Quando um inversor DC para AC é operado através de um painel solar, ele é chamado de inversor solar. A energia do painel solar é usada diretamente para operar o inversor ou é usada para carregar a bateria do inversor. Em ambos os casos, o inversor funciona sem depender da energia da rede elétrica.
Projetar um circuito inversor solar requer essencialmente que dois parâmetros sejam configurados corretamente, ou seja, o circuito do inversor e as especificações do painel solar. O tutorial a seguir explica os detalhes completamente.
Construindo um inversor solar
Se você estiver interessado em construir seu próprio inversor solar, deverá ter um conhecimento profundo dos circuitos do inversor ou conversor e de como selecionar os painéis solares corretamente.
Existem duas opções a partir daqui: Se você acha que fazer um inversor é muito complexo, nesse caso você pode preferir comprar um inversor pronto que está amplamente disponível hoje em todos os tipos, tamanhos e especificações, e então simplesmente aprenda apenas sobre painéis solares para a integração/instalação necessária.
A outra opção é aprender ambas as contrapartes e, em seguida, desfrutar de construir seu próprio inversor solar DIY passo a passo.
Em ambos os casos, aprender sobre o painel solar se torna a parte crucial do processo, então vamos primeiro aprender sobre esse importante dispositivo.
Especificação do painel solar
Um painel solar nada mais é do que uma forma de fonte de alimentação que produz uma corrente contínua pura.
Uma vez que esta DC depende da intensidade dos raios solares, a saída é normalmente inconsistente e varia com a posição da luz solar e as condições climáticas.
Embora o painel solar também seja uma forma de fonte de alimentação, ele difere significativamente de nossas fontes de alimentação domésticas usuais usando transformadores ou SMPS. A diferença está nas especificações de corrente e tensão entre essas duas variantes.
Nossas fontes de alimentação CC domésticas são classificadas para produzir maiores quantidades de corrente e com tensões que se adequam perfeitamente a uma determinada carga ou aplicação.
Por exemplo, um carregador de celular pode ser equipado para produzir 5V a 1 amp para carregar um smartphone, aqui o 1 amp é bastante alto e o 5V é perfeitamente compatível, tornando as coisas extremamente eficientes para a necessidade da aplicação.
Considerando que um painel solar pode ser exatamente o oposto, geralmente não possui corrente e pode ser classificado para produzir tensões muito mais altas, o que pode ser extremamente inadequado para cargas CC gerais, como um inversor de bateria de 12V, carregador de celular etc.
Este aspecto dificulta um pouco o projeto de um inversor solar e requer alguns cálculos e reflexão para obter um sistema tecnicamente correto e eficiente.
Selecionando o Painel Solar Certo
Para selecionar o painel solar certo, o básico a considerar é que a potência solar média não deve ser inferior ao consumo médio de potência de carga.
Digamos que uma bateria de 12V precise ser carregada a uma taxa de 10amp, então o painel solar deve ser classificado para fornecer um mínimo de 12 x 10 = 120 watts a qualquer instante, desde que haja uma quantidade razoável de sol.
Como geralmente é difícil encontrar painéis solares com especificações de tensão mais baixa e corrente mais alta, temos que seguir em frente com o que está prontamente acessível no mercado (com especificações de alta tensão e baixa corrente) e, em seguida, dimensionar as condições de acordo.
Por exemplo, se o seu requisito de carga for de 12 V, 10 amperes e você não conseguir obter um painel solar com essas especificações, poderá ser forçado a optar por uma combinação incompatível, como um painel solar de 48 V, 3 amperes, que parece muito viável para adquirir.
Aqui o painel nos oferece vantagem de tensão, mas desvantagem de corrente.
Portanto, você não pode conectar um painel de 48 V/3 amp diretamente com sua carga de 12 V 10 amp (como uma bateria de 12 V 100 AH) porque isso forçaria a tensão do painel a cair para 12 V, a 3 amp, tornando as coisas muito ineficientes.
Isso significaria pagar por um painel de 48 x 3 = 144 watts e, em troca, obter uma saída de 12 x 3 = 36 watts… isso não é bom.
Para garantir uma eficiência ideal, precisaríamos explorar a vantagem de tensão do painel e convertê-la em uma corrente equivalente para nossa carga “incompatível”.
Isso pode ser feito muito facilmente usando um conversor buck.
Você precisará de um conversor Buck para fazer um inversor solar
Um conversor buck irá efetivamente converter o excesso tensão do seu painel solar em uma quantidade equivalente de corrente (ampères), garantindo uma relação ideal de saída/entrada = 1.
Há alguns aspectos aqui que precisam ser considerados. Se você pretende carregar uma bateria de tensão mais baixa para uso posterior com um inversor, um conversor buck seria adequado para sua aplicação.
No entanto, se você pretende usar o inversor com a saída do painel solar durante o dia simultaneamente enquanto gera energia, um conversor buck não seria essencial, mas você pode conectar o inversor diretamente ao painel. Discutiremos essas duas opções separadamente.
Para o primeiro caso em que você pode precisar carregar uma bateria para uso posterior com um inversor, especialmente quando a tensão da bateria é muito menor que a tensão do painel, um conversor buck pode ser imperativo.
Já discuti alguns artigos relacionados a conversores buck e derivou as equações finais que podem ser implementadas diretamente ao projetar um conversor buck para uma aplicação de inversor solar, você pode ler os dois artigos a seguir para obter uma compreensão fácil do conceito.
Como funcionam os conversores de moedas
Calculando Tensão, Corrente em um Indutor Buck
Depois de ler as postagens acima, você pode ter entendido aproximadamente como implementar um conversor buck ao projetar um circuito inversor solar.
Se você não estiver confortável com fórmulas e cálculos, a seguinte abordagem prática pode ser empregada para obter a saída de projeto do conversor buck mais favorável para o seu painel solar:
Circuito Buck-Converter mais simples
O diagrama acima mostra um circuito conversor buck baseado em IC 555 simples.
Podemos ver dois potes, o pote superior otimiza a frequência do buck e o pote inferior otimiza o PWM, ambos os ajustes podem ser ajustados para obter uma resposta ideal em C.
O transistor BC557 e o resistor de 0,6 ohm formam um limitador de corrente para proteger o TIP127 (transistor de driver) de sobrecorrente durante o processo de ajuste; posteriormente, esse valor de resistência pode ser ajustado para saídas de corrente mais altas junto com um transistor de driver de classificação mais alta.
Selecionar o indutor pode ser complicado …..
1) A frequência pode estar relacionada ao diâmetro do indutor, diâmetro menor exigirá frequência mais alta e vice-versa,
2) O número de voltas afetará a tensão de saída e também a corrente de saída e este parâmetro estaria relacionado aos ajustes de PWM.
3) A espessura do fio determinaria o limite de corrente para a saída, tudo isso precisará ser otimizado por alguma tentativa e erro.
Como regra geral, comece com um diâmetro de 1/2 polegada e número de voltas igual à tensão de alimentação… use ferrite como núcleo, e depois disso você pode iniciar o processo de otimização sugerido acima.
Isso cuida do conversor buck que pode ser usado com um determinado painel solar de tensão / baixa corrente para obter uma saída de tensão / corrente mais alta equivalentemente otimizada, conforme as especificações de carga, satisfazendo a equação:
(o/p watt) dividido por (i/p watt) = Perto de 1
Se a otimização do conversor buck acima parecer difícil, você provavelmente pode optar pela seguinte opção de circuito conversor buck do carregador solar PWM testada:
Aqui o R8, R9 pode ser ajustado para ajustar a tensão de saída e o R13 para otimizar a saída de corrente.
Depois de construir e configurar o conversor buck com um painel solar apropriado, pode-se esperar uma saída perfeitamente otimizada para carregar uma determinada bateria.
Agora, uma vez que os conversores acima não são facilitados com um corte de carga total, um circuito de corte baseado em opamp externo pode ser adicionalmente necessário para habilitar um recurso de carregamento totalmente automático, conforme mostrado abaixo.
Adicionando um corte de carga total à saída do conversor Buck
- O circuito de corte de carga total simples mostrado pode ser adicionado a qualquer um dos conversores buck para garantir que a bateria nunca seja sobrecarregada quando atingir o nível de carga total especificado.
- O design do conversor buck acima permitirá que você obtenha um carregamento razoavelmente eficiente e ideal para a bateria conectada.
- Embora este conversor buck fornecesse bons resultados, a eficiência poderia se deteriorar à medida que o sol se punha.
- Para resolver isso, pode-se pensar em empregar um circuito de carregador MPPT para adquirir a saída mais ideal do circuito buck.
- Portanto, um circuito Buck em conjunto com um circuito MPPT auto-otimizador pode ajudar a produzir o máximo da luz solar disponível.
- Eu já expliquei um post relacionado em um dos meus posts anteriores, o mesmo pode ser aplicado enquanto um projeto de circuito de inversor solar
Solar Inversor sem Buck Converter ou MPPT
Na seção anterior aprendemos a projetar um inversor solar usando um conversor buck para inversores com tensão de bateria menor que a do painel e que se destinam a ser operados durante a noite, usando a mesma bateria que foi carregada durante o dia.
Por outro lado, isso significa que, se a tensão da bateria for atualizada de alguma forma para corresponder aproximadamente à tensão do painel, um conversor buck pode ser evitado.
Isso também pode ser verdade para um inversor que pode ser projetado para ser operado AO VIVO durante o dia, ou seja, simultaneamente enquanto o painel está gerando eletricidade a partir da luz solar.
Para operação simultânea durante o dia, o inversor adequadamente projetado pode ser configurado diretamente com um painel solar calculado com as especificações corretas, conforme mostrado abaixo.
Novamente, devemos garantir que a potência média do painel seja maior que o consumo máximo de potência exigido da carga do inversor.
Digamos que temos um inversor classificado para funcionar com uma carga de 200 watts, então o painel deve ser classificado em 250 watts para uma resposta consistente.
Portanto, o painel pode ser de 60 V, 5 amperes e o inversor pode ser de cerca de 48 V, 4 amperes, conforme demonstrado no diagrama a seguir:
Neste inversor solar, o painel pode ser visto diretamente conectado ao circuito do inversor e o inversor é capaz de produzir a energia necessária desde que os raios solares incidam de maneira ideal no painel.
O inversor continuaria funcionando a uma taxa de saída de energia razoavelmente boa enquanto o painel produzir tensão acima de 45V…… que é 60V no pico e provavelmente abaixo de 45V durante a tarde.
A partir do circuito inversor de 48V mostrado acima, é evidente que um projeto de inversor solar não precisa ser muito crucial com seus recursos e especificações.
Você pode conectar qualquer tipo de inversor com qualquer painel solar para obter os resultados necessários.
Isso implica que você pode selecione qualquer circuito inversor da listae configure-o com um painel solar adquirido e comece a colher eletricidade gratuita à vontade.
Os únicos parâmetros cruciais, mas fáceis de implementar, são as especificações de tensão e corrente do inversor e do painel solar, que não devem diferir muito, conforme explicado em nossa discussão anterior.
Circuito inversor solar de onda senoidal
Todos os projetos discutidos até agora têm a intenção de produzir uma saída de onda quadrada, no entanto, para algumas aplicações, uma onda quadrada pode ser indesejável e pode exigir uma forma de onda aprimorada equivalente a uma onda senoidal, para tais requisitos, um circuito alimentado por PWM pode ser implementado como mostrado abaixo:
Nota: O pino SD #5 é mostrado erroneamente conectado com Ct, certifique-se de conectá-lo com linha de terra e não com Ct.
O circuito inversor solar acima usando onda senoidal PWM pode ser estudado detalhadamente no artigo intitulado Circuito inversor solar CA de 1,5 ton
A partir do tutorial acima, agora está claro que projetar um inversor solar não é tão difícil e pode ser implementado de forma eficiente se você estiver equipado com algum conhecimento básico de conceitos eletrônicos, como conversores de buck, painel solar e inversores.
Uma versão de onda senoidal do acima pode ser vista aqui:
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FONTE
Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
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