Повышающий преобразователь для солнечной панели

Какие есть инверторы для солнечных батарей и как выбрать?

Если вы решили организовать в своём доме питание электроприборов от гелиосистемы, мало просто купить и установить солнечные батареи. В гелиосистеме ещё есть несколько ключевых элементов, без которых невозможна её нормальное функционирование. Одним из таких элементов является инвертор солнечных батарей. Это устройство требуется для того, чтобы преобразовывать постоянный ток (его вырабатывает солнечная батарея) в переменный, который используется для питания электроприборов. Если инвертора не будет, то обеспечить питанием приборы вы не сможете. От тока батареи они питаться не могут. То есть, это устройство выступает в роли буфера-преобразователя между бытовой сетью и гелиосистемой. Мощность современных инверторов лежит в диапазоне 250─8000 ватт. Модели с высокой мощностью могут быть объединены в инверторные батареи с помощью параллельной коммутации. Это делается для того, чтобы увеличить выходную мощность в несколько раз. Инверторы также могут быть использованы для создания трёхфазной сети.

Принцип работы инвертора солнечных батарей

Основное назначение инвертора в гелиосистеме – это преобразование постоянного тока от солнечной батареи в переменный напряжением 220 В. Такой ток уже потребляют бытовые электроприборы. Без инвертора выработка тока теряет смысл. Если только вы не собираетесь заряжать постоянным током какие-нибудь аккумуляторы от солнечных батарей. Есть несколько видов солнечных инверторов, которые имеют разное назначение и характеристики.

Инвертор для солнечных батарей

В случае автономных инверторов важное значение имеет пиковый скачок напряжения. Это объясняется тем, что ряд бытовых приборов при включении вызывают скачок напряжения. Если потребляемая мощность во время этого скачка будет близка к пиковому значению, инвертор может выйти из строя. Все эти моменты следует учитывать при покупке.

Инверторы синхронного типа умеют накапливать электрическую энергию в батареях. Устройства подобного типа при работе в связке с солнечными батареями отправляют излишки энергии в общую электрическую сеть. А если не хватит энергии от солнечных батарей для приборов у вас дома, то нехватку инвертор предоставит из общей сети. Это очень удобно, поскольку в этом случае у вас не будет перебоев с энергоснабжением. Даже если не будет напряжения в электросети, всегда будет готов к работе аккумулятор для солнечных батарей.

Автономный инвертор для солнечных батарей

Виды инверторов и их особенности

Преобразователи тока для солнечных батарей можно классифицировать по форме сигнала напряжения на выходе. Так, различают:

• С синусоидальным сигналом;
• С прямоугольным;
• С псевдосинусоидальным.

C прямоугольным сигналом

Наиболее доступные по цене устройства. Специалисты рекомендуют использовать их только для питания различных осветительных приборов. Такие инверторы не способны защитить приборы от перепадов напряжения. Кроме того, большинство бытовых приборов не может функционировать от сигнала прямоугольной формы.
Вернуться к содержанию

Синусоидальный сигнал

Такие преобразователи выдают электрический ток отличного качества с чистой синусоидой. Он значительно лучше того, что идёт из розетки. Минус здесь только один – цена. Специалисты рекомендуют подключать от таких инверторов холодильники, котлы, насосы, кондиционеры. Такие модели смогут защитить чувствительные приборы от скачков напряжения.

Псевдосинусоидальный сигнал

Эти преобразователи являются компромиссом двух предыдущих типов. От них можно подключать практически все приборы и стоят дешевле синусоидальных. Однако для питания чувствительных устройств их лучше не использовать, поскольку форма выходного сигнала является несовершенной. Поэтому могут наблюдаться некоторые шумы и помехи в работе электрооборудования.

Что учесть при выборе преобразователя тока?

При покупке инвертора для солнечных батарей не следует зацикливаться лишь на форме выходного сигнала. Нужно учесть ещё множество параметров, чтобы обеспечить полноценную работу устройства и всей системы. Эти параметры указаны ниже.

• Напряжение на входе. Нужно обязательно согласовывать напряжение и мощность инвертора. Тогда в соединительных проводах не будет больших потерь и преобразователь не будет работать на пределе своих возможностей. Специалисты рекомендуют использовать следующие связки напряжение-мощность: 12 вольт и 600 ватт, 24 и 600─1500, 48 и больше 1500;
• Мощность на выходе. В идеальном случае номинал выходной мощности инвертора равен суммарной мощности потребителей. В реальности номинал преобразователя для солнечных батарей берут из расчёта самой мощной нагрузки в сети. В бытовых электроприборах может возникать пусковой ток, существенно превышающий номинал преобразователи. Лучше всего выбирать инвертор, исходя из пиковых значений мощностей. Если на приборе и в руководстве к нему не указывается пиковая мощность, то номинальная, скорее всего, и является таковой;
• Виды защиты. Качественные модели преобразователей тока для солнечных батарей должны оснащаться сразу несколькими схемами защиты. Это могут быть такие системы, принудительное охлаждение, защита от низкого и высокого напряжения аккумулятора, а также от короткого замыкания. В качественных инверторах также ставится защитный контур от перегрузки на выходе устройства.
• Рабочая температура. Это важный момент, если вы собираетесь установить инвертор в неотапливаемой комнате или постройке. Интервал рабочих температур указывается в спецификации. Если интервал широкий, то практически всегда это свидетельствует о качестве продукта;
• Вес. Большая масса косвенно свидетельствует о качестве инвертора. Объясняется это наличием в них тяжёлого трансформатора. В преобразователях тока для солнечных батарей низкого качества применяется схема без трансформатора. Поэтому они значительно легче и легко ломаются при прохождении высокого пускового тока. Согласно практическим наблюдениям, на один килограмм веса должно быть примерно 100 ватт мощности на выходе. Например, преобразователь тока с выходной мощностью должен иметь массу около 10 килограмм;
• Дежурный режим. Аппарат должен имеет дежурный режим или режим ожидания. С помощью этой функции можно серьёзно экономить заряд аккумуляторов. После того как отключается нагрузка, инвертор переходит в «дежурный режим». Мощность расходуется только на поддержание работоспособности. В этом режиме мощность потребления должна быть около 1 процента от номинала. Есть преобразователи для солнечных батарей, где этот режим можно включать и отключать вручную;
• КПД. Этот параметр имеет важное значение. Выбирайте модели с КПД не менее 90 процентов. Преобразователь с КПД менее 90% теряет 1/10 часть солнечной энергии, а это недопустимые потери для гелиосистемы.

Подключение инвертора к солнечной батарее

Когда будете собирать гелиосистему и подключать инвертор, важно обратить внимание на некоторые моменты. Проводные соединения для постоянного тока от батарей должны иметь небольшую длину и большую толщину. То есть, лучше расположить инвертор как можно ближе к солнечной батарее, а потом можно наращивать провода от него уже с переменным напряжением 220 вольт. По длине провода от солнечной батареи к преобразователю не должны быть длиннее трёх метров.

Схема подключения инвертора к солнечной батарее

Кроме того, при подключении инвертора в гелиосистему нужно брать в расчёт форму выходного сигнала. Бытовые электроприборы в основной массе работают с сигналом в виде модифицированного синуса.

Но есть и «капризные» потребители тока. К примеру, непрерывно работающие насосы, импульсные БП от бытовой электроники, газовые и электрические котлы и др. Эти устройства нуждаются в чистом синусоидальном сигнале. Иначе им грозит выход из строя. Для них нежелателен псевдосинусоидальный сигнал. А также лучше не экономить на инверторе, если к нему подключена дорогая звуковая или видеоаппаратура.

Примеры моделей разных производителей

Далее приводится список нескольких компаний, которые занимаются поставками инверторов для солнечных батарей на российский рынок.

• TBS Electronics. Этот голландский производитель занимается производством исключительно синусоидальных инверторов под маркой Poversine. В продуктовой линейке компании есть преобразователи небольшой мощности (175─600 ватт). Их цена составляет от 10 до 25 тысяч рублей. Есть группа более мощных (850─3500 ватт), цена которых 35─80 тысяч рублей;
• Этот китайский производитель выпускает широкий модельный ряд инверторов. Среди их особенностей можно отметить возможность наблюдения за работой преобразователя GoodWE с использованием смартфона или планшетного ПК. Для этого потребуется только установить в ОС Андроид специальную программу. Как и все китайские производители, GoodWE предлагает привлекательные цены. К примеру, модели инверторов мощностью 20 кВт стоят около 5 тысяч «вечнозелёных»;
• Schneider Electric. Компания выпускает модели инверторов для солнечных батарей под брендом Conext. Как заявляет производитель, их модели не просто преобразуют ток, а ещё и увеличивают эффективность солнечных батарей, работающих на крышах и фасадах зданий. КПД преобразователей Conext составляет примерно 97─98 процентов. Цены на продукцию Schneider Electric находятся в интервале от 90 до 330 тысяч рублей;
• МАП «Энергия». Отечественный производитель выпускает преобразователи тока для солнечных батарей мощностью 800─1200 кВт. Цены здесь тоже немаленькие. Так, модель МАП SIN с чистым синусоидальным выходным сигналом стоит от 25 до 135 тысяч рублей, МАП HYBRID от 30 до 170. Выпускаются также трёхфазные устройства. Например, МАП HYBRID. Продукты МАП «Энергия» оснащаются зарядными устройствами большой мощности для зарядки аккумуляторов.

Источник

Повышающий преобразователь с MPPT контролером заряда для солнечных батарей

Устройство представляет собой простой повышающий преобразователь и ограничитель напряжения, который заряжает аккумуляторы напряжением 12В от солнечной панели напряжением 6В. Устройство также имеет функцию MPPT (Отслеживание точки максимальной мощности). Когда мы думаем о MPPT, то обычно вспоминаем про микроконтроллеры и сложные вычислительные алгоритмы мощности. Однако такие алгоритмы на самом деле не нужны.

В статье представлены два схематических решения. Первая схема просто иллюстрирует повышающий импульсный преобразователь, в то время как вторая демонстрирует самодельную рабочую схему устройства. Она рекомендуется для более продвинутых экспериментаторов, которые имеют в своем распоряжении осциллограф. Схема может также представлять интерес для студентов и тех, кто просто хочет расширить свои знания в электронике.

Схемы топологии повышающего преобразователя и схема самодельного солнечного преобразователя

Теоретические сведения о повышающем преобразователе

На схеме топологии повышающего преобразователя катушка L1 заряжается, когда транзистор Q1 открыт. Когда транзистор Q1 закрыт, катушка L1 разряжается на батарею через стабилитрон D1. Выполнение данной операции в течение нескольких тысяч раз в секунду в результате приведет к существенному выходному току. Этот процесс также называется индуктивным разрядом. Для его функционирования необходимо, чтобы входное напряжение было ниже выходного. Также при наличии солнечной панели необходимо использовать элемент хранения энергии – конденсатор (C1), который позволит солнечной панели непрерывно выдавать на выход ток между циклами.

Описание принципиальной схемы повышающего преобразователя

Схема состоит из трех основных блоков, включая генератор стробирующих импульсов на базе 555 МОП-интегральной схемы, 555 ШИМ модулятор и операционный усилитель с ограничителем напряжения. 555 серия с каскадным выходом может обеспечить ток около 200мА и позволяет создать отличный маломощный генератор импульсов. 555 ШИМ модулятор является классической генераторной схемой на базе 555 серии. Для регулировки времени разряда конденсатора C3 (время заряда катушки), на вывод 5 подается напряжение величиной 5В.

Ограничение напряжения

Операционный усилитель U1A вычисляет сигнал напряжения батареи, когда разделенное установленное значение напряжения сравнивается с эталонным напряжением величиной 5В. Когда напряжение превышает установленное значение, выход переключается в отрицательном направлении, снижая, таким образом, частоту импульсов ШИМ генератора и ограничивая любой последующий заряд. Это эффективно предотвращает перезаряд.

Питание схемы от солнечной панели

Для предотвращения ненужного разряда батареи, когда солнце не светит, все цепи запитываются через солнечную панель, за исключением делителя напряжения с обратной связью, который потребляет около 280мкА.

MOSFET логического уровня

Поскольку схема должна работать при низких уровнях напряжения (данная схема работает от входного напряжения не ниже 4В), необходимо установить MOSFET логического уровня. Он будет открываться при напряжении 4.5В. Для этой цели я использовал мощный МОП-транзистор MTP3055.

Фиксация напряжения с помощью стабилитрона D2

В этой схеме НЕЛЬЗЯ ОТСОЕДИНЯТЬ батарею, в противном случае MOSFET-транзистор сгорит. Поэтому для его защиты я установил стабилитрон D2 напряжением 24В. Без этого стабилитрона у меня самого сгорело много МОП-транзисторов.

функцияMPPT

Когда напряжение / ток солнечной панели увеличивается, ШИМ генератор повышает частоту импульсов, что в свою очередь приводит к увеличению выходного тока. В то же время, дополнительное напряжение прилагается к катушке, увеличивая, таким образом, ее зарядный ток. В результате повышающий преобразователь действительно «прилагает большие усилия» при повышении напряжения или «ослабевает», когда напряжение снижается. Для максимальной передачи энергии при ярком солнечном свете выполняется регулировка потенциометра R8 так, чтобы зарядный ток батареи был максимальным – это и будет точка максимальной мощности. Если схема работает правильно, то будет наблюдаться очень плоский пик при вращении R2. Диод D3 выполняет автоматическую MPPT регулировку более точно посредством вычитания фиксированного напряжения из разницы напряжения между батареей и средним напряжением через конденсатор C3. В условиях низкого освещения вы обнаружите, что резистор R3 не является оптимальным, однако он не будет полностью исключен из цепочки. Заметьте, что интеллектуальные MPPT контроллеры также могут лучше работать при полном диапазоне, однако это улучшение крайне малоэффективно.

Номиналы компонентов

Схема настроена на напряжение 9В, солнечная панель на мощность 3Вт. Повышающие преобразователи весьма привередливы и не будут работать в широком диапазоне условий – если ваша система использует другие пределы номинальной мощности для солнечной панели, тогда ждите проблемы. Единственные компоненты, которые требуют настройки, катушка L1 и конденсатор C3. Я был удивлен, что частота повторений оказалась очень низкой (около 2кГц). Я начал с катушки индуктивностью 100мкГ, однако схема работает лучше при индуктивности 390мкГ – первоначально я хотел получить около 20кГц. Для наилучшей работы выполняйте заряд катушки от 5 до 10 раз по отношению к току солнечной панели, затем обеспечьте продолжительный период времени (3X), чтобы катушка могла полностью разрядиться. Это обеспечит приемлемую работу, когда напряжение источника питания будет близко к напряжению батареи. Заметьте, что низкоомные катушки обеспечивают наилучшую эффективность. Наибольшая потеря действительно происходит в диоде Шотки, и наименьшая потеря это то, для чего эти диоды предназначены.

Работа при высокой частоте обычно предпочтительна. Это позволит минимизировать размер катушки. Однако для эксперимента, используйте катушку, которая будет работать лучше всего.

Предлагаемые компоненты указаны на схеме. Естественно, зарядное устройство можно приспособить в соответствии со своими требованиями.

Источник