سنحاول في هذه المقالة فهم المفهوم الأساسي للعاكس الشمسي وأيضًا كيفية إنشاء دائرة عاكس للطاقة الشمسية بسيطة لكنها قوية.

تتوفر الطاقة الشمسية بكثرة لنا وهي مجانية الاستخدام ، علاوة على أنها مصدر طبيعي غير محدود وغير منتهي للطاقة ، ويمكن الوصول إليه بسهولة من قبلنا جميعًا.

ما هو الأمر الحاسم في محولات الطاقة الشمسية؟

الحقيقة هي أنه لا يوجد شيء حاسم في محولات الطاقة الشمسية. يمكنك استخدام أي ملف دارة العاكس العادية ، قم بتوصيله بلوحة شمسية والحصول على مخرج التيار المتردد المطلوب من العاكس.

بعد قولي هذا ، قد تضطر إلى الاختيار و تكوين المواصفات بشكل صحيح ، وإلا فقد تتعرض لخطر إتلاف العاكس أو التسبب في تحويل طاقة غير فعال.

لماذا العاكس الشمسي

لقد ناقشنا بالفعل كيفية استخدام الألواح الشمسية لتوليد الكهرباء من الطاقة الشمسية أو الطاقة الشمسية ، سنناقش في هذه المقالة ترتيبًا بسيطًا سيمكننا من استخدام الطاقة الشمسية لتشغيل أجهزتنا المنزلية.

لوحة شمسية قادرة على تحويل أشعة الشمس إلى تيار مباشر عند مستويات منخفضة محتملة. على سبيل المثال ، يمكن تحديد لوحة شمسية لتوصيل 36 فولت عند 8 أمبير في ظل الظروف المثلى.

ومع ذلك ، لا يمكننا استخدام هذا الحجم من الطاقة لتشغيل أجهزتنا المنزلية ، لأن هذه الأجهزة يمكن أن تعمل فقط في إمكانات التيار الكهربائي أو عند الفولتية في نطاقات 120 إلى 230 فولت.

علاوة على ذلك ، يجب أن يكون التيار عبارة عن تيار متردد وليس تيار مستمر كما يتم تلقيه عادةً من لوحة شمسية.

لقد صادفنا عددًا من دوائر العاكس تم نشرها في هذه المدونة ودرسنا كيفية عملها.

تُستخدم المحولات لتحويل طاقة البطارية ذات الجهد المنخفض وتصعيدها إلى مستويات التيار المتردد عالية الجهد.

لذلك يمكن استخدام العواكس بشكل فعال لتحويل التيار المستمر من لوحة شمسية إلى مخرجات رئيسية من شأنها أن تعمل بشكل مناسب على تشغيل معداتنا المحلية.

بشكل أساسي في المحولات ، يصبح التحويل من إمكانية منخفضة إلى مستوى عالٍ من التيار الكهربائي أمرًا ممكنًا بسبب التيار العالي الذي يتوفر عادة من مدخلات التيار المستمر مثل البطارية أو الألواح الشمسية. القوة الكلية لا تزال كما هي.

فهم مواصفات الجهد الحالي

على سبيل المثال ، إذا قمنا بتوفير دخل 36 فولت @ 8 أمبير للعاكس وحصلنا على خرج 220 فولت @ 1.2 أمبير ، فهذا يعني أننا قمنا للتو بتعديل طاقة إدخال تبلغ 36 × 8 = 288 واط إلى 220 × 1.2 = 264 واط.

لذلك يمكننا أن نرى أنه ليس سحرًا ، فقط تعديلات على المعلمات المعنية.

إذا كانت اللوحة الشمسية قادرة على توليد ما يكفي من التيار والجهد ، فيمكن استخدام خرجها للتشغيل المباشر للعاكس والأجهزة المنزلية المتصلة وأيضًا لشحن البطارية في نفس الوقت.

يمكن استخدام البطارية المشحونة تشغيل الأحمال عبر العاكس ، خلال أوقات الليل عندما لا توجد طاقة شمسية.

ومع ذلك ، إذا كانت اللوحة الشمسية أصغر حجمًا وغير قادرة على توليد طاقة كافية ، فيمكن استخدامها فقط لشحن البطارية ، وتصبح مفيدة لتشغيل العاكس فقط بعد غروب الشمس.

تشغيل الدائرة

بالإشارة إلى مخطط الدائرة ، يمكننا أن نشهد إعدادًا بسيطًا باستخدام لوحة شمسية وعاكس وبطارية.

الوحدات الثلاث متصلة من خلال أ دائرة منظم الطاقة الشمسية يقوم بتوزيع الطاقة على الوحدات المعنية بعد اللوائح المناسبة للطاقة المستلمة من الألواح الشمسية.

بافتراض أن الجهد هو 36 والتيار 10 أمبير من اللوحة الشمسية ، يتم اختيار العاكس بجهد تشغيل دخل 24 فولت @ 6 أمبير ، مما يوفر طاقة إجمالية تبلغ حوالي 120 واط.

يتم توفير جزء صغير من مضخم الألواح الشمسية الذي يصل إلى حوالي 3 أمبير لشحن بطارية ، من المقرر استخدامها بعد غروب الشمس.

نفترض أيضًا أن الألواح الشمسية مركبة فوق أ تعقب الطاقة الشمسية بحيث تكون قادرة على تلبية المتطلبات المحددة طالما أن الشمس مرئية في السماء.

يتم تطبيق طاقة الإدخال البالغة 36 فولت على مدخلات المنظم التي تقطعها إلى 24 فولت.

يتم تحديد الحمل المتصل بإخراج العاكس بحيث لا يجبر العاكس أكثر من 6 أمبير من اللوحة الشمسية. من 4 أمبير المتبقية ، يتم توفير 2 أمبير للبطارية لشحنها.

لا يتم استخدام 2 أمبير المتبقية من أجل الحفاظ على كفاءة أفضل للنظام بأكمله.

الدوائر هي كل تلك التي تمت مناقشتها بالفعل في مدوناتي ، يمكننا أن نرى كيف يتم تكوينها بذكاء مع بعضها البعض لتنفيذ العمليات المطلوبة.

للحصول على البرنامج التعليمي الكامل ، يرجى الرجوع إلى هذه المقالة: دروس الطاقة الشمسية العاكس

قائمة الأجزاء لقسم شاحن LM338

جميع المقاومات 1/4 وات 5٪ CFR ما لم يحدد.
R1 = 120 أوم
P1 = 10K وعاء (2K يظهر بالخطأ)
R4 = استبدل iit برابط
R3 = 0.6 × 10 / بطارية آه
الترانزستور = BC547 (وليس BC557 ، يتم عرضه عن طريق الخطأ)
منظم IC = LM338
قائمة الأجزاء لقسم العاكس
جميع الأجزاء 1/4 واط ما لم يحدد
R1 = وعاء 100 ألف
R2 = 10 كيلو
R3 = 100 ألف
م 4 ، م 5 = 1 ك
T1، T2 = مسفر IRF540
N1 - N4 = IC 4093

لا يلزم تحديد الأجزاء القليلة المتبقية ويمكن نسخها كما هو موضح في الرسم التخطيطي.

لشحن البطاريات حتى 250 آه

قد تتم ترقية قسم الشاحن في الدائرة أعلاه بشكل مناسب لتمكين شحن بطاريات التيار العالي من 100 هجري إلى 250 أمبير.

بالنسبة بطارية 100Ah يمكنك ببساطة استبدال LM338 بـ LM196 وهو إصدار 10 أمبير من LM338.

خارجي الترانزستور TIP36 تم دمجها بشكل مناسب عبر IC 338 لتسهيل المطلوب ارتفاع الشحن الحالي .

يجب حساب المقاوم الباعث لـ TIP36 بشكل مناسب وإلا فقد ينفجر الترانزستور فقط ، قم بذلك عن طريق طريقة التجربة والخطأ ، ابدأ بـ 1 أوم في البداية ، ثم استمر تدريجياً في تقليله حتى يصبح المقدار المطلوب من التيار ممكنًا عند الإخراج.

العاكس للطاقة الشمسية عالية الطاقة مع شاحن بطارية عالية الحالية

إضافة ميزة PWM

لضمان خرج ثابت 220 فولت أو 120 فولت ، يمكن إضافة تحكم PWM إلى التصاميم المذكورة أعلاه كما هو موضح في الرسم البياني التالي. كما يمكن رؤيته ، فإن البوابة N1 التي تم تكوينها بشكل أساسي كمذبذب 50 أو 60 هرتز ، تم تعزيزها بالثنائيات والوعاء لتمكين خيار دورة العمل المتغيرة.

دائرة العاكس الشمسية التي تسيطر عليها PWM

من خلال ضبط هذا القدر ، يمكننا إجبار المذبذب على إنشاء ترددات بفترات تشغيل / إيقاف مختلفة والتي بدورها ستمكن mosfets لتشغيل وإيقاف بنفس المعدل.

من خلال ضبط توقيت تشغيل / إيقاف mosfet ، يمكننا تغيير الحث الحالي بشكل متناسب في المحول ، مما سيسمح لنا في النهاية بضبط جهد خرج RMS للعاكس.

بمجرد إصلاح الناتج RMS ، سيكون العاكس قادرًا على إنتاج خرج ثابت بغض النظر عن تغيرات الجهد الشمسي ، حتى ينخفض الجهد بالطبع إلى ما دون مواصفات الجهد للملف الأولي للمحول.

العاكس الشمسي باستخدام IC 4047

كما هو موضح سابقًا ، يمكنك إرفاق أي عاكس مرغوب بمنظم شمسي لتنفيذ وظيفة عاكس للطاقة الشمسية بسهولة.

يوضح الرسم البياني التالي مدى بساطة IC 4047 إنفرتر يمكن استخدامه مع نفس منظم الطاقة الشمسية للحصول على 220 فولت تيار متردد أو 120 فولت تيار متردد من الألواح الشمسية.

العاكس الشمسي باستخدام IC 555

وبالمثل ، إذا كنت مهتمًا ببناء عاكس صغير للطاقة الشمسية باستخدام IC 555 ، فيمكنك القيام بذلك جيدًا ، من خلال دمج IC 555 العاكس مع لوحة شمسية للحصول على 220 فولت تيار متردد المطلوب.

العاكس الشمسي باستخدام الترانزستور 2N3055

ال 2N3055 الترانزستورات تحظى بشعبية كبيرة بين جميع المتحمسين للإلكترونيات. ويتيح لك هذا BJT المذهل بناء محولات قوية جدًا بأقل عدد ممكن من الأجزاء.

إذا كنت أحد هؤلاء المتحمسين الذين لديهم عدد قليل من هذه الأجهزة في صندوق البريد غير المرغوب فيه ، وكنت مهتمًا بإنشاء عاكس صغير للطاقة الشمسية باستخدامها ، فيمكن أن يساعدك التصميم البسيط التالي على تحقيق حلمك.

العاكس الشمسي البسيط بدون وحدة تحكم شاحن

بالنسبة للمستخدمين الذين لا يهتمون كثيرًا بتضمين وحدة تحكم الشاحن LM338 ، من أجل البساطة ، يبدو تصميم العاكس الكهروضوئي الأبسط التالي جيدًا.

على الرغم من أن البطارية يمكن رؤيتها بدون منظم ، إلا أن البطارية ستستمر في الشحن على النحو الأمثل ، شريطة أن تحصل اللوحة الشمسية على الكمية الكافية المطلوبة من أشعة الشمس المباشرة.

تشير بساطة التصميم أيضًا إلى حقيقة ذلك بطاريات الرصاص الحمضية ليس من الصعب شحنه بعد كل شيء.

تذكر أن البطارية المفرغة بالكامل (أقل من 11 فولت) قد تتطلب ما لا يقل عن 8 ساعات إلى 10 ساعات من الشحن حتى يمكن تشغيل العاكس للتحويل المطلوب من 12 فولت إلى 220 فولت.

تحويل بسيط للطاقة الشمسية إلى التيار المتردد

إذا كنت تريد أن يتمتع نظام العاكس الشمسي الخاص بك بميزة التحويل التلقائي من الألواح الشمسية إلى التيار المتردد للشبكة الرئيسية ، فيمكنك إضافة تعديل الترحيل التالي إلى إدخال منظم LM338 / LM196:

يجب تصنيف محول 12 فولت ليناسب جهد البطارية ومواصفات آه. على سبيل المثال ، إذا تم تصنيف البطارية على 12 فولت 50 أمبير ، فيمكن تصنيف محول 12 فولت من 15 فولت إلى 20 فولت و 5 أمبير

العاكس الشمسي باستخدام محول باك

في المناقشة أعلاه تعلمنا كيفية صنع عاكس شمسي بسيط مع شاحن بطارية باستخدام دوائر متكاملة خطية مثل LM338 ، LM196 ، والتي تكون رائعة عندما يكون جهد وتيار الألواح الشمسية متطابقين مع متطلبات العاكس.

في مثل هذه الحالات ، تكون القوة الكهربائية للعاكس صغيرة ومقيدة. بالنسبة لأحمال العاكسات ذات القوة الكهربائية الأعلى بشكل ملحوظ ، يجب أن تكون طاقة خرج الألواح الشمسية كبيرة ومتوافقة مع المتطلبات.

في هذا السيناريو ، يجب أن يكون تيار الألواح الشمسية مرتفعًا بشكل ملحوظ. ولكن نظرًا لأن الألواح الشمسية متوفرة بتيار عالٍ ، فإن الجهد المنخفض يجعل العاكس الشمسي عالي القوة بترتيب 200 واط إلى 1 كيلو فولت أمبير لا يبدو ممكنًا بسهولة.

ومع ذلك ، فإن الألواح الشمسية ذات الجهد العالي والتيار المنخفض متاحة بسهولة. ومنذ القوة الكهربائية W = V x I يمكن أن تساهم الألواح الشمسية ذات الفولتية العالية بسهولة في زيادة الألواح الشمسية ذات القوة الكهربائية العالية.

ومع ذلك ، لا يمكن استخدام هذه الألواح الشمسية ذات الجهد العالي في تطبيقات العاكس ذات الجهد الكهربائي المنخفض والواتس العالي ، لأن الفولتية قد لا تكون متوافقة

على سبيل المثال ، إذا كان لدينا لوحة شمسية 60 فولت ، 5 أمبير ، وعاكس 12 فولت 300 واط ، على الرغم من أن تصنيف القوة الكهربائية للطرفين قد يكون متشابهًا ، فلا يمكن توصيلهما بسبب اختلاف الجهد / التيار.

هذا هو المكان محول باك مفيد جدًا ويمكن تطبيقه لتحويل جهد الألواح الشمسية الزائد إلى تيار زائد ، وخفض الجهد الزائد ، وفقًا لمتطلبات العاكس.

صنع دائرة عاكس للطاقة الشمسية بقدرة 300 وات

لنفترض أننا نريد إنشاء دائرة عاكس بقوة 300 وات 12 فولت من لوحة شمسية مصنفة بـ 32 فولت ، 15 أمبير.

لهذا سنحتاج إلى تيار إخراج 300/12 = 25 أمبير من محول باك.

يبدو محول باك البسيط التالي من ti.com فعالًا للغاية في توفير الطاقة المطلوبة لمحول الطاقة الشمسية الخاص بنا بقدرة 300 وات.

نقوم بإصلاح المعلمات المهمة لمحول باك كما هو موضح في الحسابات التالية:

متطلبات التصميم
• جهد لوحة الطاقة الشمسية VI = 32 فولت
• خرج محول باك VO = 12 فولت
• باك المحول الناتج IO = 25 أ
• تردد تشغيل محول باك fOSC = تردد تحويل 20 كيلوهرتز
• VR = 20 ميجا فولت من الذروة إلى الذروة (VRIPPLE)
• ΔIL = 1.5-A التغير الحالي للمحث

د = دورة العمل = VO / VI = 12 V / 32 V = 0.375
f = 20 كيلو هرتز (هدف التصميم)
طن = الوقت (مغلق S1) = (1 / و) × د = 7.8 ميكرو ثانية
toff = الوقت المستقطع (S1 مفتوح) = (1 / f) - طن = 42.2 ميكرو ثانية
لام ≉ (VI - VO) × طن / IL
≉ [(32 فولت - 12 فولت) × 7.8 ميكرو ثانية] /1.5 أمبير
≉ 104 ميكرومتر

هذا يوفر لنا مواصفات محث محول باك. يمكن تحسين SWG السلكي من خلال بعض التجارب والخطأ. يجب أن يكون سلك النحاس المطلي بالمينا ذو 16 SWG جيدًا بما يكفي للتعامل مع تيار 25 أمبير.

حساب مكثف مرشح الإخراج لمحول باك

بعد تحديد محث باك الناتج ، يمكن عمل قيمة مكثف مرشح الإخراج لتتناسب مع مواصفات تموج الإخراج. يمكن تخيل المكثف الإلكتروليتي كعلاقة سلسلة من المحاثة والمقاومة والسعة. لتقديم ترشيح تموج لائق ، يجب أن يكون تردد التموج أقل بكثير من الترددات حيث يصبح الحث التسلسلي حرجًا.

لذلك ، فإن كلا العنصرين الأساسيين هما السعة ومقاومة السلسلة الفعالة (ESR). يتم حساب أعلى ESR تماشيًا مع العلاقة بين جهد التموج المختار من الذروة إلى الذروة وتيار التموج من الذروة إلى الذروة.

ESR = ΔVo (تموج) / ΔIL = V / 1.5 = 0.067 أوم

يتم التعبير عن أقل قيمة سعة C موصى بها للعناية بجهد تموج VO عند أقل من متطلبات التصميم 100 مللي فولت في الحسابات التالية.

C = ΔIL / 8fΔVo = 1.5 / 8 × 20 × 10³× 0.1 فولت = 94 فائق التوهج ، على الرغم من أن أعلى من هذا سيساعد فقط على تحسين استجابة تموج الإخراج لمحول باك.

إعداد ناتج باك لمحول الطاقة الشمسية

لإعداد الإخراج بدقة 12 فولت و 25 أمبير ، نحتاج إلى حساب المقاومات R8 و R9 و R13.

“الفرق بين المستشعر ومحول الطاقة ”

يقرر R8 / R9 جهد الخرج الذي يمكن تعديله عشوائيًا باستخدام 10K لـ R8 ووعاء 10k لـ R9. بعد ذلك ، اضبط وعاء 10K للحصول على جهد الخرج الدقيق للعاكس.

يصبح R13 هو المقاوم الاستشعار الحالي لمحول باك ويضمن أن العاكس لن يتمكن أبدًا من سحب تيار يزيد عن 25 أمبير من اللوحة ، ويتم إيقافه في مثل هذا السيناريو.

تقوم المقاومات R1 و R2 بإنشاء مرجع يبلغ 1 فولت تقريبًا للإدخال العكسي لمضخم التيار الداخلي TL404 الذي يحد من التيار الداخلي. يوفر المقاوم R13 ، المتصل في سلسلة مع الحمل ، 1 فولت إلى الطرف غير العكسي لمضخم الخطأ الحالي المحدد بمجرد أن يمتد تيار العاكس إلى 25 أ. السيطرة على مزيد من تناول التيار. يتم حساب قيمة R13 على النحو الوارد أدناه:

R13 = 1 V / 25 A = 0.04 أوم

القوة الكهربائية = 1 × 25 = 25 واط

بمجرد إنشاء محول باك أعلاه واختباره للتحويل المطلوب لجهد اللوحة الزائد إلى تيار الإخراج الزائد ، فقد حان الوقت لتوصيل أي جودة جيدة انفرتر 300 وات باستخدام محول باك ، بمساعدة مخطط الكتلة التالي:

العاكس / شاحن للطاقة الشمسية لمشروع العلوم

تشرح المقالة التالية أدناه دائرة عاكس شمسية بسيطة للمبتدئين أو طلاب المدارس.

هنا يتم توصيل البطارية مباشرة باللوحة من أجل البساطة ، ونظام ترحيل أوتوماتيكي لتحويل البطارية إلى العاكس في حالة عدم وجود طاقة شمسية.

وقد طلبت الدائرة السيدة سواتي أوجا.

مراحل الدائرة

تتكون الدائرة بشكل أساسي من مرحلتين: أ العاكس البسيط ، والتبديل التلقائي للترحيل.

خلال النهار لفترة طويلة ، يظل ضوء الشمس قويًا بشكل معقول ، ويستخدم جهد اللوحة لشحن البطارية وأيضًا تشغيل العاكس عبر جهات اتصال تغيير التتابع.

يتم ضبط الإعداد المسبق لدائرة التغيير التلقائي بحيث يتم إيقاف تشغيل المرحل المرتبط عندما ينخفض جهد اللوحة عن 13 فولت.

يقوم الإجراء أعلاه بفصل اللوحة الشمسية عن العاكس وتوصيل البطارية المشحونة بالعاكس بحيث تستمر أحمال الإخراج في العمل باستخدام طاقة البطارية.

تشغيل الدائرة:

تشكل المقاومات R1 و R2 و R3 و R4 مع T1 و T2 والمحول قسم العاكس. يتم تطبيق 12 فولت عبر الصنبور المركزي وتبدأ الأرض في تشغيل العاكس على الفور ، ولكننا هنا لا نقوم بتوصيل البطارية مباشرة في هذه النقاط ، بل من خلال مرحلة تبديل التتابع.

يشكل الترانزستور T3 مع المكونات المرتبطة به والمرحل تغيير التتابع على المرحلة يتم الاحتفاظ بـ LDR خارج المنزل أو في موضع يمكنه من خلاله استشعار ضوء النهار.

يتم ضبط الإعداد المسبق P1 بحيث يتوقف T3 عن التوصيل ويقطع التتابع في حالة انخفاض الضوء المحيط عن مستوى معين ، أو ببساطة عندما يقل الجهد عن 13 فولت.

من الواضح أن هذا يحدث عندما يصبح ضوء الشمس ضعيفًا جدًا ولم يعد قادرًا على الحفاظ على مستويات الجهد المحددة.

ومع ذلك ، طالما ظل ضوء الشمس ساطعًا ، يظل التتابع قيد التشغيل ، ويربط جهد اللوحة الشمسية مباشرة بالعاكس (صنبور مركز المحول) عبر جهات اتصال N / O. وبالتالي يصبح العاكس قابلاً للاستخدام من خلال الألواح الشمسية خلال النهار.

تُستخدم اللوحة الشمسية أيضًا في وقت واحد لشحن البطارية عبر D2 خلال النهار بحيث يتم شحنها بالكامل بحلول وقت الغسق.

يتم اختيار الألواح الشمسية بحيث لا تولد أبدًا أكثر من 15 فولت حتى في ذروة مستويات ضوء الشمس.
لن تزيد الطاقة القصوى من هذا العاكس عن 60 واط.

قائمة أجزاء العاكس الشمسي المقترح مع دائرة الشاحن المخصصة للمشاريع العلمية.