この記事では、ソーラーインバーターの基本的な概念と、シンプルでありながら強力なソーラーインバーター回路の作り方を理解しようと思います。

太陽光発電は私たちが豊富に利用でき、無料で使用できます。さらに、太陽光発電は無制限で終わりのない自然エネルギー源であり、私たち全員が簡単にアクセスできます。

ソーラーインバーターの何がそんなに重要なのですか？

事実、ソーラーインバーターについて重要なことは何もありません。あなたはどれでも使うことができます通常のインバータ回路、ソーラーパネルに接続し、インバーターから必要なDCからACへの出力を取得します。

そうは言っても、あなたは選択しなければならないかもしれません 仕様を構成する 正しくないと、インバーターを損傷したり、非効率的な電力変換を引き起こしたりするリスクがあります。

なぜソーラーインバーター

ソーラーパネルを使用して太陽光または太陽光発電から発電する方法についてはすでに説明しましたが、この記事では、太陽エネルギーを使用して家電製品を操作できるようにする簡単な配置について説明します。

ソーラーパネルは、太陽光線をより低い電位レベルで直流に変換することができます。たとえば、ソーラーパネルは、最適な条件下で8アンペアで36ボルトを供給するように指定できます。

ただし、これらの電化製品は主電位または120〜230 Vの範囲の電圧でのみ動作するため、この大きさの電力を家庭用電化製品の操作に使用することはできません。

さらに、電流は、ソーラーパネルから通常受信されるDCではなくACである必要があります。

私たちは多くのことに出くわしましたインバータ回路このブログに投稿し、それらがどのように機能するかを調査しました。

インバーターは、低電圧バッテリー電力を高電圧ACメインレベルに変換およびステップアップするために使用されます。

したがって、インバーターは、ソーラーパネルからのDCを家庭用機器に適切に電力を供給する主出力に変換するために効果的に使用できます。

基本的にインバーターでは、バッテリーやソーラーパネルなどのDC入力から通常利用できる大電流により、低電位からステップアップされた高主電源レベルへの変換が可能になります。全体のワット数は同じままです。

電圧電流仕様を理解する

たとえば、36ボルト@ 8アンペアの入力をインバーターに供給し、220 V @ 1.2アンペアの出力を取得した場合、36×8 = 288ワットの入力電力を220×1.2 = 264ワットに変更したことを意味します。

したがって、それは魔法ではなく、それぞれのパラメータを変更するだけであることがわかります。

ソーラーパネルが十分な電流と電圧を生成できる場合、その出力は、インバーターと接続された家電製品を直接操作するために、また同時にバッテリーを充電するために使用できます。

充電されたバッテリーは、インバーターを介して負荷に電力を供給する、太陽エネルギーが存在しない夜間。

ただし、ソーラーパネルのサイズが小さく、十分な電力を生成できない場合は、バッテリーの充電にのみ使用でき、日没後にのみインバーターを操作するのに役立ちます。

回路動作

回路図を参照すると、ソーラーパネル、インバーター、バッテリーを使った簡単なセットアップを見ることができます。

3つのユニットはソーラーレギュレータ回路ソーラーパネルからの受電電力を適切に調整した後、それぞれのユニットに電力を分配します。

ソーラーパネルからの電圧を36、電流を10アンペアと仮定すると、インバーターは24ボルト@ 6アンペアの入力動作電圧で選択され、合計電力は約120ワットになります。

日没後に使用することを目的とした、約3アンペアに相当するソーラーパネルアンプの一部は、バッテリーの充電用に節約されています。

また、ソーラーパネルは上に取り付けられていると仮定しますソーラートラッカー太陽が空に見える限り、指定された要件を満たすことができるようにします。

36ボルトの入力電力は、24ボルトにトリミングするレギュレーターの入力に適用されます。

インバーターの出力に接続された負荷は、ソーラーパネルからインバーターに6アンペアを超えて強制されないように選択されます。残りの4アンペアのうち、2アンペアがバッテリーに供給されて充電されます。

残りの2アンペアは、システム全体の効率を維持するために使用されていません。

回路はすべて私のブログですでに説明されているものであり、必要な操作を実装するためにこれらが互いにインテリジェントに構成されていることがわかります。

完全なチュートリアルについては、次の記事を参照してください。ソーラーインバーターチュートリアル

LM338充電器セクションのパーツリスト

特に指定がない限り、すべての抵抗器は1/4ワット5％CFRです。
R1 = 120オーム
P1 = 10Kポット（2Kは誤って表示されています）
R4 = iitをリンクに置き換えます
R3 = 0.6 x 10 /バッテリーAH
トランジスタ= BC547（BC557ではなく、誤って表示されています）
レギュレータIC = LM338
インバータ部部品一覧
特に指定がない限り、すべての部品は1/4ワットです。
R1 = 100kポット
R2 = 10K
R3 = 100K
R4、R5 = 1K
T1、T2 = MOSFETIRF540
N1 --- N4 = IC 4093

残りのいくつかの部品は指定する必要がなく、図に示すようにコピーできます。

250Ahまでのバッテリーの充電用

上記の回路の充電器セクションは、100AHから250Ahのオーダーの大電流バッテリーの充電を可能にするために適切にアップグレードすることができます。

ために 100Ahバッテリー LM338を次のように置き換えるだけです。 LM196 これはLM338の10アンペアバージョンです。

船外機トランジスタTIP36 必要なものを容易にするためにIC338全体に適切に統合されています大電流充電。

TIP36のエミッタ抵抗は適切に計算する必要があります。そうしないと、トランジスタが吹き飛ばされる可能性があります。試行錯誤の方法で行い、最初は1オームから始めて、出力で必要な量の電流が得られるまで徐々に減らしていきます。

PWM機能の追加

固定の220Vまたは120V出力を確保するために、次の図に示すように、PWM制御を上記の設計に追加できます。見てわかるように、基本的に50または60Hzの発振器として構成されているゲートN1は、可変デューティサイクルオプションを有効にするためのダイオードとポットで強化されています。

このポットを調整することにより、オシレーターに異なるオン/オフ周期の周波数を作成させることができます。これにより、オンとオフを切り替えるMOSFET 同じレートで。

MOSFETのON / OFFタイミングを調整することにより、変圧器の電流誘導を比例的に変化させることができ、最終的にはインバーターの出力RMS電圧を調整することができます。

出力RMSが固定されると、インバーターは、太陽電圧の変動に関係なく、もちろん電圧が変圧器の一次巻線の電圧仕様を下回るまで、一定の出力を生成できます。

IC4047を使用したソーラーインバーター

前述のように、簡単なソーラーインバーター機能を実装するために、ソーラーレギュレーターを使用して任意のインバーターを取り付けることができます。

次の図は、単純な方法を示しています IC4047インバーター同じソーラーレギュレーターで使用して、ソーラーパネルから220 VACまたは120VACを取得できます。

IC555を使用したソーラーインバーター

同様に、IC 555を使用して小型のソーラーインバーターを構築することに興味がある場合は、統合することで非常にうまくできます。 IC555インバーター必要な220VACを得るためのソーラーパネル付き。

2N3055トランジスタを使用したソーラーインバータ

ザ・ 2N3055トランジスタすべての電子愛好家の間で非常に人気があります。そして、この驚くべきBJTにより、最小限の部品数で非常に強力なインバーターを構築できます。

あなたがジャンクボックスにこれらのデバイスのいくつかを持っていて、それらを使用してクールな小さなソーラーインバーターを作成することに興味があるそれらの愛好家の一人であるなら、次のシンプルなデザインはあなたの夢を実現するのに役立ちます。

充電コントローラーなしのシンプルなソーラーインバーター

LM338充電コントローラーを含めることにあまり熱心でないユーザーにとっては、簡単にするために、次の最も単純なPVインバーターの設計が適しています。

レギュレーターがなくてもバッテリーを見ることができますが、ソーラーパネルに必要な十分な量の直射日光が当たっていれば、バッテリーは最適に充電されます。

デザインのシンプルさはまた、鉛蓄電池結局、充電はそれほど難しくありません。

完全に放電したバッテリー（11V未満）は、必要な12Vから220VのAC変換のためにインバーターをオンにできるようになるまで、少なくとも8時間から10時間の充電が必要になる場合があることを忘れないでください。

シンプルなソーラーからACへのメイン切り替え

ソーラーインバーターシステムにソーラーパネルからメイングリッドACへの自動切り替え機能を持たせたい場合は、LM338 / LM196レギュレーター入力に次のリレー変更を追加できます。

12Vアダプターは、バッテリー電圧とAh仕様に適合する定格にする必要があります。たとえば、バッテリーの定格が12 V 50 Ahの場合、12Vアダプターの定格は15V〜20Vおよび5アンペアになります。

降圧コンバーターを使用したソーラーインバーター

上記の議論では、LM338のようなリニアICを使用してバッテリー充電器で簡単なソーラーインバーターを作る方法を学びました。 LM196 、これは、ソーラーパネルの電圧と電流がインバーターの要件と同じである場合に最適です。

このような場合、インバーターのワット数は小さく、制限されます。ワット数が大幅に高いインバーター負荷の場合、ソーラーパネルの出力電力も大きく、要件と同等である必要があります。

このシナリオでは、ソーラーパネルの電流を大幅に高くする必要があります。しかし、ソーラーパネルは大電流で利用できるため、低電圧で200ワットから1kva程度の高ワット数のソーラーインバーターを作るのは簡単には実現できません。

ただし、高電圧、低電流のソーラーパネルは簡単に入手できます。そしてワット数は W = V x I 、より高い電圧のソーラーパネルは、より高いワット数のソーラーパネルに簡単に貢献できます。

とはいえ、これらの高電圧ソーラーパネルは、電圧に互換性がない可能性があるため、低電圧、高ワット数のインバーターアプリケーションには使用できません。

たとえば、60 V、5アンペアのソーラーパネル、および12 V 300ワットのインバーターがある場合、2つの対応するワット数の定格は類似している可能性がありますが、電圧/電流の非類似性のために接続できません。

これは、降圧コンバーター非常に便利で、インバーターの要件に従って、過剰なソーラーパネル電圧を過剰な電流に変換し、過剰な電圧を下げるために適用できます。

300ワットのソーラーインバーター回路を作る

32 V、15アンペアの定格のソーラーパネルから300ワットの12Vインバーター回路を作りたいとしましょう。

このためには、バックコンバータから300/12 = 25アンペアの出力電流が必要になります。

ti.comの次のシンプルなバックコンバーターは、300ワットのソーラーインバーターに必要な電力を供給するのに非常に効率的です。

次の計算で与えられるように、降圧コンバータの重要なパラメータを修正します。

設計要件
•ソーラーパネル電圧VI = 32 V
•バックコンバータ出力VO = 12 V
•バックコンバータ出力IO = 25 A
•バックコンバータの動作周波数fOSC = 20kHzのスイッチング周波数
•VR = 20 mVピークツーピーク（VRIPPLE）
•ΔIL= 1.5Aインダクタ電流の変化

d =デューティサイクル= VO / VI = 12 V / 32 V = 0.375
f = 20 kHz（設計目標）
トン=オン時間（S1が閉じている）=（1 / f）×d =7.8μs
toff =タイムオフ（S1オープン）=（1 / f）–トン=42.2μs
L≉ （VI-VO）×トン/ΔIL
≉ [（32 V-12V）×7.8μs] /1.5 A
≉ 104μH

これにより、バックコンバータインダクタの仕様がわかります。ワイヤーSWGは、試行錯誤しながら最適化できます。 16 SWGのスーパーエナメル銅線は、25アンペアの電流を処理するのに十分なはずです。

降圧コンバータの出力フィルタコンデンサの計算

出力降圧インダクタが決定された後、出力フィルタコンデンサの値を計算して、出力リップルの仕様に一致させることができます。電解コンデンサは、インダクタンス、抵抗、静電容量の直列関係のように想像できます。適切なリップルフィルタリングを提供するには、リップル周波数を直列インダクタンスが重要になる周波数よりもはるかに低くする必要があります。

したがって、重要な要素は両方とも静電容量と実効直列抵抗（ESR）です。最高のESRは、選択したピークツーピークリップル電圧とピークツーピークリップル電流の関係に沿って計算されます。

ESR =ΔVo（リップル）/ΔIL= V / 1.5 = 0.067オーム

100 mVの設計要件よりも小さいVOリップル電圧を処理するために推奨される最小のC容量値は、次の計算で表されます。

“電気回路記号と意味 ”

C =ΔIL/8fΔVo= 1.5 / 8 x 20 x 10³x 0.1 V = 94 uF 、これより高い場合は、降圧コンバータの出力リップル応答を改善するのに役立つだけですが。

ソーラーインバーターの降圧出力の設定

出力12V、25アンペアを正確に設定するには、抵抗R8、R9、およびR13を計算する必要があります。

R8 / R9は、R8に10K、R9に10kポットを使用してランダムに調整できる出力電圧を決定します。次に、インバーターの正確な出力電圧を取得するために10Kポットを調整します。

R13は、降圧コンバータの電流検出抵抗になり、インバータがパネルから25アンペアを超える電流を引き出せないようにし、このようなシナリオではシャットダウンされます。

抵抗R1とR2は、TL404内部電流制限オペアンプの反転入力用に約1Vのリファレンスを確立します。負荷と直列に接続された抵抗R13は、インバータ電流が25 Aに達するとすぐに、電流制限エラーオペアンプの非反転端子に1 Vを供給します。したがって、BJTのPWMは適切に制限されます。電流のさらなる摂取を制御します。 R13値は、以下のように計算されます。

R13 = 1 V / 25 A = 0.04オーム

ワット数= 1 x 25 = 25ワット

上記の降圧コンバータが構築され、過剰なパネル電圧から過剰な出力電流への必要な変換についてテストされたら、高品質の接続を行います。 300ワットインバーター次のブロック図を使用して、降圧コンバータを使用します。