במאמר זה ננסה להבין את הרעיון הבסיסי של מהפך סולארי וכיצד ליצור מעגל מהפך סולארי פשוט אך חזק.

כוח סולארי זמין לנו בשפע והוא חופשי לשימוש, יתר על כן זהו מקור אנרגיה טבעי בלתי מוגבל, בלתי נגמר, נגיש לכולנו.

מה כל כך קריטי בממירי שמש?

העובדה היא שאין שום דבר מכריע בממירי שמש. אתה יכול להשתמש בכל מעגל מהפך רגיל חבר את זה לפאנל סולארי וקבל את הפלט הנדרש לזרם חילופין מהמהפך.

עם זאת, יתכן שתצטרך לבחור ו להגדיר את המפרט כראוי, אחרת אתה עלול להסתכן בפגיעה בממיר שלך או בהמרת הספק לא יעילה.

מדוע מהפך סולארי

כבר דנו כיצד להשתמש בפאנלים סולאריים לייצור חשמל מאנרגיה סולארית או מהשמש, במאמר זה נדון בהסדר פשוט שיאפשר לנו להשתמש באנרגיה סולארית להפעלת מכשירי החשמל הביתיים שלנו.

פאנל סולארי מסוגל להמיר קרני שמש לזרם ישר ברמות פוטנציאליות נמוכות יותר. לדוגמא ניתן לציין פאנל סולארי להעברת 36 וולט ב 8 אמפר בתנאים אופטימליים.

עם זאת איננו יכולים להשתמש בסדר גודל כזה להפעלת מכשירי החשמל הביתיים שלנו, מכיוון שמכשירים אלה יכולים לעבוד רק בפוטנציאל החשמל או במתח בטווחים של 120 עד 230 V.

יתר על כן, הזרם צריך להיות זרם חילופין ולא זרם זרם כמתקבל בדרך כלל מפאנל סולארי.

נתקלנו במספר מעגלי מהפך פורסם בבלוג זה ולמדנו כיצד הם עובדים.

ממירים משמשים להמרה ולהגברת כוח הסוללה במתח נמוך לרמות זרם מתח גבוה.

לכן ניתן להשתמש ב ממירים באופן יעיל להמרת זרם זרם החשמל מפאנל סולארי ליציאות חשמל שתתאים כראוי את הציוד המקומי שלנו.

בעיקרון בממירים, ההמרה מפוטנציאל נמוך לרמת עוצמה גבוהה מוגברת הופכת לניתנת לביצוע בגלל הזרם הגבוה שבדרך כלל זמין מכניסות DC כמו סוללה או פאנל סולארי. הספק הכללי נשאר זהה.

הבנת מפרט זרם מתח

לדוגמא אם אנו מספקים קלט של 36 וולט @ 8 אמפר למהפך ומקבלים פלט של 220 וולט @ 1.2 אמפר פירושו ששינוי זה עתה הספק כניסה של 36 × 8 = 288 וואט ל -220 × 1.2 = 264 וואט.

לכן אנו יכולים לראות שזה לא קסם, אלא רק שינויים בפרמטרים המתאימים.

אם הפאנל הסולארי מסוגל לייצר מספיק זרם ומתח, הפלט שלו עשוי לשמש להפעלה ישירה של מהפך ומכשירי הבית המחוברים וגם בו זמנית להטענת סוללה.

ניתן להשתמש בסוללה הטעונה עבור מפעיל את העומסים באמצעות המהפך , בזמני לילה בהם אנרגיה סולארית אינה קיימת.

אולם אם הפאנל הסולארי קטן יותר ואינו מסוגל לייצר מספיק כוח, הוא עשוי לשמש רק לטעינת הסוללה, והופך להיות שימושי להפעלת המהפך רק לאחר השקיעה.

מבצע מעגל

בהתייחס לתרשים המעגל, אנו יכולים להיות עדים להגדרה פשוטה באמצעות פאנל סולארי, מהפך וסוללה.

שלוש היחידות מחוברות באמצעות a מעגל הרגולטור הסולארי המחלק את הכוח ליחידות בהתאמה לאחר תקנות מתאימות של הכוח שהתקבל מהפאנל הסולארי.

בהנחה שהמתח יהיה 36 והזרם יהיה 10 אמפר מהפאנל הסולארי, המהפך נבחר עם מתח הפעלה כניסה של 24 וולט @ 6 אמפר, ומספק הספק כולל של כ -120 וואט.

חלק קטן ממגבר הפאנלים הסולאריים המסתכם בכ -3 אמפר נחסך לטעינת סוללה, המיועדת לשימוש לאחר השקיעה.

אנו מניחים גם כי הפאנל הסולארי מותקן מעל א גשש סולארי כך שהוא מסוגל לספק את הדרישות שצוינו כל עוד השמש נראית מעל השמיים.

הספק הכניסה של 36 וולט מוחל על כניסת הווסת שמקצץ אותו ל 24 וולט.

העומס המחובר ליציאת המהפך נבחר כך שהוא לא מכריח את המהפך יותר מ- 6 אמפר מהפאנל הסולארי. מ- 4 אמפר שנותרו, 2 אמפר מסופק לסוללה לטעינה.

שני המגברים הנותרים אינם משמשים לצורך שמירה על יעילות טובה יותר של המערכת כולה.

המעגלים הם כל אלה שכבר נדונו בבלוגים שלי, אנו יכולים לראות כיצד אלה מוגדרים זה לזה בצורה חכמה ליישום הפעולות הנדרשות.

להדרכה מלאה אנא עיין במאמר זה: מדריך מהפך סולארי

רשימת חלקים עבור מדור המטענים LM338

כל הנגדים הם 1/4 ואט 5% CFR אלא אם כן צוין.
R1 = 120 אוהם
P1 = סיר 10K (2K מוצג בטעות)
R4 = החלף את iit בקישור
R3 = 0.6 x 10 / סוללה AH
טרנזיסטור = BC547 (לא BC557, זה מוצג בטעות)
רגולטור IC = LM338
רשימת חלקים למדור המהפך
כל החלקים הם 1/4 וואט אלא אם כן צוין
R1 = 100k סיר
R2 = 10K
R3 = 100K
R4, R5 = 1K
T1, T2 = מוספר IRF540
N1 --- N4 = IC 4093

אין צורך לפרט את חלקם הנותרים של החלקים וניתן להעתיקם כפי שמוצג בתרשים.

להטענת סוללות עד 250 אה

ניתן לשדרג את קטע המטען במעגל שלעיל בכדי לאפשר טעינה של סוללות בעלות זרם גבוה בסדר גודל של 100 AH עד 250 Ah.

ל סוללה של 100 Ah אתה יכול פשוט להחליף את ה- LM338 ב- LM196 שהיא גרסת 10 אמפר של ה- LM338.

סירה טרנזיסטור TIP36 משולב כראוי ברחבי IC 338 כדי להקל על הנדרש טעינה של זרם גבוה .

יש לחשב את הנגד הפולט של TIP36 כראוי אחרת הטרנזיסטור עלול פשוט להתפוצץ, לעשות זאת בשיטת ניסוי וטעייה, התחל עם אוהם בהתחלה, ואז בהדרגה ימשיך להפחית אותו עד שכמות הזרם הנדרשת הופכת להשגה ביציאה.

מהפך סולארי בעל הספק גבוה עם מטען סוללות זרם גבוה

הוספת תכונת PWM

כדי להבטיח פלט קבוע של 220 וולט או 120 וולט, ניתן היה להוסיף בקרת PWM לעיצובים שלמעלה כפי שמוצג בתרשים הבא. כפי שניתן לראות השער N1 שמוגדר בעצם כמתנד 50 או 60 הרץ, משופר עם דיודות וסיר לאפשר אפשרות של מחזור חובה משתנה.

על ידי התאמת סיר זה אנו יכולים להכריח את המתנד ליצור תדרים עם תקופות הפעלה / כיבוי שונות, אשר בתורם יאפשרו mosfets כדי להפעיל ולכבות עם אותו שיעור.

על ידי כוונון תזמון ההפעלה / כיבוי של mosfet אנו יכולים לשנות באופן יחסי את האינדוקציה הנוכחית בשנאי, מה שבסופו של דבר יאפשר לנו להתאים את מתח RMS היציאה של המהפך.

לאחר קביעת יציאת ה- RMS, המהפך יוכל לייצר פלט קבוע ללא קשר לוואציות המתח הסולארי, עד שכמובן שהמתח יירד מתחת למפרט המתח של סלילה ראשונית של השנאי.

מהפך סולארי באמצעות IC 4047

כפי שתואר קודם לכן, ניתן לחבר כל מהפך רצוי באמצעות וסת סולארי ליישום פונקציית מהפך סולארי קל.

התרשים הבא מראה כיצד פשוט מהפך IC 4047 ניתן להשתמש עם אותו הרגולטור הסולארי לקבלת 220 וולט או 120 וולט מהלוח הסולארי.

מהפך סולארי באמצעות IC 555

באופן די דומה אם אתם מעוניינים לבנות מהפך סולארי קטן באמצעות IC 555, תוכלו מאוד לעשות זאת על ידי שילוב מהפך IC 555 עם פאנל סולארי להשגת 220 וולט AC הנדרשים.

מהפך סולארי באמצעות טרנזיסטור 2N3055

ה טרנזיסטורים 2N3055 פופולריים מאוד בקרב כל חובבי האלקטרוניקה. וה- BJT המדהים הזה מאפשר לכם לבנות ממירים חזקים למדי עם מספר חלקים מינימלי.

אם אתה אחד מאותם חובבים שיש לך כמה מהתקנים האלה בתיבת הזבל שלך, ואתה מעוניין ליצור ממיר סולארי קטן ומגניב באמצעותם, אז העיצוב הפשוט הבא יכול לעזור לך להגשים את החלום שלך.

מהפך סולארי פשוט ללא בקר מטען

למשתמשים שאינם מעוניינים להכניס את בקר המטענים LM338, לשם הפשטות, העיצוב המהפך הפשוט ביותר שלהלן נראה טוב.

למרות שהמצבר יכול להישמע ללא רגולטור, הסוללה עדיין תטען בצורה אופטימלית, בתנאי שהפאנל הסולארי יקבל את כמות השמש הנכונה הנדרשת.

פשטות העיצוב מעידה גם על העובדה ש סוללות עופרת בכל זאת לא כל כך קשים לחיוב.

זכור, סוללה נטמנית לחלוטין (מתחת ל -11 וולט) עשויה לדרוש טעינה של לפחות 8 עד 10 שעות עד שניתן יהיה להפעיל את המהפך להמרה הנדרשת של 12 וולט עד 220 וולט.

החלפת שמש חשמלית חשמלית פשוטה

אם ברצונך שמערכת המהפך הסולארית שלך תקבל מעבר אוטומטי מפאנל סולארי לרשת החשמל, תוכל להוסיף את השינוי הממסר הבא לקלט הרגולטור LM338 / LM196:

יש לדרג את מתאם 12V כך שיתאים למתח הסוללה ולמפרט Ah. לדוגמא אם הסוללה מדורגת ב 12 וולט 50 אח, אז ניתן לדורג את מתאם 12 וולט ל 15 וולט עד 20 וולט ו -5 אמפר

ממיר סולארי באמצעות ממיר באק

בדיון לעיל למדנו כיצד להכין מהפך סולארי פשוט עם מטען סוללות באמצעות ICs ליניאריים כמו LM338, LM196 , שהם נהדרים כאשר מתח הזרם והזרם זהים לדרישת המהפך.

במקרים כאלה הספק מהפך קטן ומוגבל. עבור עומסי ממירים עם הספק גבוה יותר באופן משמעותי, הספק היציאה של הפאנל הסולארי יצטרך להיות גם הוא גדול ושווה לדרישות.

בתרחיש זה, זרם הפאנל הסולרי יצטרך להיות גבוה משמעותית. אך מכיוון שפאנל סולארי זמין עם זרם גבוה, מתח נמוך ההופך מהפך סולארי בעל הספק גבוה בסדר גודל של 200 וואט ל -1 קוטה אינו נראה קל.

עם זאת, פאנלים סולאריים במתח גבוה ובזרם נמוך זמינים בקלות. ומכיוון שהספק הוא W = V x I , פאנלים סולאריים בעלי מתח גבוה יותר יכולים לתרום בקלות לפאנל סולארי גבוה יותר.

עם זאת, לא ניתן להשתמש בפאנלים סולאריים במתח גבוה ליישומי מהפך מתח נמוך, בהספק גבוה, מכיוון שהמתחים אינם תואמים.

לדוגמה, אם יש לנו פאנל סולארי של 60 וולט, 5 אמפר וממיר מהפך של 12 וואט של 300 וואט, למרות שדירוג הספק של שני המקבילים עשוי להיות דומה, לא ניתן לחבר אותם בגלל הבדלי מתח / זרם.

זה המקום בו א ממיר באק מאוד שימושי וניתן ליישם אותו להמרת מתח עודף של פאנל סולארי לזרם עודף ולהורדת מתח עודף, בהתאם לדרישות המהפך.

הכנת מעגל מהפך סולארי 300 וואט

בואו נגיד שאנחנו רוצים ליצור מעגל מהפך 12 וולט 300 וואט מלוח סולארי בעל דירוג של 32 וולט, 15 אמפר.

לשם כך נצטרך זרם פלט של 300/12 = 25 אמפר מממיר ה- buck.

ממיר הבאק הפשוט הבא של ti.com נראה יעיל ביותר במתן הכוח הנדרש למהפך סולארי 300 וואט שלנו.

אנו מתקנים את הפרמטרים החשובים של ממיר באק כפי שניתן בחישובים הבאים:

דרישות עיצוב
• מתח פאנל סולארי VI = 32 וולט
• פלט ממיר באק VO = 12 וולט
• פלט ממיר באק IO = 25 A.
• ממיר באק תדר הפעלה fOSC = תדר מיתוג של 20 קילוהרץ
• VR = 20-mV שיא לשיא (VRIPPLE)
• ΔIL = שינוי זרם משרן 1.5-A

d = מחזור חובה = VO / VI = 12 V / 32 V = 0.375
f = 20 קילוהרץ (מטרת התכנון)
טון = זמן ב- (S1 סגור) = (1 / f) × d = 7.8 μs
טוף = פסק זמן (S1 פתוח) = (1 / f) - טון = 42.2 מיקרו-שניות
L ≉ (VI - VO) × טון / ΔIL
≉ [(32 וולט - 12 וולט) × 7.8 מיקרו-שניות] / 1.5 א
≉ 104 μH

זה מספק לנו את המפרט של משרן הממיר באק. ניתן למטב את חוט ה- SWG באמצעות ניסוי וטעייה. חוט נחושת 16 אמילי SWG אמייל אמור להיות מספיק טוב כדי להתמודד עם זרם של 25 אמפר.

חישוב קבל פילטר פלט עבור ממיר באק

לאחר קביעת משרן המוצא, ניתן לעבד את ערך קבל מסנן המוצא כך שיתאים למפרט אדוות הפלט. ניתן לדמיין קבל אלקטרוליטי כמו יחסי סדרה של השראות, התנגדות וקיבול. כדי להציע סינון אדוות ראוי, תדר האדווה צריך להיות נמוך בהרבה מהתדרים שבהם השראת הסדרה הופכת קריטית.

לכן, שני האלמנטים המכריעים הם הקיבול והתנגדות הסדרה האפקטיבית (ESR). ה- ESR הגבוה ביותר מחושב בהתאם לקשר בין מתח האדווה שנבחר לשיא לבין זרם האדווה לשיא.

ESR = ΔVo (אדווה) / ΔIL = V / 1.5 = 0.067 אוהם

ערך הקיבול C הנמוך ביותר המומלץ לטפל במתח אדווה ה- VO הנמוך מדרישת התכנון של 100-mV מתבטא בחישובים הבאים.

C = ΔIL / 8fΔVo = 1.5 / 8 x 20 x 10³x 0.1 V = 94 uF , אם כי גבוה מזה רק יעזור לשפר את תגובת אדוות הפלט של ממיר ה- buck.

הגדרת תפוקת Buck עבור המהפך הסולארי

כדי להגדיר במדויק את הפלט 12 וולט, 25 אמפר עלינו לחשב את הנגדים R8, R9 ו- R13.

R8 / R9 מחליט את מתח המוצא שניתן לשנות אותו באמצעות אקראי באמצעות 10K עבור R8, וסיר 10K עבור R9. לאחר מכן, התאם את סיר 10K לקבלת מתח המוצא המדויק עבור המהפך.

R13 הופך לנגן החישה הנוכחי של ממיר ה- Buck והוא מבטיח שהמהפך לעולם אינו מסוגל למשוך מעל 25 אמפר זרם מהלוח, והוא מכובה בתרחיש כזה.

הנגדים R1 ו- R2 קובעים את ההתייחסות של בערך 1 וולט לכניסה ההפוכה של מגבר ה- OP הפנימי להגבלת הזרם TL404. הנגד R13, המחובר בסדרה עם העומס, מעביר 1 וולט למסוף הלא-הפוך של מגבר השגיאה המגביל את הזרם ברגע שזרם המהפך מתארך ל -25 A. PWM עבור ה- BJTs מוגבל כראוי ל לשלוט על צריכת זרם נוספת. ערך R13 מחושב כמפורט תחת:

R13 = 1 V / 25 A = 0.04 אוהם

הספק = 1 x 25 = 25 וואט

לאחר שנבנה ממיר הדלק הנ'ל ונבדק ההמרה הנדרשת של עודף מתח פאנל לזרם יציאה עודף, הגיע הזמן לחבר כל איכות טובה מהפך 300 וואט עם ממיר ה- buck, בעזרת דיאגרמת החסימה הבאה:

מהפך / מטען סולארי לפרויקט מדע

המאמר הבא למטה מסביר מעגל מהפך סולארי פשוט למתחילים או לתלמידי בית הספר.

כאן הסוללה מחוברת ישירות לפאנל לשם הפשטות, ומערכת ממסר אוטומטית להחלפה להחלפת הסוללה למהפך בהיעדר אנרגיה סולארית.

המעגל התבקש על ידי גב 'סוואטי אוג'ה.

במות המעגל

המעגל מורכב בעיקר משני שלבים דהיינו: א מהפך פשוט והחלפת הממסר האוטומטית.

במהלך היום במשך זמן כה רב אור השמש נשאר חזק למדי, מתח הפאנל משמש לטעינת הסוללה וגם ל מפעיל את המהפך דרך אנשי הקשר להחלפת ממסר.

קביעת ההגדרה הקבועה מראש של מעגל ההחלפה מוגדרת כך שהממסר המשויך יופסק כאשר מתח הפאנל יורד מתחת ל 13 וולט.

“ההבדל בין לולאה סגורה ללולאה פתוחה ”

הפעולה הנ'ל מנתקת את הפאנל הסולארי מהמהפך ומחברת את הסוללה הטעונה עם המהפך כך שעומסי הפלט ימשיכו לפעול באמצעות כוח הסוללה.

מבצע מעגל:

נגדים R1, R2, R3, R4 יחד עם T1, T2 והשנאי יוצר את קטע המהפך. 12 וולט המופעלים על פני הברז המרכזי והאדמה מפעילה את המהפך באופן מיידי, אולם כאן איננו מחברים את הסוללה ישירות בנקודות אלה, אלא בשלב מעבר ממסר.

הטרנזיסטור T3 עם הרכיבים המשויכים והממסר מהווה את שינוי הממסר על פני הבמה ה- LDR נשמר מחוץ לבית או במצב בו הוא יכול לחוש את אור היום.

קביעת ה- P1 מוגדרת מראש מותאמת כך ש- T3 פשוט מפסיק להתנהל ומנתק את הממסר במקרה שאור הסביבה יירד מתחת לרמה מסוימת, או פשוט כאשר המתח יורד מתחת ל -13 וולט.

זה קורה כמובן כאשר אור השמש נעשה חלש מדי ואינו מסוגל עוד לקיים את רמות המתח שצוינו.

עם זאת כל עוד אור השמש נותר בהיר, הממסר נשאר מופעל, ומחבר את מתח הפאנל הסולארי ישירות למהפך (ברז מרכז שנאי) באמצעות אנשי הקשר N / O. כך שהמהפך הופך להיות שמיש דרך הפאנל הסולרי במהלך היום.

הפאנל הסולארי משמש בו זמנית גם לטעינה של הסוללה באמצעות D2 במהלך היום, כך שהיא נטענת במלואה עד שעת החשיכה.

הפאנל הסולרי נבחר כך שהוא לעולם לא מייצר יותר מ 15 וולט אפילו ברמות אור שיא.
ההספק המרבי מממיר זה לא יעלה על 60 וואט.

רשימת חלקים לממיר השמש המוצע עם מעגל מטען המיועד לפרויקטים מדעיים.