằm mục đích sử dụng sau khi mặt trời lặn.

Chúng tôi cũng giả định rằng bảng điều khiển năng lượng mặt trời được gắn trên một máy theo dõi năng lượng mặt trời để nó có thể cung cấp các yêu cầu cụ thể miễn là có thể nhìn thấy mặt trời trên bầu trời.

Nguồn đầu vào 36 vôn được áp dụng cho đầu vào của bộ điều chỉnh để cắt nó xuống 24 vôn.

Tải kết nối với đầu ra của biến tần được chọn sao cho nó không ép biến tần quá 6 ampe so với bảng điều khiển năng lượng mặt trời. Từ 4 ampe còn lại, 2 ampe được cung cấp cho pin để sạc nó.

2 ampe còn lại không được sử dụng vì mục đích duy trì hiệu suất tốt hơn của toàn hệ thống.

Các mạch là tất cả những thứ đã được thảo luận trong blog của tôi, chúng ta có thể thấy cách chúng được cấu hình thông minh cho nhau để thực hiện các hoạt động cần thiết.

Để có hướng dẫn đầy đủ, vui lòng tham khảo bài viết này: Hướng dẫn biến tần năng lượng mặt trời

Danh sách bộ phận cho phần bộ sạc LM338

Tất cả các điện trở là 1/4 watt 5% CFR trừ khi được chỉ định.
R1 = 120 ohms
P1 = 10K nồi (2K được hiển thị nhầm lẫn)
R4 = thay thế iit bằng một liên kết
R3 = 0,6 x 10 / Pin AH
Transistor = BC547 (không phải BC557, nó được hiển thị nhầm)
IC điều chỉnh = LM338
Danh sách bộ phận cho phần biến tần
Tất cả các bộ phận là 1/4 watt trừ khi được chỉ định
R1 = 100k nồi
R2 = 10 nghìn
R3 = 100K
R4, R5 = 1K
T1, T2 = Mosfer IRF540
N1 --- N4 = IC 4093

Một số bộ phận còn lại không cần chỉ định và có thể được sao chép như thể hiện trong sơ đồ.

Để sạc pin lên đến 250 Ah

Phần bộ sạc trong mạch trên có thể được nâng cấp phù hợp để cho phép sạc pin dòng điện cao theo thứ tự từ 100 AH đến 250 Ah.

Đối với Pin 100Ah bạn chỉ cần thay thế LM338 bằng LM196 là phiên bản 10 amp của LM338.

Một bên ngoài bóng bán dẫn TIP36 được tích hợp thích hợp trên IC 338 để tạo điều kiện thuận lợi cho các sạc hiện tại cao .

Điện trở phát của TIP36 phải được tính toán thích hợp nếu không bóng bán dẫn có thể bị nổ, hãy làm điều đó bằng phương pháp thử và sai, bắt đầu với 1 ohm ban đầu, sau đó tiếp tục giảm dần cho đến khi đạt được lượng dòng điện yêu cầu ở đầu ra.

biến tần năng lượng mặt trời công suất cao với bộ sạc pin hiện tại cao

Thêm một tính năng PWM

Để đảm bảo một đầu ra cố định 220V hoặc 120V, điều khiển PWM có thể được thêm vào các thiết kế trên như thể hiện trong sơ đồ sau. Như có thể thấy cổng N1, về cơ bản được cấu hình như một bộ dao động 50 hoặc 60Hz, được tăng cường với các điốt và một nồi để cho phép tùy chọn chu kỳ nhiệm vụ thay đổi.

Mạch biến tần năng lượng mặt trời điều khiển PWM

Bằng cách điều chỉnh nồi này, chúng ta có thể buộc bộ dao động tạo ra các tần số với các khoảng thời gian BẬT / TẮT khác nhau, từ đó sẽ cho phép MOSFET để BẬT và TẮT với cùng một tỷ lệ.

Bằng cách điều chỉnh thời gian BẬT / TẮT MOSFET, chúng ta có thể thay đổi tương ứng cảm ứng dòng điện trong máy biến áp, điều này cuối cùng sẽ cho phép chúng ta điều chỉnh điện áp RMS đầu ra của biến tần.

Một khi RMS đầu ra được cố định, bộ biến tần sẽ có thể tạo ra một đầu ra không đổi bất kể sự thay đổi điện áp mặt trời, cho đến khi điện áp giảm xuống dưới thông số điện áp của cuộn sơ cấp máy biến áp.

Biến tần năng lượng mặt trời sử dụng IC 4047

Như đã mô tả trước đó, bạn có thể gắn bất kỳ biến tần mong muốn nào với bộ điều chỉnh năng lượng mặt trời để thực hiện chức năng biến tần năng lượng mặt trời dễ dàng.

Sơ đồ sau đây cho thấy cách đơn giản Biến tần IC 4047 có thể được sử dụng với cùng một bộ điều chỉnh năng lượng mặt trời để nhận được 220 V AC hoặc 120 V AC từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời.

Biến tần năng lượng mặt trời sử dụng IC 555

Hoàn toàn tương tự nếu bạn quan tâm đến việc chế tạo một biến tần năng lượng mặt trời nhỏ sử dụng IC 555, bạn rất có thể làm như vậy, bằng cách tích hợp một Biến tần IC 555 với bảng điều khiển năng lượng mặt trời để có được 220V AC cần thiết.

Biến tần năng lượng mặt trời sử dụng bóng bán dẫn 2N3055

Các Bóng bán dẫn 2N3055 rất phổ biến trong số tất cả những người đam mê điện tử. Và BJT tuyệt vời này cho phép bạn chế tạo các bộ biến tần khá mạnh với số lượng bộ phận tối thiểu.

Nếu bạn là một trong những người đam mê có một vài thiết bị này trong hộp rác của mình và muốn tạo ra một bộ biến tần năng lượng mặt trời nhỏ mát bằng cách sử dụng chúng, thì thiết kế đơn giản sau đây có thể giúp bạn thực hiện ước mơ của mình.

Biến tần năng lượng mặt trời đơn giản không cần bộ điều khiển bộ sạc

Đối với những người dùng không quá quan tâm đến việc bao gồm bộ điều khiển bộ sạc LM338, vì mục đích đơn giản, thiết kế biến tần PV đơn giản nhất sau đây có vẻ tốt.

Mặc dù người dùng có thể nhìn thấy tấm pin này mà không có bộ điều chỉnh, pin vẫn sẽ được sạc tối ưu, miễn là bảng điều khiển năng lượng mặt trời có đủ lượng ánh nắng trực tiếp cần thiết.

Sự đơn giản của thiết kế cũng chỉ ra thực tế rằng pin axit chì không quá khó để tính phí.

Hãy nhớ rằng pin đã xả hoàn toàn (dưới 11V) có thể cần ít nhất 8 giờ đến 10 giờ sạc cho đến khi biến tần có thể được BẬT cho chuyển đổi AC 12V sang 220V cần thiết.

Chuyển đổi chính từ năng lượng mặt trời sang AC đơn giản

Nếu bạn muốn hệ thống biến tần năng lượng mặt trời của mình có cơ sở chuyển đổi tự động từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời sang lưới điện AC, bạn có thể thêm sửa đổi rơ le sau vào đầu vào bộ điều chỉnh LM338 / LM196:

Bộ chuyển đổi 12V phải được đánh giá phù hợp với điện áp của pin và thông số kỹ thuật Ah. Ví dụ: nếu pin được đánh giá ở 12 V 50 Ah, thì bộ chuyển đổi 12V có thể được đánh giá ở 15V đến 20 V và 5 amp

Biến tần năng lượng mặt trời sử dụng bộ chuyển đổi Buck

Trong phần thảo luận ở trên, chúng ta đã học cách tạo biến tần năng lượng mặt trời đơn giản với bộ sạc pin sử dụng IC tuyến tính như LM338, LM196 , điều này thật tuyệt khi điện áp và dòng điện của bảng điều khiển năng lượng mặt trời giống như yêu cầu của biến tần.

“dự án arduino cho sinh viên kỹ thuật ”

Trong những trường hợp như vậy, công suất của biến tần nhỏ và bị hạn chế. Đối với các tải biến tần có công suất cao hơn đáng kể, công suất đầu ra của bảng điều khiển năng lượng mặt trời cũng sẽ cần lớn và ngang bằng với yêu cầu.

Trong trường hợp này, dòng điện của bảng điều khiển năng lượng mặt trời sẽ cần phải cao đáng kể. Nhưng vì bảng điều khiển năng lượng mặt trời có sẵn với dòng điện cao, điện áp thấp làm cho biến tần năng lượng mặt trời có công suất cao theo thứ tự 200 watt đến 1 kva trông không dễ dàng khả thi.

Tuy nhiên, các tấm pin mặt trời điện áp cao, dòng điện thấp rất dễ có sẵn. Và vì công suất là W = V x I , các tấm pin mặt trời có điện áp cao hơn có thể dễ dàng góp phần tạo ra tấm pin mặt trời có công suất cao hơn.

Điều đó nói rằng, những tấm pin mặt trời điện áp cao này không thể được sử dụng cho các ứng dụng biến tần có điện áp thấp, công suất cao, vì điện áp có thể không tương thích.

Ví dụ: nếu chúng ta có bảng điều khiển năng lượng mặt trời 60 V, 5 Amp và bộ biến tần 12 V 300 watt, mặc dù định mức công suất của hai đối tác có thể tương tự nhau, chúng không thể được kết nối với nhau do sự khác biệt về điện áp / dòng điện.

Đây là nơi một dụng cụ đổi tiền rất tiện dụng và có thể được áp dụng để chuyển đổi điện áp dư thừa của bảng điều khiển năng lượng mặt trời thành dòng điện quá mức và giảm điện áp dư thừa, theo yêu cầu của biến tần.

Tạo mạch biến tần năng lượng mặt trời 300 Watt

Giả sử chúng tôi muốn tạo một mạch biến tần 12 V 300 watt từ một bảng điều khiển năng lượng mặt trời có định mức 32 V, 15 Amps.

Đối với điều này, chúng tôi sẽ cần một dòng điện đầu ra là 300/12 = 25 Amps từ bộ chuyển đổi buck.

Bộ chuyển đổi buck đơn giản sau đây từ ti.com trông cực kỳ hiệu quả trong việc cung cấp năng lượng cần thiết cho bộ biến tần năng lượng mặt trời 300 watt của chúng tôi.

Chúng tôi sửa các thông số quan trọng của bộ chuyển đổi buck như được đưa ra trong các tính toán sau:

Yêu cầu thiết kế
• Điện áp bảng điều khiển năng lượng mặt trời VI = 32 V
• Đầu ra bộ chuyển đổi Buck VO = 12 V
• Đầu ra bộ chuyển đổi Buck IO = 25 A
• Tần số hoạt động của bộ chuyển đổi Buck fOSC = tần số chuyển mạch 20-kHz
• VR = 20-mV từ đỉnh đến đỉnh (VRIPPLE)
• ΔIL = 1,5-A thay đổi dòng điện dẫn

d = chu kỳ làm việc = VO / VI = 12 V / 32 V = 0,375
f = 20 kHz (mục tiêu thiết kế)
ton = thời gian bật (S1 đóng) = (1 / f) × d = 7,8 μs
toff = thời gian tắt (S1 mở) = (1 / f) - ton = 42,2 μs
L ≉ (VI - VO) × tấn / ΔIL
≉ [(32 V - 12V) × 7,8 μs] / 1,5 A
≉ 104 μH

Điều này cung cấp cho chúng tôi các thông số kỹ thuật của cuộn cảm chuyển đổi buck. SWG dây có thể được tối ưu hóa thông qua một số thử nghiệm và sai sót. Một dây đồng siêu tráng men 16 SWG đủ tốt để xử lý dòng điện 25 Amps.

Tính toán tụ lọc đầu ra cho bộ chuyển đổi Buck

Sau khi xác định được cuộn cảm đầu ra, giá trị của tụ lọc đầu ra có thể được tính toán để phù hợp với thông số kỹ thuật gợn đầu ra. Tụ điện có thể được hình dung giống như mối quan hệ nối tiếp của độ tự cảm, điện trở và điện dung. Để cung cấp khả năng lọc gợn sóng tốt, tần số gợn sóng phải thấp hơn nhiều so với các tần số mà điện cảm loạt trở nên quan trọng.

Do đó, cả hai yếu tố quan trọng là điện dung và điện trở loạt hiệu dụng (ESR). ESR cao nhất được tính toán phù hợp với mối quan hệ giữa điện áp gợn sóng đỉnh-đỉnh đã chọn và dòng điện gợn sóng đỉnh-đỉnh.

ESR = ΔVo (gợn sóng) / ΔIL = V / 1,5 = 0,067 Ohms

Giá trị điện dung C thấp nhất được khuyến nghị để xử lý điện áp gợn sóng VO nhỏ hơn yêu cầu thiết kế 100 mV được biểu thị trong các tính toán sau.

C = ΔIL / 8fΔVo = 1,5 / 8 x 20 x 10³x 0,1 V = 94 uF , mặc dù cao hơn mức này sẽ chỉ giúp cải thiện phản ứng gợn đầu ra của bộ chuyển đổi buck.

Thiết lập đầu ra Buck cho Biến tần năng lượng mặt trời

Để thiết lập chính xác đầu ra 12 V, 25 Amps, chúng ta cần tính toán các điện trở R8, R9 và R13.

R8 / R9 quyết định điện áp đầu ra có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng ngẫu nhiên 10K cho R8 và một nồi 10k cho R9. Tiếp theo, điều chỉnh nồi 10K để có điện áp đầu ra chính xác cho biến tần.

R13 trở thành điện trở cảm nhận dòng điện cho bộ chuyển đổi buck và nó đảm bảo rằng bộ biến tần không bao giờ có thể lấy dòng điện trên 25 Amp từ bảng điều khiển và bị tắt trong trường hợp như vậy.

Các điện trở R1 và R2 thiết lập tham chiếu khoảng 1 V cho đầu vào đảo ngược của bộ khuếch đại op giới hạn dòng điện bên trong TL404. Điện trở R13, được mắc nối tiếp với tải, cung cấp 1 V đến cực không đảo ngược của bộ khuếch đại lỗi giới hạn dòng ngay khi dòng biến tần kéo dài đến 25 A. Do đó, PWM cho BJT được hạn chế thích hợp đối với kiểm soát thêm lượng dòng điện. Giá trị R13 được tính toán như sau:

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

Công suất = 1 x 25 = 25 watt

Khi bộ chuyển đổi buck ở trên được xây dựng và thử nghiệm để chuyển đổi yêu cầu của điện áp bảng điều khiển dư thừa thành dòng điện đầu ra vượt quá, đã đến lúc kết nối bất kỳ chất lượng tốt nào Biến tần 300 watt với bộ chuyển đổi buck, với sự trợ giúp của sơ đồ khối sau:

Biến tần / Bộ sạc năng lượng mặt trời cho Dự án Khoa học

Bài viết tiếp theo dưới đây giải thích một mạch biến tần năng lượng mặt trời đơn giản cho người mới hoặc học sinh.

Ở đây pin được kết nối trực tiếp với bảng điều khiển vì mục đích đơn giản, và một hệ thống rơle chuyển đổi tự động để chuyển pin sang biến tần trong trường hợp không có năng lượng mặt trời.

Mạch do cô Swati Ojha yêu cầu.

Các giai đoạn mạch

Mạch chủ yếu bao gồm hai giai đoạn: a biến tần đơn giản , và chuyển đổi rơ le tự động.

Trong thời gian dài ban ngày, ánh sáng mặt trời vẫn ở mức hợp lý, điện áp bảng điều khiển được sử dụng để sạc pin và cũng để cấp nguồn cho biến tần thông qua các tiếp điểm chuyển đổi rơle.

Cài đặt trước mạch chuyển đổi tự động được thiết lập sao cho rơle liên kết TẮT khi điện áp bảng điều khiển giảm xuống dưới 13 volt.

Hành động trên ngắt kết nối bảng điều khiển năng lượng mặt trời khỏi biến tần và kết nối pin đã sạc với biến tần để các tải đầu ra tiếp tục chạy bằng nguồn pin.

Hoạt động mạch:

Các điện trở R1, R2, R3, R4 cùng với T1, T2 và biến áp tạo thành phần nghịch lưu. 12 volt được áp dụng trên vòi trung tâm và nối đất khởi động biến tần ngay lập tức, tuy nhiên ở đây chúng tôi không kết nối pin trực tiếp tại các điểm này, thay vào đó thông qua giai đoạn chuyển đổi rơ le.

Transistor T3 với các thành phần liên quan và rơ le tạo thành rơ le thay đổi theo từng giai đoạn LDR được giữ bên ngoài nhà hoặc ở vị trí mà nó có thể cảm nhận được ánh sáng ban ngày.

Giá trị đặt trước P1 được điều chỉnh sao cho T3 chỉ ngừng dẫn điện và ngắt rơ le trong trường hợp ánh sáng xung quanh giảm xuống dưới một mức nhất định, hoặc đơn giản khi điện áp xuống dưới 13 vôn.

Điều này rõ ràng xảy ra khi ánh sáng mặt trời trở nên quá yếu và không còn khả năng duy trì các mức điện áp được chỉ định.

Tuy nhiên, miễn là ánh sáng mặt trời vẫn sáng, rơ le vẫn được kích hoạt, kết nối điện áp bảng điều khiển năng lượng mặt trời trực tiếp với biến tần (vòi trung tâm máy biến áp) thông qua các tiếp điểm N / O. Do đó, biến tần có thể sử dụng được thông qua bảng điều khiển năng lượng mặt trời vào ban ngày.

Bảng điều khiển năng lượng mặt trời cũng được sử dụng đồng thời để sạc pin qua D2 vào ban ngày để nó sạc đầy vào thời điểm hoàng hôn.

Tấm pin mặt trời được lựa chọn sao cho nó không bao giờ tạo ra hơn 15 vôn ngay cả ở mức ánh sáng mặt trời cao nhất.
Công suất tối đa từ biến tần này sẽ không quá 60 watt.

Danh sách bộ phận cho biến tần năng lượng mặt trời được đề xuất với mạch sạc dành cho các dự án khoa học.