كيفية تصميم دائرة العاكس للطاقة الشمسية

عندما يتم تشغيل العاكس DC إلى AC من خلال لوحة شمسية ، فإنه يسمى العاكس الشمسي. يتم استخدام طاقة الألواح الشمسية مباشرة لتشغيل العاكس أو استخدامها لشحن بطارية العاكس. في كلتا الحالتين ، يعمل العاكس دون الاعتماد على طاقة شبكة المرافق الرئيسية.

تصميم أ العاكس الشمسي تتطلب الدائرة بشكل أساسي معلمتين لتكوينهما بشكل صحيح ، وهما دائرة العاكس ومواصفات الألواح الشمسية. يشرح البرنامج التعليمي التالي التفاصيل بدقة.

بناء العاكس الشمسي

إذا كنت مهتمًا ب بناء العاكس الشمسي الخاص بك إذن يجب أن يكون لديك معرفة دقيقة بدوائر العاكس أو المحول وما يتعلق بها كيفية اختيار الألواح الشمسية بشكل صحيح .

هناك خياران يمكنك القيام بهما من هنا: إذا كنت تعتقد أن صنع العاكس أمر معقد للغاية ، في هذه الحالة يمكنك أن تفضل شراء العاكس الجاهز والمتوفر بكثرة اليوم بجميع أنواع الأشكال والأحجام والمواصفات ، ثم تعلم ببساطة فقط حول الألواح الشمسية للتكامل / التثبيت المطلوب.

الخيار الآخر هو تعلم كل من النظراء ثم الاستمتاع ببناء خطوة العاكس الشمسية الخاصة بك بنفسك.

في كلتا الحالتين ، يصبح التعرف على الألواح الشمسية جزءًا مهمًا من الإجراءات ، لذلك دعونا نتعرف أولاً على هذا الجهاز المهم.

مواصفات الألواح الشمسية

الألواح الشمسية ليست سوى شكل من أشكال مزود الطاقة الذي ينتج تيار مستمر نقي .

نظرًا لأن هذا التيار المستمر يعتمد على شدة أشعة الشمس ، فإن الإخراج عادة ما يكون غير متسق ويختلف مع موقع ضوء الشمس والظروف المناخية.

على الرغم من أن الألواح الشمسية هي أيضًا شكل من أشكال الإمداد بالطاقة ، إلا أنها تختلف بشكل كبير عن مصادر الطاقة المنزلية المعتادة باستخدام المحولات أو SMPS. الاختلاف في مواصفات التيار والجهد بين هذين المتغيرين.

تم تصنيف إمدادات الطاقة المنزلية الخاصة بنا لإنتاج كميات أعلى من التيار ، وبجهد كهربائي يناسب تمامًا حمولة أو تطبيقًا معينًا.

على سبيل المثال أ قد يكون شاحن الهاتف المحمول مزودًا بإنتاج 5 فولت عند 1 أمبير لشحن الهاتف الذكي ، هنا 1 أمبير مرتفع بشكل كبير و 5 فولت متوافق تمامًا ، مما يجعل الأشياء فعالة للغاية لاحتياجات التطبيق.

في حين أن الألواح الشمسية قد تكون عكس ذلك تمامًا ، فإنها عادة ما تفتقر إلى التيار ويمكن تصنيفها لإنتاج جهد أعلى بكثير ، وهو ما قد يكون غير مناسب بشكل كبير لأحمال التيار المستمر العامة مثل عاكس البطارية 12 فولت ، وشاحن الهاتف المحمول ، إلخ.

يجعل هذا الجانب من تصميم العاكس الشمسي أمرًا صعبًا بعض الشيء ويتطلب بعض الحسابات والتفكير من أجل الحصول على نظام صحيح وفعال تقنيًا.

اختيار الحق في لوحة الطاقة الشمسية

بالنسبة اختيار اللوحة الشمسية الصحيحة ، الشيء الأساسي الذي يجب مراعاته هو أن متوسط ​​القوة الكهربائية الشمسية يجب ألا يقل عن متوسط ​​استهلاك القوة الكهربائية.

لنفترض أن بطارية 12 فولت يجب شحنها بمعدل 10 أمبير ، ثم يجب تصنيف اللوحة الشمسية لتوفير ما لا يقل عن 12 × 10 = 120 واط في أي لحظة طالما أن هناك قدرًا معقولًا من لمعان الشمس.

نظرًا لأنه من الصعب بشكل عام العثور على الألواح الشمسية ذات الجهد المنخفض والمواصفات الحالية الأعلى ، يتعين علينا المضي قدمًا مع ما يمكن الوصول إليه بسهولة في السوق (مع مواصفات الجهد العالي والتيار المنخفض) ، ثم تقليل الظروف وفقًا لذلك.

على سبيل المثال ، إذا كانت متطلبات التحميل الخاصة بك هي 12 فولت ، 10 أمبير ، ولم تتمكن من الحصول على لوحة شمسية بهذه المواصفات ، فقد تضطر إلى اختيار تطابق غير متوافق مثل لوحة شمسية 48 فولت ، 3 أمبير والتي تبدو ممكنة إلى حد كبير السلطة.

هنا توفر لنا اللوحة ميزة الجهد ، ولكن العيب الحالي.

لذلك ، لا يمكنك توصيل لوحة 48V / 3amp مباشرة بحمل 12 فولت 10 أمبير (مثل بطارية 12 فولت 100 أمبير في الساعة) لأن القيام بذلك سيجبر جهد اللوحة على الانخفاض إلى 12 فولت ، عند 3 أمبير مما يجعل الأشياء غير فعالة للغاية.

قد يعني ذلك دفع ثمن لوحة 48 × 3 = 144 واط وفي المقابل الحصول على خرج 12 × 3 = 36 واط ... هذا ليس جيدًا.

من أجل ضمان الكفاءة المثلى ، سنحتاج إلى استغلال ميزة الجهد للوحة وتحويلها إلى تيار مكافئ لحملنا 'غير المتوافق'.

يمكن القيام بذلك بسهولة باستخدام محول باك.

سوف تحتاج إلى محول باك لصنع محول للطاقة الشمسية

سيعمل محول باك على تحويل ملف إفراط الجهد من لوحتك الشمسية إلى كمية مكافئة من التيار (أمبير) مما يضمن خرج / دخل مثالي = نسبة 1.

هناك بعض الجوانب التي يجب أخذها في الاعتبار. إذا كنت تنوي شحن بطارية ذات جهد كهربي منخفض لاستخدامها لاحقًا مع محول ، فإن محول باك يناسب تطبيقك.

ومع ذلك ، إذا كنت تنوي استخدام العاكس مع إخراج اللوحة الشمسية خلال النهار في وقت واحد أثناء توليد الطاقة ، فلن يكون محول باك ضروريًا ، بل يمكنك توصيل العاكس مباشرة باللوحة. سنناقش كلا الخيارين بشكل منفصل.

بالنسبة للحالة الأولى التي قد تحتاج فيها إلى شحن بطارية لاستخدامها لاحقًا مع العاكس خاصة عندما يكون جهد البطارية أقل بكثير من جهد اللوحة ، فقد يكون محول باك أمرًا ضروريًا.

لقد ناقشت بالفعل عددًا قليلاً من المقالات ذات الصلة بمحول باك ، وقد اشتقت المعادلات النهائية التي يمكن تنفيذها مباشرةً أثناء تصميم أداة تحويل باك لتطبيقات العاكس الشمسي ، يمكنك الاطلاع على المادتين التاليتين للحصول على فهم سهل للمفهوم.

كيف تعمل محولات باك

حساب الجهد ، التيار في محث باك

بعد قراءة المنشورات أعلاه ، ربما تكون قد فهمت تقريبًا كيفية تنفيذ محول باك أثناء تصميم دائرة عاكس للطاقة الشمسية.

إذا لم تكن مرتاحًا للصيغ والحسابات ، فيمكن استخدام النهج العملي التالي للحصول على أفضل ناتج تصميم محول باك للوحة الشمسية الخاصة بك:

أبسط دارة محول باك

يوضح الرسم البياني أعلاه دائرة محول باك بسيطة تعتمد على IC 555.

يمكننا أن نرى وعاءين ، الوعاء العلوي يحسن تردد باك ، والوعاء السفلي يحسن PWM ، يمكن تعديل كلا التعديلين للحصول على استجابة مثالية عبر C.

يشكل الترانزستور BC557 والمقاوم 0.6 أوم محددًا للتيار لحماية TIP127 (ترانزستور المحرك) من التيار الزائد أثناء عملية الضبط ، لاحقًا يمكن تعديل قيمة المقاومة هذه للحصول على مخرجات تيار أعلى جنبًا إلى جنب مع ترانزستور محرك عالي التصنيف.

قد يكون اختيار المحرِّض صعبًا .....

1) قد يكون التردد متعلقًا بـ اداة الحث القطر ، والقطر المنخفض سوف يتطلب تردد أعلى والعكس صحيح ،

2) عدد الدورات سيؤثر على جهد الخرج وأيضًا تيار الخرج وستكون هذه المعلمة مرتبطة بتعديلات PWM.

3) سيحدد سمك السلك الحد الحالي للإخراج ، كل هذه ستحتاج إلى تحسينها ببعض التجارب والخطأ.

كقاعدة عامة ، ابدأ بقطر 1/2 بوصة وعدد لفات مساوية لجهد الإمداد ... استخدم الفريت كقلب ، وبعد ذلك يمكنك بدء عملية التحسين المقترحة أعلاه.

هذا يعتني بمحول باك الذي يمكن استخدامه مع لوحة شمسية ذات جهد أعلى / تيار منخفض معين للحصول على جهد أقل / إخراج تيار أعلى محسّن بشكل مكافئ ، وفقًا لمواصفات الحمل ، بما يلبي المعادلة:

(o / p watt) مقسومًا على (i / p watt) = قريب من 1

إذا كان تحسين محول باك أعلاه يبدو صعبًا ، فمن المحتمل أن تذهب للاختبار التالي PWM الشمسية شاحن باك محول الدائرة اختيار:

هنا يمكن تعديل R8 و R9 لضبط جهد الخرج و R13 لتحسين الإخراج الحالي.

بعد إنشاء محول باك وتكوينه باستخدام لوحة شمسية مناسبة ، يمكن توقع مخرجات محسّنة تمامًا لشحن بطارية معينة.

الآن ، نظرًا لأن المحولات المذكورة أعلاه لا يتم تسهيلها بقطع الشحن الكامل ، فقد تكون هناك حاجة إلى دائرة قطع خارجية قائمة على opamp لتمكين a خاصية الشحن التلقائي بالكامل كما هو مبين أدناه.

إضافة قطع شحن كامل إلى خرج محول باك

• يمكن إضافة دائرة قطع الشحن الكاملة البسيطة الموضحة مع أي من محولات باك لضمان عدم شحن البطارية مطلقًا بمجرد وصولها إلى مستوى الشحن الكامل المحدد.
• سيسمح لك تصميم محول باك أعلاه بالحصول على شحن فعال بشكل معقول ومثالي للبطارية المتصلة.
• على الرغم من أن محول باك هذا سيوفر نتائج جيدة ، إلا أن الكفاءة يمكن أن تتدهور مع غروب الشمس.
• لمعالجة هذا الأمر ، يمكن للمرء أن يفكر في استخدام دائرة شاحن MPPT للحصول على أفضل ناتج من الدائرة الكهربائية.
• لذلك ، يمكن أن تساعد دائرة Buck جنبًا إلى جنب مع دائرة MPPT ذاتية التحسين في إخراج الحد الأقصى من ضوء الشمس المتاح.
• لقد شرحت بالفعل أ منشور له صلة في إحدى مشاركاتي السابقة ، يمكن تطبيق نفس الشيء أثناء تصميم دائرة عاكس للطاقة الشمسية

شمسي العاكس بدون محول باك أو MPPT

في القسم السابق ، تعلمنا تصميم عاكس للطاقة الشمسية باستخدام محول باك لمحولات ذات جهد بطارية أقل من اللوحة والتي من المفترض أن يتم تشغيلها أثناء الليل ، باستخدام نفس البطارية التي تم شحنها خلال النهار.

هذا يعني على العكس من ذلك أنه إذا تمت ترقية جهد البطارية بطريقة أو بأخرى لتتطابق تقريبًا مع جهد اللوحة ، فيمكن تجنب محول باك.

قد يكون هذا صحيحًا أيضًا بالنسبة إلى العاكس الذي قد يتم تشغيله بشكل مباشر خلال النهار ، مما يعني في نفس الوقت أثناء قيام اللوحة بتوليد الكهرباء من ضوء الشمس.

للتشغيل المتزامن في الوقت النهاري ، يمكن تكوين العاكس المصمم بشكل مناسب مباشرة باستخدام لوحة شمسية محسوبة لها المواصفات الصحيحة كما هو موضح أدناه.

مرة أخرى ، يجب أن نتأكد من أن متوسط ​​القوة الكهربائية للوحة أعلى من الحد الأقصى لاستهلاك القوة الكهربائية المطلوبة لحمل العاكس.

لنفترض أن لدينا ملف تم تصنيف العاكس للعمل بقدرة 200 وات ، ثم يجب تصنيف اللوحة عند 250 وات للحصول على استجابة متسقة.

لذلك يمكن أن تكون اللوحة 60 فولت و 5 أمبير مصنفة و يمكن تصنيف العاكس عند حوالي 48 فولت ، 4 أمبير ، كما هو موضح في الرسم البياني التالي:

في هذا العاكس الشمسي ، يمكن رؤية اللوحة متصلة مباشرة بدائرة العاكس ويكون العاكس قادرًا على إنتاج الطاقة المطلوبة طالما أن أشعة الشمس تحدث بشكل مثالي على اللوحة.

سيستمر العاكس في العمل بمعدل إخراج طاقة جيد إلى حد معقول طالما أن اللوحة تنتج جهدًا أعلى من 45 فولت ... أي 60 فولت في الذروة وينخفض ​​إلى 45 فولت على الأرجح خلال فترة ما بعد الظهر.

من دائرة العاكس 48 فولت الموضحة أعلاه ، من الواضح أن تصميم العاكس الشمسي لا يحتاج إلى أن يكون بالغ الأهمية بميزاته ومواصفاته.

يمكنك توصيل أي شكل من أشكال العاكس بأي لوحة شمسية للحصول على النتائج المطلوبة.

إنه يعني أنه يمكنك ذلك حدد أي دائرة العاكس من القائمة ، وقم بتكوينه باستخدام لوحة شمسية تم شراؤها ، وابدأ في جني الكهرباء المجانية حسب الرغبة.

المعلمات الوحيدة الحاسمة ولكن سهلة التنفيذ هي الجهد والمواصفات الحالية للعاكس واللوحة الشمسية والتي يجب ألا تختلف كثيرًا ، كما أوضحنا في مناقشتنا السابقة.

موجة جيبية دائرة العاكس للطاقة الشمسية

تهدف جميع التصميمات التي تمت مناقشتها حتى الآن إلى إنتاج ناتج موجة مربعة ، ولكن بالنسبة لبعض التطبيقات ، قد تكون الموجة المربعة غير مرغوب فيها وقد تتطلب شكل موجة محسّنًا مكافئًا لموجة جيبية ، لمثل هذه المتطلبات يمكن تنفيذ دائرة تغذية PWM كما هو موضح أدناه:

ملاحظة: يتم عرض دبوس SD رقم 5 عن طريق الخطأ متصل بـ Ct ، يرجى التأكد من توصيله بالخط الأرضي وليس بـ Ct.

يمكن دراسة دائرة العاكس الشمسي أعلاه باستخدام الموجة الجيبية PWM بالتفصيل في المقالة بعنوان 1.5 طن تيار متردد دائرة عاكس للطاقة الشمسية

من البرنامج التعليمي أعلاه ، أصبح من الواضح الآن أن تصميم العاكس الشمسي ليس بالأمر الصعب للغاية ويمكن تنفيذه بكفاءة إذا كنت مجهزًا ببعض المعرفة الأساسية للمفاهيم الإلكترونية مثل محولات باك واللوحة الشمسية والمحولات.

يمكن أن تكون نسخة الموجة الجيبية لما سبق رأيت هنا :

لازلت مشوش؟ لا تتردد في استخدام مربع التعليقات للتعبير عن أفكارك القيمة.