Como fazer um circuito inversor solar simples

Neste artigo, tentaremos entender o conceito básico de um inversor solar e também como fazer um circuito inversor solar simples, mas poderoso.

A energia solar está disponível em abundância para nós e é de uso gratuito, além disso, é uma fonte natural de energia ilimitada e interminável, facilmente acessível a todos nós.

O que há de tão crucial nos inversores solares?

O fato é que não há nada crucial sobre os inversores solares. Você pode usar qualquer circuito inversor normal , conecte-o a um painel solar e obtenha a saída DC para AC necessária do inversor.

Dito isso, você pode ter que selecionar e configure as especificações corretamente, caso contrário, você pode correr o risco de danificar seu inversor ou causar uma conversão de energia ineficiente.

Por que Solar Inverter

Já discutimos como usar painéis solares para gerar eletricidade a partir de energia solar ou solar, neste artigo vamos discutir um arranjo simples que nos permitirá usar a energia solar para operar nossos eletrodomésticos.

Um painel solar é capaz de converter os raios solares em corrente contínua em níveis de potencial mais baixos. Por exemplo, um painel solar pode ser especificado para fornecer 36 volts a 8 amperes em condições ideais.

No entanto, não podemos usar esta magnitude de potência para operar nossos eletrodomésticos, porque esses aparelhos podem funcionar apenas em potenciais de rede ou em tensões na faixa de 120 a 230 V.

Além disso, a corrente deve ser AC e não DC como normalmente recebida de um painel solar.

Encontramos uma série de circuitos inversores postado neste blog e estudamos como eles funcionam.

Os inversores são usados ​​para converter e aumentar a energia da bateria de baixa tensão para níveis de alimentação CA de alta tensão.

Portanto, os inversores podem ser usados ​​de forma eficaz para converter a CC de um painel solar em saídas de rede que alimentariam adequadamente nosso equipamento doméstico.

Basicamente, em inversores, a conversão de um baixo potencial para um nível de rede alto intensificado torna-se viável devido à alta corrente que está normalmente disponível nas entradas CC, como uma bateria ou um painel solar. A potência geral permanece a mesma.

Compreendendo as especificações de tensão atual

Por exemplo, se fornecermos uma entrada de 36 volts a 8 amperes a um inversor e obtermos uma saída de 220 V a 1,2 amperes, isso significaria que apenas modificamos uma potência de entrada de 36 × 8 = 288 watts em 220 × 1,2 = 264 watts.

Portanto, podemos ver que não é mágica, apenas modificações dos respectivos parâmetros.

Se o painel solar é capaz de gerar corrente e tensão suficientes, sua saída pode ser usada para operar diretamente um inversor e os eletrodomésticos conectados e também simultaneamente para carregar uma bateria.

A bateria carregada pode ser usada para alimentar as cargas por meio do inversor , durante a noite, quando a energia solar não está presente.

No entanto, se o painel solar for menor em tamanho e incapaz de gerar energia suficiente, ele pode ser usado apenas para carregar a bateria e torna-se útil para operar o inversor somente após o pôr do sol.

Operação de Circuito

Referindo-nos ao diagrama de circuito, podemos testemunhar uma configuração simples usando um painel solar, um inversor e uma bateria.

As três unidades são conectadas por meio de um circuito regulador solar que distribui a energia para as respectivas unidades após os regulamentos apropriados da energia recebida do painel solar.

Supondo que a tensão seja 36 e a corrente seja 10 amperes do painel solar, o inversor é selecionado com uma tensão operacional de entrada de 24 volts @ 6 amperes, fornecendo uma potência total de cerca de 120 watts.

Uma fração da amperagem do painel solar, que equivale a cerca de 3 amperes, é poupada para carregar uma bateria, destinada a ser usada após o pôr do sol.

Também assumimos que o painel solar é montado sobre um rastreador solar de modo que seja capaz de atender aos requisitos especificados, desde que o sol esteja visível no céu.

A potência de entrada de 36 volts é aplicada à entrada de um regulador que reduz para 24 volts.

A carga conectada à saída do inversor é selecionada de forma que não force o inversor mais de 6 amperes do painel solar. Dos 4 amperes restantes, 2 amperes são fornecidos à bateria para carregá-la.

Os 2 amperes restantes não são usados ​​para manter uma melhor eficiência de todo o sistema.

Os circuitos são todos aqueles que já foram discutidos em meus blogs, podemos ver como eles são configurados de forma inteligente entre si para implementar as operações necessárias.

Para o tutorial completo, consulte este artigo: Tutorial do inversor solar

Lista de peças para a seção do carregador LM338

• Todos os resistores são 1/4 watt 5% CFR, a menos que especificado.
• R1 = 120 ohms
• P1 = pote de 10K (2K é mostrado de forma errada)
• R4 = substituir iit por um link
• R3 = 0,6 x 10 / Bateria AH
• Transistor = BC547 (não BC557, é mostrado erroneamente)
• Regulador IC = LM338
• Lista de peças para a seção do inversor
• Todas as peças são 1/4 watt, a menos que especificado
• R1 = pote de 100k
• R2 = 10K
• R3 = 100K
• R4, R5 = 1K
• T1, T2 = mosfer IRF540
• N1 --- N4 = IC 4093

As poucas partes restantes não precisam ser especificadas e podem ser copiadas conforme mostrado no diagrama.

Para carregar baterias de até 250 Ah

A seção do carregador no circuito acima pode ser adequadamente atualizada para permitir o carregamento de baterias de alta corrente na ordem de 100 AH a 250 Ah.

Pra Bateria de 100 ah você pode simplesmente substituir o LM338 por LM196 que é uma versão de 10 amp do LM338.

Um motor de popa transistor TIP36 está devidamente integrado em todo o IC 338 para facilitar o necessário carga de alta corrente .

O resistor do emissor do TIP36 deve ser calculado apropriadamente, caso contrário o transistor pode simplesmente explodir, faça isso pelo método de tentativa e erro, comece com 1 ohm inicialmente, então vá reduzindo gradualmente até que a quantidade necessária de corrente se torne alcançável na saída.

Adicionando um Recurso PWM

Para garantir uma saída fixa de 220 V ou 120 V, um controle PWM pode ser adicionado aos projetos acima, conforme mostrado no diagrama a seguir. Como pode ser visto, a porta N1 que é basicamente configurada como um oscilador de 50 ou 60 Hz, é aprimorada com diodos e um potenciômetro para habilitar uma opção de ciclo de trabalho variável.

Ajustando este potenciômetro, podemos forçar o oscilador a criar frequências com diferentes períodos ON / OFF que, por sua vez, habilitarão o mosfets para ligar e desligar com a mesma taxa.

Ajustando o tempo de ativação / desativação do mosfet, podemos variar proporcionalmente a indução de corrente no transformador, o que nos permitirá ajustar a tensão RMS de saída do inversor.

Uma vez que a saída RMS seja fixada, o inversor será capaz de produzir uma saída constante independentemente das variações da tensão solar, até que a tensão caia abaixo da especificação de tensão do enrolamento primário do transformador.

Inversor Solar Usando IC 4047

Conforme descrito anteriormente, você pode conectar qualquer inversor desejado com um regulador solar para implementar uma função de inversor solar fácil.

O diagrama a seguir mostra como um simples Inversor IC 4047 pode ser usado com o mesmo regulador solar para obter 220 V AC ou 120 V AC do painel solar.

Inversor Solar usando IC 555

Da mesma forma, se você estiver interessado em construir um pequeno inversor solar usando IC 555, você pode muito bem fazer isso, integrando um Inversor IC 555 com painel solar para obter os 220 V CA necessários.

Inversor solar usando transistor 2N3055

O 2N3055 transistores são muito populares entre todos os entusiastas de eletrônicos. E este incrível BJT permite que você construa inversores muito poderosos com um número mínimo de peças.

Se você é um daqueles entusiastas que tem alguns desses dispositivos em sua caixa de lixo e está interessado em criar um pequeno inversor solar bacana usando-os, o design simples a seguir pode ajudá-lo a realizar seu sonho.

Inversor solar simples sem controlador de carregador

Para usuários que não estão muito interessados ​​em incluir o controlador de carregador LM338, para simplificar, o seguinte design de inversor PV mais simples parece bom.

Mesmo que a bateria possa ser vista sem um regulador, a bateria ainda será carregada de maneira ideal, desde que o painel solar receba a quantidade adequada de luz solar direta necessária.

A simplicidade do design também indica o fato de que baterias de chumbo-ácido afinal, não são tão difíceis de carregar.

Lembre-se de que uma bateria totalmente descarregada (abaixo de 11 V) pode exigir pelo menos 8 horas a 10 horas de carregamento até que o inversor possa ser LIGADO para a conversão necessária de 12 V para 220 V CA.

Mudança simples de solar para AC principal

Se você deseja que seu sistema de inversor solar tenha a facilidade de uma mudança automática de painel solar para rede elétrica CA, você pode adicionar a seguinte modificação de relé à entrada do regulador LM338 / LM196:

O adaptador de 12 V deve ser avaliado de acordo com a tensão da bateria e as especificações Ah. Por exemplo, se a bateria é classificada em 12 V 50 Ah, então o adaptador de 12 V pode ser classificado em 15 V a 20 V e 5 amperes

Inversor solar usando conversor Buck

Na discussão acima, aprendemos como fazer um inversor solar simples com carregador de bateria usando ICs lineares como LM338, LM196 , que são excelentes quando a tensão e a corrente do painel solar são as mesmas que os requisitos do inversor.

Nesses casos, a potência do inversor é pequena e restrita. Para cargas de inversores com potência significativamente maior, a potência de saída do painel solar também precisará ser grande e compatível com os requisitos.

Nesse cenário, a corrente do painel solar precisará ser significativamente alta. Mas, uma vez que os painéis solares estão disponíveis com alta corrente, baixa voltagem tornando o inversor solar de alta potência na ordem de 200 watts a 1 kva não parece facilmente viável.

No entanto, painéis solares de alta tensão e baixa corrente estão facilmente disponíveis. E uma vez que a potência é W = V x I , os painéis solares com voltagens mais altas podem contribuir facilmente para um painel solar de voltagem mais alta.

Dito isso, esses painéis solares de alta tensão não podem ser usados ​​para aplicações de inversores de baixa tensão e alta potência, uma vez que as tensões podem não ser compatíveis.

Por exemplo, se tivermos um painel solar de 60 V, 5 Amp e um inversor de 12 V 300 watts, embora a potência nominal das duas contrapartes possa ser semelhante, eles não podem ser conectados devido às diferenças de tensão / corrente.

É aqui que um conversor de dinheiro é muito útil e pode ser aplicado para converter o excesso de tensão do painel solar em excesso de corrente e diminuir o excesso de tensão, de acordo com os requisitos do inversor.

Fazendo um circuito inversor solar de 300 watts

Digamos que desejamos fazer um circuito inversor de 12 V de 300 watts a partir de um painel solar classificado com 32 V, 15 Amps.

Para isso, precisaremos de uma corrente de saída de 300/12 = 25 Amps do conversor Buck.

O seguinte conversor de dólar simples da ti.com parece extremamente eficiente no fornecimento da energia necessária para nosso inversor solar de 300 watts.

Fixamos os parâmetros importantes do conversor buck conforme dados nos seguintes cálculos:

Requisitos de concepção
• Tensão do painel solar VI = 32 V
• Saída do conversor Buck VO = 12 V
• Saída do conversor Buck IO = 25 A
• Freqüência de operação do conversor Buck fOSC = freqüência de comutação de 20 kHz
• VR = 20 mV pico a pico (VRIPPLE)
• ΔIL = mudança de corrente do indutor 1,5-A

• d = ciclo de trabalho = VO / VI = 12 V / 32 V = 0,375
• f = 20 kHz (objetivo do projeto)
• ton = tempo ligado (S1 fechado) = (1 / f) × d = 7,8 μs
• toff = tempo desligado (S1 aberto) = (1 / f) - ton = 42,2 μs
• L ≉ (VI - VO) × ton / ΔIL
• ≉ [(32 V - 12 V) × 7,8 μs] / 1,5 A
• ≉ 104 μH

Isso nos fornece as especificações do indutor do conversor Buck. O fio SWG pode ser otimizado por meio de algumas tentativas e erros. Um fio de cobre superesmaltado 16 SWG deve ser bom o suficiente para lidar com corrente de 25 Amps.

Calculando o Capacitor do Filtro de Saída para o Conversor Buck

Depois que o indutor de buck de saída é determinado, o valor do capacitor do filtro de saída pode ser calculado para corresponder às especificações de ondulação de saída. Um capacitor eletrolítico pode ser imaginado como uma relação em série de uma indutância, uma resistência e uma capacitância. Para oferecer filtragem de ondulação decente, a frequência de ondulação deve ser muito mais baixa do que as frequências em que a indutância em série se torna crítica.

Portanto, ambos os elementos cruciais são a capacitância e a resistência efetiva em série (ESR). O ESR mais alto é calculado em linha com a relação entre a tensão de ondulação pico a pico escolhida e a corrente de ondulação pico a pico.

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

O valor de capacitância C mais baixo recomendado para cuidar da tensão de ondulação de VO abaixo do requisito de projeto de 100 mV é expresso nos cálculos a seguir.

C = ΔIL / 8fΔVo = 1,5 / 8 x 20 x 10³x 0,1 V = 94 uF , embora maior do que isso só ajudará a melhorar a resposta de ondulação de saída do conversor Buck.

Configurando a Saída Buck para o Inversor Solar

Para configurar com precisão a saída de 12 V, 25 Amps, precisamos calcular os resistores R8, R9 e R13.

R8 / R9 decide a tensão de saída que pode ser ajustada aleatoriamente usando um 10K para R8 e um potenciômetro de 10k para R9. Em seguida, ajuste o potenciômetro de 10K para obter a tensão de saída exata para o inversor.

R13 torna-se o resistor de detecção de corrente para o conversor Buck e garante que o inversor nunca seja capaz de extrair mais de 25 Amp de corrente do painel e seja desligado em tal cenário.

Os resistores R1 e R2 estabelecem a referência de aproximadamente 1 V para a entrada inversora do amplificador operacional de limitação de corrente interno TL404. O resistor R13, que é conectado em série com a carga, fornece 1 V ao terminal não inversor do amplificador operacional de erro de limitação de corrente assim que a corrente do inversor se estende a 25 A. O PWM para os BJTs, portanto, é restrito apropriadamente a controlar a ingestão adicional de corrente. O valor R13 é calculado conforme indicado em:

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

Potência = 1 x 25 = 25 watts

Uma vez que o conversor Buck acima é construído e testado para a conversão necessária de excesso de tensão do painel em excesso de corrente de saída, é hora de conectar qualquer produto de boa qualidade Inversor de 300 watts com o conversor de Buck, com a ajuda do seguinte diagrama de blocos:

Inversor / carregador solar para projeto de ciências

O próximo artigo abaixo explica um circuito inversor solar simples para iniciantes ou estudantes.

Aqui, a bateria é conectada diretamente ao painel, para simplificar, e um sistema de relé de comutação automática para comutar a bateria para o inversor na ausência de energia solar.

O circuito foi solicitado pela Sra. Swati Ojha.

As etapas do circuito

O circuito consiste principalmente em dois estágios a saber: a inversor simples , e a comutação automática do relé.

Durante o dia, por tanto tempo, a luz do sol permanece razoavelmente forte, a tensão do painel é usada para carregar a bateria e também para alimentando o inversor através dos contatos de comutação do relé.

A predefinição do circuito de comutação automática é definida de forma que o relé associado desarme quando a tensão do painel cair abaixo de 13 volts.

A ação acima desconecta o painel solar do inversor e conecta a bateria carregada com o inversor para que as cargas de saída continuem a funcionar usando a energia da bateria.

Operação do circuito:

Os resistores R1, R2, R3, R4 junto com T1, T2 e o transformador formam a seção do inversor. 12 volts aplicados através da derivação central e o aterramento inicia o inversor imediatamente, porém aqui não conectamos a bateria diretamente nestes pontos, mas sim através de um estágio de troca de relé.

O transistor T3 com os componentes associados e o relé formam o estágio de mudança do relé. O LDR é mantido fora de casa ou em uma posição onde possa detectar a luz do dia.

O pré-ajuste P1 é ajustado de forma que T3 simplesmente pare de conduzir e desligue o relé caso a luz ambiente caia abaixo de um certo nível, ou simplesmente quando a tensão cai abaixo de 13 volts.

Isso obviamente acontece quando a luz do sol se torna muito fraca e não é mais capaz de sustentar os níveis de voltagem especificados.

No entanto, enquanto a luz do sol permanecer brilhante, o relé permanece acionado, conectando a tensão do painel solar diretamente ao inversor (derivação central do transformador) através dos contatos N / O. Assim, o inversor torna-se utilizável através do painel solar durante o dia.

O painel solar também é usado simultaneamente para carregar a bateria via D2 durante o dia, para que ela seja totalmente carregada ao anoitecer.

O painel solar é selecionado de forma que nunca gere mais de 15 volts, mesmo em níveis máximos de luz solar.
A potência máxima deste inversor não será superior a 60 watts.

Lista de peças para o inversor solar proposto com circuito carregador destinado a projetos científicos.

• R1, R2 = 100 OHMS, 5 WATTS
• R3, R4 = 15 OHMS, 5 WATTS
• T1, T2 = 2N3055, MONTADO NO HEATSINK ADEQUADO
• TRANSFORMER = 9-0-9V, 3 A 10 AMPS
• R5 = 10K
• R6 = 0,1 OHMS 1 WATT
• P1 = 100K PRESET LINEAR
• D1, D2 = 6A4
• D3 = 1N4148
• T3 = BC547
• C1 = 100uF / 25V
• RELAY = 9V, SPDT
• LDR = QUALQUER TIPO PADRÃO
• PAINEL SOLAR = CIRCUITO ABERTO DE 17 VOLTS, CORRENTE DE CURTO CIRCUITO DE 5 APS.
• BATERIA = 12 V, 25 Ah