Солнечная батарея из диодов и транзисторов
В хозяйстве радиоконструктора всегда найдутся старые диоды и транзисторы от ставших ненужными радиоприемников и телевизоров. В умелых руках это — богатство, которому можно найти дельное применение. Например, сделать солнечную батарею своими руками для питания в походных условиях транзисторного радиоприемника. Как известно, при освещении светом полупроводник становится источником электрического тока — фотоэлементом. Этим свойством мы и воспользуемся.
Сила тока и электродвижущая сила такого фотоэлемента зависят от материала полупроводника, величины его поверхности и освещенности. Но чтобы превратить диод или транзистор в фотоэлемент, нужно добраться до полупроводникового кристалла, а, говоря точнее, его нужно вскрыть.
Как это сделать, расскажем чуть позже, а пока загляните в таблицу, где приведены параметры самодельных фотоэлементов. Все значения получены при освещении лампой мощностью 60 Вт на расстоянии 170 мм , что примерно соответствует интенсивности солнечного света в погожий осенний день.
Как видно из таблицы, энергия, вырабатываемая одним фотоэлементом, очень мала, поэтому их объединяют в батареи. Чтобы увеличить ток, отдаваемый во внешнюю цепь, одинаковые фотоэлементы соединяют последовательно. Но наилучших результатов можно добиться при смешанном соединении, когда фотобатарею собирают из последовательно соединенных групп, каждая из которых составляется из одинаковых параллельно соединенных элементов (рис. 3).
Предварительно подготовленные группы диодов собирают на пластине из гетинакса, органического стекла или текстолита, например, так, как показано на рисунке 4. Между собой элементы соединяются тонкими лужеными медными проводами.
Выводы, подходящие к кристаллу, лучше не паять, так как при этом от высокой температуры можно повредить полупроводниковый кристалл. Пластину с фотоэлементом поместите в прочный корпус с прозрачной верхней крышкой. Оба вывода подпаяйте к разъему — к нему будете подключать шнур от радиоприемника.
Солнечная фотобатарея из 20 диодов КД202 (пять групп по четыре параллельно соединенных фотоэлемента) на солнце генерирует напряжение до 2,1 В при токе до 0,8 мА.
Этого вполне достаточно для того, чтобы питать радиоприемник на одном-двух транзисторах.
Теперь о том, как превратить диоды и транзисторы в фотоэлементы. Приготовьте тиски, бокорезы, плоскогубцы, острый нож, небольшой молоток, паяльник, оловянно- свинцовый припой ПОС-60, канифоль, пинцет, тестер или микроамперметр на 50-300 мкА и батарейку на 4,5 В. Диоды Д7, Д226, Д237 и другие в похожих корпусах следует разбирать так. Сначала отрежьте бокорезами выводы по линиям А и Б (рис.1). Смятую при этом трубочку В аккуратно расправьте, чтобы освободить вывод Г. Затем диод зажмите в тисках за фланец.
Приложите к сварному шву острый нож и, несильно ударив по тыльной стороне ножа, удалите крышку. Следите за тем, чтобы лезвие ножа не проходило глубоко вовнутрь — иначе можно повредить кристалл. Вывод Д очистите от краски — фотоэлемент готов. У диодов КД202 (а также Д214, Д215, Д242-Д247) плоскогубцами откусите фланец А (рис.2) и отрежьте вывод Б. Как и в предыдущем случае, расправьте смятую трубку В, освободите гибкий вывод Г.
Солнечные фонарики — нам надо ярче / Хабр
Наверняка многие уже успели наиграться с китайскими солнечными фонариками и разочароваться в них. Попробуем разобраться в вопросе: в чём причина их малой яркости и можно ли с этим что-то сделать?
Также в сравнении будут участвовать три солнечные батареи с Алиэкспресса размерами 56.8х56.8 мм и 60х65 мм:
И круглая солнечная батарея диаметром 82 мм:
Электронной нагрузки у меня нет, поэтому тест проведу при помощи аккумулятора ёмкостью 1600 мА/ч предварительно разряженного, а потом заряженного до 500 мА/ч. При пробном тесте на таких трёх одинаковых аккумуляторах одного полностью разряженного, заряженного до половины и полностью заряженного разница в зарядном токе отличалась несущественно. Поочерёдно подключаем мультиметр в разрыв провода аккумуляторов фонариков и измеряем ток заряда.
Солнечный фонарик, купленный на Алиэкспрессе:
Солнечный фонарик, купленный в Глобусе:
Солнечный фонарик, купленный в Леруа:
Аналогично измеряем зарядный ток от солнечных батарей, подключая их через плату от фонарика безвременно погибшего под чьей-то ногой.
Солнечная батарея 56.8х56.8 мм:
Солнечная батарея 60х65 мм:
Солнечная батарея диаметром 82 мм:
Измерения проводились как правило с интервалом в один час, недостающие результаты измерений для таблиц по июню и августу рассчитывались исходя из высоты солнца над горизонтом. В графике ниже приведены рассчётные значения максимального заряда аккумуляторов за сутки:
Как видно из графиков, накопленная за день энергия китайских фонариков вполне соответствуют их токам потребления, результаты измерений которых приведены ниже в этой статье. А если фонарик собирать на основе солнечных батарей с Алиэкспресса, то его потребление можно увеличить практически на порядок, доведя его до 60…100 мА.
При затенении от небольшой сливы:
Выдаёт в два раза меньший ток заряда, что надо учитывать при расстановке фонариков на местности:
А теперь про отрицательные свойства батарей выполненных из пластин поликристаллического кремния. Большинстве случаев эти батареи представляют собой основание из гетинакса, на котором пайкой при помощи шинок соединены фотопластины и залиты прозрачным компаундом на основе эпоксидного клея. На фотографии фонарики отслужившие два сезона:
Со временем от солнечного излучения поверхность солнечной батареи разрушается и при попадании воды покрывается белым налётом, что конечно не сказывается положительно на эффективности солнечной батареи. На фотографии ниже те же самые фонарики спустя ещё сезон:
Ситуацию может спасти полировка, например с помощью пасты ГОИ, или на крайний случай можно замочить солнечную батарейку в тёплой воде, а затем счистить налёт при помощи старой зубной щётки, а лучше с зубным порошком.
Снизу фотография этих же солнечных фонариков после чистки.
На фотографии батарея с Алиэкспресса 56.8х56.8 мм, отработавшая 2 сезона и побывшая несколько часов в воде:
Та же батарея после чистки зубной щёткой:
Как показывает практика, работоспособность после такой чистки восстанавливается практически полностью, ниже тест новой батареи:
И батареи после чистки:
Разница составляет всего 5 мА, что частично можно списать на разброс параметров солнечных батарей в партии. Стоит также отметить, что прозрачный компаунд, которым применяется в данном типе солнечных батарей не стоек к спирту, растворителям и если протереть ими солнечную батарею, то компаунд практически сразу начинает разрушаться и белеть.
Также встречаются солнечные батареи из поликристаллического кремния ламинированного в полиэтилен:
Как показала практика, это является самым практичным решением, на фотографии батарея отработавшая в самодельном солнечном фонарике уже 4 сезона!
А теперь поговорим об электронной начинке солнечных фонариков.
Схемы на трансформаторах мы не будем рассматриваются ввиду трудоёмкости их изготовления. Электроника солнечных фонариков первого поколения строилась на дискретных элементах. Три классические схемы показаны на рисунках ниже и если внимательно приглядеться то видно, что узел собственно повышающего преобразователя в них практически полностью идентичен и основные различия только в способе анализа освещённости и питании светодиодов. На первых двух схемах для анализа освещённости используются дополнительные фоторезисторы, а на третьей схеме в качестве датчика света используется непосредственно солнечная батарея, а светодиод подключен параллельно с интегрирующим конденсатором, сглаживающим броски напряжения, но об этом чуть позже.
Схема 1
Схема 2
Схема 3
Современные солнечные фонарики базируются в основном на китайских микросхемах семейств YX8XXX, QX5252, ANA618. Именитые производители, например Diodes, также выпускают подобные микросхемы, но из – за того что стоимость у них скорее всего значительно больше чем у китайских микросхем, в фонариках мы их вряд – ли когда нибудь встретим.
Также надо уточнить, что в китайских фонариках применяются индуктивности типа — EC-24:
Это недорогой маломощный дроссель, с относительно большим внутренним сопротивлением, что конечно снижает КПД преобразователя.
Схема 4
Схема 5
Схема 6
Схема 7
Индуктивность номиналом 136 мкГн:
Потребление фонарика от источника напряжением 1,27 вольта составляет 6 mA:
В фонарике из Леруа используется микросхема ANA618:
Индуктивность номиналом 210 мкГн:
Потребление фонарика от источника напряжением 1,27 вольта составляет 5 mA:
А в фонарике с Алиэкспресса применена знаменитая китайская микросхема типа «клякса»:
Индуктивность номиналом в 342 мкГн:
Потребление фонарика от источника напряжением 1,27 вольта составляет 11 mA:
Результаты этого измерения и беглый взгляд на таблицу приложенную к схеме 5, позволяют предположить, что мы имеем дело с микросхемой QX5252 в бескорпусном исполнении.
После удачного повторения и наладки схем 1 — 3 схемы выяснилось, что в целом они работоспособны, но по характеристикам примерно аналогичны тем же китайским, а хотелось большего. Закупив на пробу солнечные батареи, которые вместе с фонариками участвовали в тестировании, я сначала остановился на токе потребления схем фонариков в 60 мА, применяя сверхъяркие светодиоды диаметром 5 мм с углом рассеяния в 120 градусов:
Попытки сделать светорассеиватели как в китайских фонариках успехом не увенчались и я пришёл вот к такой конструкции применяя её вместе со схемой 9:
Эти светодиоды имеют недостаток – источник света точечный и поэтому плафоны фонариков приходилось подбирать матовые, прозрачные плафоны матировать покрывая полупрозрачным белым акриловым лаком или делая вставки из белой плёнки. Но когда погнался за яркостью и перешёл на токи потребления фонариков от аккумуляторов в 100 – 120 мА, от 5 миллиметровых светодиодов пришлось окончательно отказаться, не спасало даже параллельное соединение шести светодиодов:
Маломощные светодиоды просто не способны эффективно работать на пиковых токах, поэтому пришлось перейти на сборки из трёх 0,5 ваттных светодиодов типоразмера 5730 и схему 8:
Забегая вперёд замечу, что со светодиодами 5730 в отличии от 5 миллиметровых не требуется матировать плафоны фонариков, что опять же увеличивает яркость фонарика.
На рисунках 8, 9 схемы разработанные мной на основе схем на рисунках 1 — 3. Это «рабочие лошадки», которые уже в течении 3 сезонов показали свою надёжность и неприхотливость. Схема 8 предназначена для работы с одним 1 – 3 ваттным светодиодом, или тремя 0,5 ваттными типа 5730. Схема 9 предназначена для работы с фонариками – гирляндами на основе параллельно подключенных однотипных маломощных светодиодов, например тех же 5 миллиметровых. Основой обеих схем является повышающий преобразователь на транзисторах VT4, VT5, дросселе L1, конденсаторе обратной связи С4, резисторе – ограничителе тока базы R7 и резисторе задающего ток смещения R8. Этот блок практически полностью идентичен с первыми тремя схемами. Но есть и отличия, это усилитель датчика света на транзисторе VT1, что позволило добиться более позднего включения фонарика в ранних сумерках по сравнению с исходными схемами. А также датчик напряжения, который выполняет функцию защиты аккумулятора от глубокого переразряда, запрещая работу повышающего преобразователя, если напряжение на аккумуляторе ниже 1,1 вольта.
Затем подключаем светодиоды к регулируемому источнику тока. Регулируя ток через светодиоды добиваемся, чтобы стрелка встала в тоже положение что и в предыдущем измерении:
У меня получилось 23 мА при напряжении на светодиоде 2,8 В.
Получается, что измеренное таким косвенным методом КПД равно всего 52%, что не удивительно, ввиду того что Uкэ насыщения кремниевого транзистора BC817 составляет 0,6 вольта.
Схема 8
Схема 9
При заказе транзисторов для этой схемы имейте ввиду, что китайские транзисторы BC817 с Алиэкспресса могут работать некорректно с током потребления 50 – 60 mA и низким КПД схемы. Нормально работают транзисторы фирм ON Semiconductor, или NXP. В схеме применены резисторы и керамические конденсаторы типоразмера 0805, электролитические конденсаторы танталовые в корпусе CASE-А и ёмкостью 10 – 47 мкФ и рабочим напряжением не менее 10 вольт. Диод 1SS314 можно заменить на широко распространённый LL4148, диод 1SS357 на SS16 и подобные диоды шоттки. Дроссель L1 типоразмера CD43 100 мкГн:
Транзисторы BC847, BC857 лучше применять индексом C, они имеет максимальный коэффициент усиления h31Э. Рабочее напряжение конденсатора С5 в схеме 9 должно быть не менее 16 вольт и ёмкостью не менее 10 микрофарад.
При попытке его уменьшения до 1 uF (хотелось заменить достаточно большой электролитический конденсатор в корпусе в CASE-A на более миниатюрный керамический в корпусе 0603) 5 мм светодиоды из – за несглаженных выбросов импульсов напряжения с преобразователя начали постоянно выходить из строя, пришлось вернуться к первоначальному номиналу. Платы изготавливаются по стандартной ЛУТ технологии, в качестве выключателя используются разъёмы на плате и аккумуляторе:
Плата универсальна для схем на рисунках 8, 9. На фотографии плата собрана по схеме 8 (конденсатор С5 не установлен).
Ссылка на архив со схемами и печатными платами (в формате P-CAD 2006 и .pdf)
Неплохо себе показала схема 10 на экзотической и сравнительно дорогой микросхеме ZXLD383 фирмы DIODES. Конденсатор С1 керамический 0805, дроссель L1 типоразмера CD43 10 мкГн. HL1 – сборка из трёх светодиодов типа 5730. С указанными номиналами ток потребления схемы составляет 100 – 110 мА.
Схема 10
В сборе это выглядит как то так:
Ссылка на архив со схемами и печатными платами (в формате P-CAD 2006 и .
pdf)
И наконец самая оптимальная по критерию цена/качество схема на китайской микросхеме фирмы QX Micro devices QX5252. Конденсатор С1 керамический 0805, дроссель L1 типоразмера CD43 22 мкГн. HL1 – сборка из трёх светодиодов типа 5730. С указанными номиналами ток потребления схемы составляет 100 – 110 мА.
Схема 11
Плата в сборе:
Ссылка на архив со схемами и печатными платами (в формате P-CAD 2006 и .pdf)
Ради интереса были проведены испытания при помощи люксометра:
Результаты в таблице:
| Фонарик | Ток потребления, мА | Освещённость, КЛК |
| Алиэспресс | 11 | 0,9 |
| Глобус | 6 | 2,7 |
| Леруа | 5 | 7,58 |
| ZXLD383 (Схема 10) | 112 | 95 |
| QX5252 (Схема 11) | 109 | 114 |
| Схема 8 | 93 | 101 |
Тест фонарика из Глобуса:Тест платы на микросхеме QX5252 (Схема 11):
Мне кажется, что всем уже наскучили голые цифры и схемы, поэтому забегая вперёд покажу как вечером выглядят в реальной жизни фонарик из Глобуса (слева) и фонарик основанный на схеме 11 (справа):
А о конструкциях фонариков на основе приведённых схем мы поговорим в следующий раз…
Как сделать простую схему солнечного инвертора
В этой статье мы попытаемся понять основную концепцию солнечного инвертора, а также как сделать простую, но мощную схему солнечного инвертора.
Солнечная энергия доступна нам в изобилии и может использоваться бесплатно, кроме того, это неограниченный, бесконечный природный источник энергии, легко доступный для всех нас.
Что такого важного в солнечных инверторах?
Дело в том, что в солнечных инверторах нет ничего критичного. Вы можете использовать любую обычную инверторную схему, подключить ее к солнечной панели и получить от инвертора требуемый выход постоянного тока в переменный.
При этом вам, возможно, придется выбрать и правильно настроить характеристики, иначе вы рискуете повредить инвертор или вызвать неэффективное преобразование энергии.
Почему солнечный инвертор
Мы уже обсуждали, как использовать солнечные панели для выработки электроэнергии из солнечной или солнечной энергии, в этой статье мы собираемся обсудить простое устройство, которое позволит нам использовать солнечную энергию для работы наших бытовых приборов.
Солнечная панель способна преобразовывать солнечные лучи в постоянный ток при более низких уровнях потенциала. Например, солнечная панель может быть рассчитана на подачу 36 вольт при 8 ампер при оптимальных условиях.
Однако мы не можем использовать эту величину мощности для работы наших бытовых электроприборов, поскольку эти электроприборы могут работать только при сетевом потенциале или при напряжении в диапазоне от 120 до 230 В.
Кроме того, ток должен быть переменным, а не постоянным как обычно получают от солнечной панели.
Мы наткнулись на несколько инверторных схем, опубликованных в этом блоге, и изучили, как они работают.
Инверторы используются для преобразования и повышения мощности батареи низкого напряжения до уровня сети переменного тока высокого напряжения.
Таким образом, инверторы можно эффективно использовать для преобразования постоянного тока от солнечной панели в сетевые выходы, которые подходят для питания нашего бытового оборудования.
В основном в инверторах преобразование низкого потенциала в повышенный высокий уровень сети становится возможным из-за высокого тока, который обычно поступает от входов постоянного тока, таких как батарея или солнечная панель. Общая мощность остается прежней.
Понимание характеристик напряжения и тока
Например, если мы подаем на инвертор входное напряжение 36 вольт при 8 ампер и получаем на выходе 220 В при 1,2 ампера, это будет означать, что мы только что изменили входную мощность 36 × 8 = 288 Вт. в 220 × 1,2 = 264 Вт.
Таким образом, мы видим, что это не волшебство, а просто изменение соответствующих параметров.
Если солнечная панель способна генерировать достаточный ток и напряжение, ее выход можно использовать для непосредственного управления инвертором и подключенными бытовыми приборами, а также одновременно для зарядки аккумулятора.
Заряженный аккумулятор можно использовать для питания нагрузок через инвертор в ночное время, когда нет солнечной энергии.
Однако, если солнечная панель меньше по размеру и не может генерировать достаточную мощность, ее можно использовать только для зарядки аккумулятора, а для работы инвертора она становится полезной только после захода солнца.
Схема работы
Ссылаясь на принципиальную схему, мы можем наблюдать простую настройку с использованием солнечной панели, инвертора и батареи.
Три блока подключены через схему солнечного регулятора, которая распределяет мощность на соответствующие блоки после соответствующего регулирования мощности, получаемой от солнечной панели.
Предполагая, что напряжение от солнечной панели равно 36, а ток 10 ампер, инвертор выбран с входным рабочим напряжением 24 вольта при 6 амперах, обеспечивая общую мощность около 120 Вт.
Часть ампер солнечной панели, составляющая около 3 ампер, резервируется для зарядки батареи, предназначенной для использования после захода солнца.
Мы также предполагаем, что солнечная панель установлена над устройством слежения за солнечными лучами, так что она может обеспечивать заданные требования, пока солнце видно над небом.
Входная мощность 36 вольт подается на вход регулятора, который снижает ее до 24 вольт.
Нагрузка, подключенная к выходу инвертора, выбрана таким образом, чтобы она не нагружала инвертор более чем на 6 ампер от солнечной панели. Из оставшихся 4 ампер 2 ампера подается на аккумулятор для его зарядки.
Оставшиеся 2 ампера не используются для поддержания большей эффективности всей системы.
Схемы все те, которые уже обсуждались в моих блогах, мы можем видеть, как они грамотно настраиваются друг на друга для реализации требуемых операций.
Полное руководство см. в этой статье: Руководство по солнечным инверторам
Список деталей для секции зарядного устройства LM338
- Все резисторы имеют мощность 1/4 Вт, 5% CFR, если не указано иное.
- R1 = 120 Ом
- P1 = потенциометр 10 кОм (показано 2 кОм)
- R4 = заменить его перемычкой BC557, ошибочно показано)
- ИС регулятора = LM338
- Список деталей для секции инвертора
- Все детали на 1/4 Вт, если не указано иное 0К
- Р4, Р5 = 1К
- T1, T2 = мосфер IRF540
- N1—N4 = IC 4093
Оставшиеся несколько частей не нужно указывать, их можно скопировать, как показано на схеме.
Для зарядки аккумуляторов емкостью до 250 Ач
Секция зарядного устройства в приведенной выше схеме может быть соответствующим образом модернизирована для зарядки сильноточных аккумуляторов емкостью от 100 Ач до 250 Ач.
Для аккумулятора емкостью 100 Ач вы можете просто заменить LM338 на LM196, который представляет собой 10-амперную версию LM338.
Внешний транзистор TIP36 соответствующим образом интегрирован в микросхему IC 338 для облегчения необходимой зарядки высоким током.
Эмиттерный резистор TIP36 должен быть рассчитан правильно, иначе транзистор может просто сгореть, сделайте это методом проб и ошибок, начните с 1 Ом, затем постепенно уменьшайте его, пока на выходе не будет достигнута требуемая величина тока. .
Добавление функции ШИМ
Для обеспечения фиксированного выходного напряжения 220 В или 120 В к вышеуказанным конструкциям можно добавить управление ШИМ, как показано на следующей диаграмме. Как видно, затвор N1, который в основном сконфигурирован как генератор с частотой 50 или 60 Гц, дополнен диодами и потенциометром для включения опции с переменной скважностью.
Регулируя этот потенциометр, мы можем заставить генератор создавать частоты с разными периодами ВКЛ/ВЫКЛ, что, в свою очередь, позволит мосфетам включаться и выключаться с одинаковой скоростью.
Регулируя время включения/выключения MOSFET, мы можем пропорционально изменить индукцию тока в трансформаторе, что в конечном итоге позволит нам отрегулировать выходное среднеквадратичное напряжение инвертора.
Как только выходное среднеквадратичное значение будет зафиксировано, инвертор сможет обеспечить постоянную выходную мощность независимо от колебаний солнечного напряжения, пока, конечно, напряжение не упадет ниже спецификации напряжения первичной обмотки трансформатора.
Инвертор солнечной энергии с использованием IC 4047
Как описано ранее, вы можете подключить любой желаемый инвертор с регулятором солнечной энергии для реализации функции простого солнечного инвертора.
На следующей схеме показано, как можно использовать простой инвертор IC 4047 с тем же солнечным регулятором для получения 220 В переменного тока или 120 В переменного тока от солнечной панели.
Солнечный инвертор с использованием IC 555
Точно так же, если вы хотите построить небольшой солнечный инвертор с использованием IC 555, вы вполне можете это сделать, интегрировав инвертор IC 555 с солнечной панелью для получения необходимого напряжения 220 В переменного тока.
Солнечный инвертор на транзисторе 2N3055
Транзисторы 2N3055 очень популярны среди любителей электроники. И этот удивительный BJT позволяет создавать довольно мощные инверторы с минимальным количеством деталей.
Если вы один из тех энтузиастов, у которых есть несколько таких устройств в мусорном ящике, и вы заинтересованы в создании крутого маленького солнечного инвертора, используя их, то следующая простая конструкция может помочь вам осуществить вашу мечту.
Простой солнечный инвертор без контроллера зарядного устройства
Для пользователей, которые не слишком заинтересованы в включении контроллера зарядного устройства LM338, для простоты следующая простейшая конструкция фотоэлектрического инвертора выглядит хорошо.
Несмотря на то, что батарею можно увидеть без регулятора, батарея все равно будет заряжаться оптимально, если на солнечную панель будет попадать достаточное количество прямых солнечных лучей.
Простота конструкции также свидетельствует о том, что свинцово-кислотные аккумуляторы не так уж и сложно заряжать.
Помните, что полностью разряженной батарее (ниже 11 В) может потребоваться от 8 до 10 часов зарядки, прежде чем инвертор можно будет включить для требуемого преобразования 12 В в 220 В переменного тока.
Простое переключение с солнечной панели на сеть переменного тока
Если вы хотите, чтобы ваша инверторная система солнечной энергии имела возможность автоматического переключения с солнечной панели на сеть переменного тока, вы можете добавить следующую модификацию реле на вход регулятора LM338/LM196:
Адаптер 12 В должен быть рассчитан в соответствии с напряжением батареи и техническими характеристиками Ач. Например, если батарея рассчитана на 12 В, 50 А·ч, то адаптер на 12 В может быть рассчитан на 15–20 В и 5 А.
Солнечный инвертор с понижающим преобразователем
В приведенном выше обсуждении мы узнали, как сделать простой солнечный инвертор с зарядным устройством, используя линейные ИС, такие как LM338, LM196, которые отлично подходят, когда напряжение и ток солнечной панели соответствуют требованиям инвертора.
В таких случаях мощность инвертора мала и ограничена. Для инверторных нагрузок со значительно более высокой мощностью выходная мощность солнечной панели также должна быть большой и соответствовать требованиям.
В этом случае ток солнечной панели должен быть значительно выше. Но поскольку солнечные панели доступны с высоким током и низким напряжением, создание солнечного инвертора высокой мощности порядка 200 Вт на 1 кВА не выглядит легко осуществимым.
Однако солнечные панели высокого напряжения и слабого тока легко доступны. А поскольку мощность составляет Вт = V x I , солнечные панели с более высоким напряжением могут легко способствовать увеличению мощности солнечной панели.
Тем не менее, эти высоковольтные солнечные панели нельзя использовать для инверторов низкого напряжения и высокой мощности, поскольку напряжения могут быть несовместимы.
Например, если у нас есть солнечная панель на 60 В, 5 А и инвертор на 12 В, 300 Вт, несмотря на то, что номинальная мощность двух аналогов может быть одинаковой, их нельзя подключить из-за различий в напряжении/токе.
Здесь очень удобен понижающий преобразователь, который можно применять для преобразования избыточного напряжения солнечной панели в избыточный ток и снижения избыточного напряжения в соответствии с требованиями инвертора.
Создание схемы инвертора солнечной энергии на 300 Вт
Допустим, нам нужно сделать схему инвертора на 300 Вт 12 В из солнечной панели, рассчитанной на 32 В, 15 Ампер.
Для этого нам понадобится выходной ток 300/12 = 25 Ампер от понижающего преобразователя.
Следующий простой понижающий преобразователь от ti.com выглядит чрезвычайно эффективным в обеспечении необходимой мощности для нашего 300-ваттного солнечного инвертора.
Фиксируем важные параметры понижающего преобразователя, полученные в следующих расчетах:
Требования к конструкции
• Напряжение солнечной панели VI = 32 В
• Выход понижающего преобразователя VO = 12 В
• Выход понижающего преобразователя IO = 25 A
• Рабочая частота понижающего преобразователя fOSC = частота коммутации 20 кГц
• VR = размах 20 мВ (VRIPPLE)
• ΔIL = изменение тока катушки индуктивности 1,5 А
- d = рабочий цикл = VO/VI = 12 В/32 В = 0,375
- f = 20 кГц (расчетная задача)
- ton = время включения (S1 закрыт) = (1/f) × d = 7,8 мкс
- toff = время выключения (S1 разомкнут) = (1/f) – ton = 42,2 мкс
- L ≉ (VI – VO ) × тонна/ΔIL
- ≉ [(32 В – 12 В) × 7,8 мкс]/1,5 А
- ≉ 104 мкГн
Это дает нам характеристики катушки индуктивности понижающего преобразователя._%D0%BD%D0%B5%D0%BE%D1%82%D1%81%D0%BE%D1%80%D1%82%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%B0%D0%BF%D0%BA%D0%B0.jpg)
Провод SWG можно оптимизировать методом проб и ошибок. Суперэмалированный медный провод 16 SWG должен быть достаточно хорош, чтобы выдерживать ток 25 ампер.
Расчет выходного конденсатора фильтра для понижающего преобразователя
После определения выходного понижающего индуктора можно рассчитать значение конденсатора выходного фильтра, чтобы оно соответствовало характеристикам выходных пульсаций. Электролитический конденсатор можно представить как последовательное соотношение индуктивности, сопротивления и емкости. Чтобы обеспечить достойную фильтрацию пульсаций, частота пульсаций должна быть намного ниже частот, при которых последовательная индуктивность становится критической.
Таким образом, важными элементами являются емкость и эффективное последовательное сопротивление (ESR). максимальное значение ESR рассчитывается в соответствии с соотношением между выбранным размахом напряжения пульсаций и размахом тока пульсаций.
ESR = ΔVo(пульсации) / ΔIL = V/1,5 = 0,067 Ом
Наименьшее значение емкости C, рекомендуемое для учета напряжения пульсаций VO при напряжении менее 100 мВ, выражено в следующих расчетах.
.
C = ΔIL / 8fΔVo = 1,5 / 8 x 20 x 10 3 x 0,1 В = 94 мкФ , хотя более высокое значение только поможет улучшить выходную пульсирующую характеристику понижающего преобразователя.
Настройка выхода понижающего преобразователя для солнечного инвертора
Чтобы точно настроить выход 12 В, 25 А, нам нужно рассчитать резисторы R8, R9 и R13.
R8/R9 определяет выходное напряжение, которое может быть изменено путем случайного использования 10K для R8 и 10K для R9. Затем отрегулируйте потенциометр 10K, чтобы получить точное выходное напряжение инвертора.
R13 становится токоизмерительным резистором для понижающего преобразователя и гарантирует, что инвертор никогда не сможет потреблять от панели ток более 25 А и отключится в таком сценарии.
Резисторы R1 и R2 устанавливают опорное напряжение примерно 1 В для инвертирующего входа внутреннего операционного усилителя с ограничением тока TL404. Резистор R13, включенный последовательно с нагрузкой, подает 1 В на неинвертирующую клемму операционного усилителя с ограничением тока, как только ток инвертора достигает 25 А.
Таким образом, ШИМ для биполярных транзисторов ограничивается соответствующим образом: контролировать дальнейшее потребление тока. Значение R13 рассчитывается, как указано ниже:
R13 = 1 В / 25 А = 0,04 Ом
Мощность = 1 x 25 = 25 Вт Пришло время подключить любой качественный 300-ваттный инвертор к понижающему преобразователю с помощью следующей блок-схемы:
Солнечный инвертор/зарядное устройство для научного проекта
В следующей статье ниже объяснена простая схема солнечного инвертора для новичков или школьников. студенты.
Здесь батарея для простоты подключена напрямую к панели, и система автоматического переключения реле для переключения батареи на инвертор при отсутствии солнечной энергии.
Цепь была запрошена г-жой Свати Оджха.
Этапы цепи
Схема в основном состоит из двух ступеней, а именно: простого инвертора и автоматического переключения реле.
В дневное время, пока солнечный свет остается достаточно сильным, напряжение панели используется для зарядки аккумулятора, а также для питания инвертора через переключающие контакты реле.
Предустановка схемы автоматического переключения настроена таким образом, что соответствующее реле отключается, когда напряжение на панели падает ниже 13 вольт.
Вышеупомянутое действие отключает солнечную панель от инвертора и подключает заряженную батарею к инвертору, чтобы выходные нагрузки продолжали работать, используя энергию батареи.
Работа цепи:
Резисторы R1, R2, R3, R4 вместе с T1, T2 и трансформатором образуют секцию инвертора. 12 вольт подается на центральный отвод, и заземление немедленно запускает инвертор, однако здесь мы не подключаем батарею напрямую в этих точках, а через ступень переключения реле.
Транзистор T3 со связанными компонентами и реле образуют ступень переключения реле. LDR хранится вне дома или в месте, где он может ощущать дневной свет.
Предустановка P1 настроена таким образом, что T3 просто перестает проводить ток и отключает реле в случае, если окружающее освещение падает ниже определенного уровня или просто когда напряжение падает ниже 13 вольт.
Очевидно, это происходит, когда солнечный свет становится слишком слабым и больше не может поддерживать указанные уровни напряжения.
Однако до тех пор, пока солнечный свет остается ярким, реле остается активированным, подключая напряжение солнечной панели напрямую к инвертору (центральный ответвитель трансформатора) через замыкающие контакты. Таким образом, инвертор можно использовать через солнечную панель в дневное время.
Солнечная панель также одновременно используется для зарядки аккумулятора через D2 в дневное время, чтобы он полностью заряжался к вечеру.
Солнечная панель выбрана таким образом, чтобы она никогда не генерировала более 15 вольт даже при пиковых уровнях солнечного света.
Максимальная мощность от этого инвертора будет не более 60 Вт.
Список деталей для предлагаемого солнечного инвертора со схемой зарядного устройства, предназначенного для научных проектов.
- R1, R2 = 100 Ом, 5 Вт
- R3, R4 = 15 Ом, 5 Вт
- T1, T2 = 2N3055, МОНТАЖ НА ПОДХОДЯЩЕМ РАДИАТОРЕ
- ТРАНСФОР.
MER = 9-0-9В, 3-10А - R5 = 10K
- R6 = 0,1 ОМ 1 Вт
- P1 = 100K ПРЕДУСТАНОВКА ЛИНЕЙНАЯ
- D1, D2 = 6A4
- D3 = 1N4148
- T3 = BC547
- C1 = 100 мкФ/25 В
- РЕЛЕ = 9 В, SPDT
- LDR = ЛЮБОЙ СТАНДАРТНЫЙ ТИП = 17 Вольт РАЗОМКНУТАЯ ЦЕПЬ, 5 А ТОК КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ.
- АККУМУЛЯТОР = 12 В, 25 Ач
MER = 9-0-9В, 3-10АСхема регулятора напряжения солнечной панели
В посте подробно описано, как построить дома простую схему контроллера регулятора солнечной панели для зарядки небольших батарей, таких как батарея 12 В 7 Ач, с помощью небольшой солнечной панели
Использование Солнечная панель
Все мы хорошо знаем о солнечных батареях и их функциях. Основными функциями этих удивительных устройств является преобразование солнечной энергии или солнечного света в электричество.
В основном солнечная панель состоит из дискретных секций отдельных фотогальванических элементов. Каждая из этих ячеек способна генерировать небольшую электрическую мощность, обычно от 1,5 до 3 вольт.
Многие из этих ячеек над панелью соединены последовательно, так что общее эффективное напряжение, генерируемое всем блоком, достигает полезного выходного напряжения 12 или 24 вольта.
Ток, генерируемый устройством, прямо пропорционален уровню солнечного света, падающего на поверхность панели. Энергия, вырабатываемая солнечной панелью, обычно используется для зарядки свинцово-кислотного аккумулятора.
Полностью заряженная свинцово-кислотная батарея используется с инвертором для получения необходимого напряжения сети переменного тока для питания дома. В идеале солнечные лучи должны падать на поверхность панели, чтобы она функционировала оптимально.
Однако, поскольку солнце никогда не стоит на месте, панель должна постоянно отслеживать или следовать по пути солнца, чтобы вырабатывать электричество с эффективной скоростью.
Если вы заинтересованы в создании автоматической системы солнечных панелей с двойным трекером, вы можете обратиться к одной из моих предыдущих статей.
Без солнечного трекера солнечная панель сможет выполнять преобразования только с эффективностью около 30%.
Возвращаясь к нашим фактическим обсуждениям солнечных панелей, это устройство можно считать сердцем системы в том, что касается преобразования солнечной энергии в электричество, однако вырабатываемое электричество требует большого количества измерений, прежде чем его можно будет эффективно использовать. в предыдущей системе связи сетки.
Зачем нужен солнечный регулятор
Напряжение, получаемое от солнечной панели, никогда не бывает стабильным и резко меняется в зависимости от положения солнца и интенсивности солнечных лучей и, конечно же, от степени падения на солнечную панель.
Если это напряжение подается на аккумулятор для зарядки, это может привести к повреждению и ненужному нагреву аккумулятора и связанной с ним электроники; поэтому может быть опасен для всей системы.
Для регулирования напряжения от солнечной панели обычно используется схема регулятора напряжения между выходом солнечной панели и входом батареи.
Эта схема гарантирует, что напряжение от солнечной панели никогда не превысит безопасное значение, необходимое для зарядки аккумулятора.
Обычно для получения оптимальных результатов от солнечной панели минимальное выходное напряжение панели должно быть выше, чем требуемое напряжение зарядки аккумулятора, то есть даже в неблагоприятных условиях, когда солнечные лучи не являются резкими или оптимальными, солнечная панель все равно должна быть способен генерировать напряжение более, чем, скажем, 12 вольт, что может быть напряжением аккумулятора при зарядке.
Солнечные регуляторы напряжения, доступные на рынке, могут быть слишком дорогими и не такими надежными; однако изготовление одного такого регулятора дома с использованием обычных электронных компонентов может быть не только увлекательным, но и очень экономичным.
Вы также можете прочитать об этом Цепь регулятора напряжения 100 Ач
Принципиальная схема
ПРИМЕЧАНИЕ : ПОЖАЛУЙСТА, СНИМИТЕ R4, ТАК КАК ЭТО НЕ ИМЕЕТ РЕАЛЬНОЙ ВАЖНОСТИ.
ВЫ МОЖЕТЕ ЗАМЕНИТЬ ЕГО ПРОВОДНОЙ ССЫЛКОЙ.
Конструкция печатной платы со стороны дорожки (R4, диод и S1 не включены… R4 на самом деле не важен и может быть заменен перемычкой.
Как это работает
Ссылаясь на предложенную схему регулятора напряжения солнечной панели, мы видим конструкцию, в которой используются самые обычные компоненты, но которая удовлетворяет потребности, как того требуют наши спецификации.
Одна микросхема LM 338 становится сердцем всей конфигурации и отвечает за реализацию желаемого регулирования напряжения в одиночку.
Показанная схема регулятора солнечной панели оформлена в соответствии со стандартным режимом конфигурации IC 338.
Вход подается на показанные входные точки ИС и выход для батареи, полученной на выходе ИС. Потенциометр или предустановка используются для точной установки уровня напряжения, который можно считать безопасным значением для батареи.
Зарядка с управлением по току
Эта схема контроллера солнечного регулятора также предлагает функцию управления током, которая гарантирует, что аккумулятор всегда получает фиксированный заранее заданный уровень зарядного тока и никогда не перегружается.
Модуль может быть подключен, как показано на схеме.
Соответствующие указанные позиции могут быть легко подключены даже неспециалистом. Остальную часть функции выполняет схема регулятора. Переключатель S1 следует переключить в режим инвертора, как только аккумулятор полностью зарядится (как показано на индикаторе).
Расчет зарядного тока для аккумулятора
Зарядный ток можно выбрать, соответствующим образом выбрав сопротивление резисторов R3. Это можно сделать, решив формулу: 0,6/R3 = 1/10 Ач батареи. Предустановка VR1 настраивается на получение от регулятора требуемого зарядного напряжения.
Регулятор солнечной энергии с регулируемым выходным напряжением и током
На следующем рисунке показана схема сильноточного регулятора напряжения с использованием микросхем LM338. Высокий ток достигается за счет параллельного подключения большого количества микросхем LM338 через один общий радиатор. Параллельные микросхемы LM338 на схеме не показаны, но при их сборке практически можно подключить параллельно не менее 8 микросхем LM338.
Входное напряжение может достигать 50 В, если используется высоковольтная микросхема LM338.
Транзистор BC547 используется для управления током путем регулировки сопротивления на его базе с помощью резисторной лестницы.
Когда несколько ИС LM338 соединены параллельно, ток нагрузки может быть разделен, что позволяет схеме выдерживать большие токи.
В соответствии с правилами важно помнить, что выходное напряжение каждой микросхемы может быть неодинаковым, что приводит к неравномерному распределению тока нагрузки. Чтобы избежать этого, подключите крошечный резистор (например, 0,1 Ом) последовательно с выходом каждой микросхемы, чтобы уравнять распределение тока.
Однако, как мы уже упоминали, микросхемы должны быть подключены к одному общему радиатору, чтобы можно было распределять тепловыделение и обеспечить одинаковую проводимость микросхем. Поэтому добавление резистора на 0,1 Ом может быть не критично.
Транзистор BC547, подключенный к выводу ADJ микросхемы LM338, действует как сток тока для микросхемы, позволяя регулировать ток путем изменения сопротивления на базе транзистора.
Резисторная лестница, подключенная к базе транзистора, позволяет легко выбрать желаемый уровень тока.
В целом, эта схема обеспечивает сильноточное регулируемое решение для регулирования напряжения с использованием параллельно включенных микросхем LM338. Однако важно убедиться, что радиатор может справиться с рассеиванием тепла несколькими ИС, работающими при высоких токах, чтобы предотвратить проблемы с перегревом.
Регулятор солнечной энергии с использованием IC LM324
Для всех систем солнечных панелей эта единственная схема гарантированно эффективного регулятора на основе IC LM324 предлагает энергосберегающий ответ на зарядку аккумуляторов свинцово-кислотного типа, которые обычно используются в автомобилях.
Не принимая во внимание цену солнечных элементов, которые, как полагают, находятся перед вами для использования в различных других планах, сам по себе солнечный регулятор стоит менее 10 долларов.
В отличие от ряда других шунтирующих регуляторов, которые перенаправляют ток через резистор после полной зарядки аккумулятора, эта схема отключает питание зарядки от аккумулятора, устраняя необходимость в громоздких шунтирующих резисторах.
Как работает схема
Как только напряжение батареи ниже 13,5 В (обычно напряжение холостого хода 12-вольтовой батареи), транзисторы Q1, Q2 и Q3 включаются, и зарядный ток проходит через солнечные панели. как предполагалось.
Активный зеленый светодиод показывает, что батарея заряжается. Когда напряжение на клеммах батареи приближается к напряжению холостого хода солнечной панели, операционный усилитель A1a отключает транзисторы Q1-Q3.
Данная ситуация фиксируется до тех пор, пока напряжение аккумулятора не упадет до 13,2 В, после чего снова восстанавливается запуск процесса заряда аккумулятора.
При отсутствии солнечной панели, когда напряжение батареи продолжает падать с 13,2 В до примерно 11,4 В, что означает, что батарея полностью разряжена, выход A1b переключается на 0 В, вызывая мигание подключенного КРАСНОГО светодиода с частотой, установленной нестабильный мультивибратор A1c.
В этой ситуации мигает с частотой 2 герца. Операционный усилитель A1d дает опорное напряжение 6 В, чтобы сохранить пороги переключения на уровне 11,4 В и 13,2 В.
Предлагаемая схема регулятора LM324 рассчитана на токи до 3 ампер.
Для работы с более значительными токами может оказаться необходимым увеличить базовые токи Q2, Q3, чтобы гарантировать, что все эти транзисторы могут поддерживать насыщение в течение сеансов зарядки.
Регулятор солнечной энергии с использованием IC 741
Большинство типичных солнечных панелей обеспечивают около 19 В без нагрузки. Это позволяет получить падение напряжения 0,6 В на выпрямительном диоде при зарядке 12-вольтовой свинцово-кислотной батареи. Диод предотвращает протекание тока батареи через солнечную панель в ночное время.
Эта установка может быть отличной, если батарея не перезаряжается, так как 12-вольтовая батарея может легко перезарядиться до значения выше 1 В5, если источник зарядки не контролируется.
Падение напряжения, индуцированное последовательным биполярным транзистором, обычно составляет приблизительно 1,2 В, что слишком велико для эффективной работы почти всех солнечных панелей.
В этой простой схеме солнечного регулятора эффективно устранены оба вышеуказанных недостатка. Здесь энергия от солнечной панели подается на аккумулятор через реле и выпрямительный диод.
Как работает схема
Когда напряжение батареи увеличивается до 13,8 В, контакты реле щелкают, так что транзистор 2N3055 начинает подзаряжать батарею до оптимального значения 14,2 В.
Этот уровень напряжения полного заряда можно было бы зафиксировать немного ниже, несмотря на то, что большинство свинцово-кислотных аккумуляторов начинают выделять газ при 13,6 В. Это выделение газа значительно увеличивается при напряжении перезарядки.
Контакты реле срабатывают, когда напряжение аккумуляторной батареи падает ниже 13,8 В. Энергия батареи не используется для работы схемы.
Полевой транзистор служит источником постоянного тока.
Регулятор напряжения шунтового типа
Схема регулятора солнечной панели шунтового типа, показанная выше, может быть понята со следующими пунктами:
Операционный усилитель TL071 сконфигурирован как компаратор.
Полевой транзистор BF256 вместе с пресетом 500k P1 образует опорный генератор постоянного тока и постоянного напряжения для инвертирующего входа операционного усилителя.
Контакт 3, который является неинвертирующим входом для операционного усилителя, удерживается с переменным источником напряжения в зависимости от уровня напряжения на клеммах батареи, поэтому этот контакт 3 работает как вход для измерения перезарядки операционного усилителя сравнения.
Предустановка P1 на выводе 2 микросхемы настроена таким образом, чтобы потенциал на выводе 3 микросхемы был чуть выше, чем на выводе 2, как только батарея достигает уровня полного заряда.
Пока уровень заряда батареи ниже значения полного заряда, потенциал на контакте 3 ниже, чем на контакте 2, что удерживает выход операционного усилителя на нуле, а полевой транзистор T2 BUZ100 остается выключенным.
Однако, как только батарея достигает уровня полного заряда, потенциал на контакте 3 теперь превышает значение на контакте 2, что приводит к изменению состояния выхода операционного усилителя на высокий выход.