Khi bộ biến tần DC sang AC được vận hành thông qua một tấm pin mặt trời, nó được gọi là bộ biến tần năng lượng mặt trời. Nguồn năng lượng mặt trời được sử dụng trực tiếp để vận hành biến tần hoặc được sử dụng để sạc pin biến tần. Trong cả hai trường hợp, biến tần hoạt động mà không phụ thuộc vào nguồn điện lưới chính.

Thiết kế một biến tần năng lượng mặt trời về cơ bản mạch yêu cầu hai thông số được cấu hình chính xác, đó là mạch biến tần và thông số kỹ thuật bảng điều khiển năng lượng mặt trời. Hướng dẫn sau đây giải thích các chi tiết kỹ lưỡng.

Xây dựng một biến tần năng lượng mặt trời

Nếu bạn quan tâm đến xây dựng biến tần năng lượng mặt trời của riêng bạn thì bạn phải có kiến thức kỹ lưỡng về biến tần hoặc mạch chuyển đổi, và liên quan đến cách chọn tấm pin mặt trời đúng cách .

Có hai lựa chọn để bắt đầu từ đây: Nếu bạn nghĩ việc chế tạo một bộ biến tần phức tạp nhiều, trong trường hợp đó, bạn có thể thích mua một bộ biến tần chế tạo sẵn có rất nhiều hiện nay với đủ loại hình dạng, kích thước và thông số kỹ thuật, và sau đó chỉ cần tìm hiểu chỉ về các tấm pin mặt trời để tích hợp / lắp đặt theo yêu cầu.

Tùy chọn khác là tìm hiểu cả hai đối tác và sau đó tận hưởng việc xây dựng bước biến tần năng lượng mặt trời DIY của riêng bạn một cách khôn ngoan.

Trong cả hai trường hợp, tìm hiểu về bảng điều khiển năng lượng mặt trời trở thành một phần quan trọng của quá trình tố tụng, vì vậy trước tiên chúng ta hãy tìm hiểu về thiết bị quan trọng này.

Đặc điểm kỹ thuật bảng điều khiển năng lượng mặt trời

Một tấm pin mặt trời không là gì ngoài một dạng cung cấp điện tạo ra một DC thuần túy .

Vì DC này phụ thuộc vào cường độ của tia nắng mặt trời, đầu ra thường không nhất quán và thay đổi theo vị trí ánh sáng mặt trời và điều kiện khí hậu.

Mặc dù bảng điều khiển năng lượng mặt trời cũng là một dạng cung cấp điện, nó khác biệt đáng kể so với các nguồn cung cấp điện thông thường tại nhà của chúng ta sử dụng máy biến áp hoặc SMPS. Sự khác biệt về thông số dòng điện và điện áp giữa hai biến thể này.

Các bộ nguồn DC tại nhà của chúng tôi được đánh giá là tạo ra lượng dòng điện cao hơn và với điện áp hoàn toàn phù hợp với tải hoặc ứng dụng nhất định.

Ví dụ a bộ sạc di động có thể được trang bị để tạo ra 5V ở 1 amp để sạc điện thoại thông minh , ở đây 1 amp là amply cao và 5V tương thích hoàn hảo, làm cho mọi thứ cực kỳ hiệu quả cho ứng dụng cần.

Trong khi bảng điều khiển năng lượng mặt trời có thể ngược lại, nó thường thiếu dòng điện và có thể được đánh giá là tạo ra điện áp cao hơn nhiều, điều này có thể cực kỳ không phù hợp với các tải DC thông thường như bộ biến tần acquy 12V, bộ sạc di động, v.v.

Khía cạnh này làm cho việc thiết kế một biến tần năng lượng mặt trời hơi khó khăn và đòi hỏi một số tính toán và tư duy để có được một hệ thống đúng kỹ thuật và hiệu quả.

Chọn bảng điều khiển năng lượng mặt trời phù hợp

Đối với chọn bảng điều khiển năng lượng mặt trời phù hợp , điều cơ bản cần xem xét là công suất mặt trời trung bình không được nhỏ hơn mức tiêu thụ công suất tải trung bình.

Giả sử pin 12V cần được sạc ở tốc độ 10amp, thì bảng điều khiển năng lượng mặt trời phải được xếp hạng để cung cấp tối thiểu 12 x 10 = 120 watt bất kỳ lúc nào miễn là có lượng ánh nắng mặt trời chiếu vào hợp lý.

Vì nói chung, rất khó để tìm thấy các tấm pin mặt trời có điện áp thấp hơn và thông số kỹ thuật dòng điện cao hơn, chúng tôi phải tiếp tục với những gì có sẵn trên thị trường (với thông số kỹ thuật điện áp cao, dòng điện thấp), và sau đó điều chỉnh các điều kiện cho phù hợp.

Ví dụ: nếu yêu cầu tải của bạn là 12V, 10 ampe và bạn không thể có được bảng điều khiển năng lượng mặt trời với thông số kỹ thuật này, bạn có thể buộc phải chọn một kết hợp không tương thích như bảng điều khiển năng lượng mặt trời 48V, 3 amp có vẻ khả thi hơn nhiều thâu tóm.

Ở đây bảng điều khiển cung cấp cho chúng ta lợi thế về điện áp, nhưng bất lợi về dòng điện.

Do đó, bạn không thể kết nối trực tiếp bảng điều khiển 48V / 3amp với tải 12V 10 amp (chẳng hạn như pin 12V 100 AH) bởi vì làm điều này sẽ buộc điện áp bảng điều khiển giảm xuống còn 12V, ở mức 3 ampe khiến mọi thứ rất kém hiệu quả.

Nó có nghĩa là trả tiền cho một bảng điều khiển 48 x 3 = 144 watt và đổi lại nhận được đầu ra 12 x 3 = 36 watt ... điều đó không tốt.

Để đảm bảo hiệu quả tối ưu, chúng tôi cần khai thác lợi thế điện áp của bảng điều khiển và chuyển đổi nó thành dòng điện tương đương cho tải 'không tương thích' của chúng tôi.

Điều này có thể được thực hiện rất dễ dàng bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi buck.

Bạn sẽ cần một bộ chuyển đổi Buck để tạo ra một biến tần năng lượng mặt trời

Một bộ chuyển đổi buck sẽ chuyển đổi một cách hiệu quả dư thừa điện áp từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời của bạn thành một lượng dòng điện tương đương (amps) đảm bảo tỷ lệ đầu ra / đầu vào = 1 tối ưu.

Có một số khía cạnh ở đây cần được xem xét. Nếu bạn đang có ý định sạc pin định mức điện áp thấp hơn để sử dụng sau này với bộ chuyển đổi inveter thì một bộ chuyển đổi buck sẽ phù hợp với ứng dụng của bạn.

Tuy nhiên, nếu bạn có ý định sử dụng biến tần với đầu ra của bảng điều khiển năng lượng mặt trời vào ban ngày đồng thời trong khi phát điện, thì một bộ chuyển đổi buck sẽ không cần thiết, thay vào đó bạn có thể kết nối trực tiếp biến tần với bảng điều khiển. Chúng tôi sẽ thảo luận riêng về cả hai tùy chọn này.

Đối với trường hợp đầu tiên, bạn có thể cần sạc pin để sử dụng sau này với biến tần, đặc biệt là khi điện áp pin thấp hơn nhiều so với điện áp bảng điều khiển, thì một bộ chuyển đổi buck có thể là bắt buộc.

Tôi đã thảo luận về một số bài viết liên quan đến bộ chuyển đổi buck và tôi đã rút ra các phương trình cuối cùng có thể được thực hiện trực tiếp trong khi thiết kế bộ chuyển đổi buck cho ứng dụng biến tần năng lượng mặt trời, bạn có thể xem qua hai bài viết sau để dễ hiểu về khái niệm này.

Cách hoạt động của trình chuyển đổi Buck

Tính toán điện áp, dòng điện trong cuộn cảm Buck

Sau khi đọc các bài viết trên, bạn có thể đã hiểu cơ bản về cách triển khai bộ chuyển đổi buck trong khi thiết kế mạch biến tần năng lượng mặt trời.

Nếu bạn không cảm thấy thoải mái với các công thức và tính toán, có thể áp dụng phương pháp thực tế sau đây để có được đầu ra thiết kế bộ chuyển đổi buck thuận lợi nhất cho bảng điều khiển năng lượng mặt trời của bạn:

Mạch chuyển đổi Buck đơn giản nhất

Sơ đồ trên cho thấy một mạch chuyển đổi buck đơn giản dựa trên IC 555.

Chúng ta có thể thấy hai nồi, nồi trên tối ưu hóa tần số buck và nồi dưới tối ưu hóa PWM, cả hai điều chỉnh này đều có thể được tinh chỉnh để nhận được phản hồi tối ưu trên C.

Bóng bán dẫn BC557 và điện trở 0,6 ohm tạo thành bộ giới hạn dòng điện để bảo vệ TIP127 (bóng bán dẫn trình điều khiển) khỏi quá dòng trong quá trình điều chỉnh, sau đó giá trị điện trở này có thể được điều chỉnh để có đầu ra dòng điện cao hơn cùng với bóng bán dẫn điều khiển được đánh giá cao hơn.

Lựa chọn cuộn cảm có thể khó khăn .....

1) Tần suất có thể liên quan đến cuộn cảm đường kính, đường kính thấp hơn sẽ gọi cho tần số cao hơn và ngược lại,

hai) Số lượt sẽ ảnh hưởng đến điện áp đầu ra và cả dòng điện đầu ra và thông số này sẽ liên quan đến các điều chỉnh PWM.

3) Độ dày của dây sẽ xác định giới hạn hiện tại cho đầu ra, tất cả những điều này sẽ cần được tối ưu hóa bằng một số thử nghiệm và sai sót.

Theo quy tắc chung, hãy bắt đầu với đường kính 1/2 inch và số vòng quay bằng với điện áp cung cấp .... sử dụng ferit làm lõi và sau đó, bạn có thể bắt đầu quá trình tối ưu hóa được đề xuất ở trên.

Điều này sẽ chăm sóc bộ chuyển đổi buck có thể được sử dụng với bảng điều khiển năng lượng mặt trời có điện áp cao hơn / dòng điện thấp nhất định để có được đầu ra điện áp thấp hơn / dòng điện cao hơn được tối ưu hóa tương đương, theo thông số kỹ thuật tải, thỏa mãn phương trình:

(o / p watt) chia cho (i / p watt) = Gần bằng 1

Nếu việc tối ưu hóa bộ chuyển đổi buck ở trên có vẻ khó khăn, bạn có thể thực hiện thử nghiệm sau Mạch chuyển đổi buck sạc năng lượng mặt trời PWM Lựa chọn:

Ở đây, R8, R9 có thể được tinh chỉnh để điều chỉnh điện áp đầu ra và R13 để tối ưu hóa đầu ra hiện tại.

Sau khi xây dựng và định cấu hình bộ chuyển đổi buck với một bảng năng lượng mặt trời thích hợp, có thể mong đợi một đầu ra được tối ưu hóa hoàn hảo để sạc một pin nhất định.

Bây giờ, vì các bộ chuyển đổi trên không được tạo điều kiện với việc cắt sạc đầy, nên có thể cần thêm một mạch cắt dựa trên opamp bên ngoài để kích hoạt tính năng sạc hoàn toàn tự động như hình bên dưới.

Thêm phần cắt sạc đầy vào đầu ra Buck Converter

Mạch cắt sạc đầy đơn giản được trình bày có thể được thêm vào với bất kỳ bộ chuyển đổi buck nào để đảm bảo rằng pin không bao giờ được sạc quá mức sau khi đạt đến mức sạc đầy được chỉ định.
Thiết kế bộ chuyển đổi buck ở trên sẽ cho phép bạn sạc hiệu quả và tối ưu hợp lý cho pin được kết nối.
Mặc dù công cụ chuyển đổi buck này sẽ mang lại kết quả tốt, nhưng hiệu quả có thể giảm đi khi mặt trời lặn.
Để giải quyết vấn đề này, người ta có thể nghĩ đến việc sử dụng mạch sạc MPPT để có được đầu ra tối ưu nhất từ mạch buckcircuit.
Vì vậy, mạch Buck kết hợp với mạch MPPT tự tối ưu hóa có thể giúp giảm thiểu tối đa ánh sáng mặt trời có sẵn.
Tôi đã giải thích rồi bài liên quan trong một trong những bài viết trước của tôi, điều tương tự cũng có thể được áp dụng khi thiết kế mạch biến tần năng lượng mặt trời

Hệ mặt trời Biến tần không có Bộ chuyển đổi Buck hoặc MPPT

Trong phần trước, chúng ta đã học cách thiết kế bộ biến tần năng lượng mặt trời sử dụng bộ chuyển đổi buck cho bộ biến tần có định mức điện áp pin thấp hơn bảng điều khiển và được thiết kế để hoạt động vào ban đêm, sử dụng cùng một loại pin được sạc vào ban ngày.

Ngược lại, điều này có nghĩa là nếu điện áp của pin được nâng cấp bằng cách nào đó để phù hợp với điện áp của bảng điều khiển thì có thể tránh được một bộ chuyển đổi buck.

Điều này cũng có thể đúng đối với một biến tần có thể hoạt động TRỰC TIẾP vào ban ngày, nghĩa là đồng thời trong khi bảng điều khiển đang tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời.

Đối với hoạt động đồng thời trong ngày, biến tần được thiết kế phù hợp có thể được cấu hình trực tiếp với một bảng năng lượng mặt trời được tính toán có thông số kỹ thuật chính xác như hình dưới đây.

Một lần nữa, chúng ta phải đảm bảo rằng công suất trung bình của bảng điều khiển cao hơn công suất tiêu thụ yêu cầu tối đa của tải biến tần.

Giả sử chúng ta có một Biến tần được xếp hạng để hoạt động với tải 200 watt , thì bảng điều khiển phải được đánh giá ở 250 watt để có phản ứng nhất quán.

“Nguyên lý làm việc động cơ 3 pha bldc ”

Do đó, bảng điều khiển có thể là loại 60V, 5 amp và biến tần có thể được đánh giá ở khoảng 48V, 4amp , như được minh họa trong sơ đồ sau:

Biến tần năng lượng mặt trời không có Bộ chuyển đổi Buck hoặc MPPT

Trong bộ biến tần năng lượng mặt trời này, bảng điều khiển có thể được gắn trực tiếp với mạch biến tần và bộ biến tần có thể tạo ra công suất cần thiết miễn là các tia nắng mặt trời chiếu tới bảng điều khiển một cách tối ưu.

Biến tần sẽ tiếp tục chạy ở mức công suất đầu ra hợp lý trong thời gian dài miễn là bảng điều khiển tạo ra điện áp trên 45V ...... tức là 60V ở mức cao nhất và xuống 45V có thể là vào buổi chiều.

Từ mạch biến tần 48V được trình bày ở trên, rõ ràng là một thiết kế biến tần năng lượng mặt trời không cần quá quan trọng đến các tính năng và thông số kỹ thuật của nó.

Bạn có thể kết nối bất kỳ dạng biến tần nào với bất kỳ bảng điều khiển năng lượng mặt trời nào để đạt được kết quả cần thiết.

Nó ngụ ý rằng bạn có thể chọn bất kỳ mạch biến tần nào từ danh sách , và định cấu hình nó với một bảng năng lượng mặt trời được mua sắm, và bắt đầu thu được điện miễn phí theo ý muốn.

Các thông số quan trọng duy nhất nhưng dễ thực hiện là điện áp và các thông số kỹ thuật hiện tại của biến tần và bảng điều khiển năng lượng mặt trời không được khác nhau nhiều, như đã giải thích trong phần thảo luận trước đó của chúng tôi.

Mạch biến tần năng lượng mặt trời sóng sin

Tất cả các thiết kế được thảo luận cho đến nay đều nhằm mục đích tạo ra đầu ra sóng vuông, tuy nhiên đối với một số ứng dụng, sóng vuông có thể không mong muốn và có thể yêu cầu một dạng sóng nâng cao tương đương với sóng sin, đối với những yêu cầu như vậy, một mạch nạp PWM có thể được thực hiện như hình minh họa phía dưới:

Lưu ý: Chân SD # 5 được hiển thị nhầm kết nối với Ct, vui lòng đảm bảo kết nối nó với dây nối đất chứ không phải với Ct.

Mạch biến tần năng lượng mặt trời sử dụng sóng sin PWM ở trên có thể được nghiên cứu công phu trong bài báo có tiêu đề Mạch biến tần năng lượng mặt trời AC 1.5 tấn

Từ hướng dẫn trên, rõ ràng là thiết kế một biến tần năng lượng mặt trời xét cho cùng không quá khó và có thể được thực hiện hiệu quả nếu bạn được trang bị một số kiến thức cơ bản về các khái niệm điện tử như bộ chuyển đổi buck, bảng điều khiển năng lượng mặt trời và bộ biến tần.

Phiên bản sinewave ở trên có thể đã thấy ở đây :