Home » Zonnestroom » Omvormer

Omvormers

Voor het omzetten van 12V accuspanning naar 220Vac heb ik een prototype van een 1000W transistoromvormer op de kop weten te tikken. In deze omvormer wordt de accuspanning omgezet in een wisselspanning van ca 25KHz en dan opgetransformeerd naar ca 260V en weer gelijkgericht. Hierna wordt er met behulp van enkele schakeltoren een blokspanning van gemaakt met een effectieve waarde van ca 220Vac (in de tijd dat deze omvormer ontworpen werd, was de netspanning nog 220V).

Het hele ontwerp is opgebouwd met conventionele componenten en IC's. Microcontrollers waren in de tijd van dit ontwerp nog nauwelijks beschikbaar.

 

Helaas beschik ik niet over meetapparatuur om metingen te kunnen doen onder volle belasting. Wat ik wel heb kunnen meten is een opgenomen vermogen van 6,8W onbelast. Met een belasting van een 100W gloeilamp moet er 118W aangeleverd worden. Een rendement van ca 85%. Als dit rendement zo blijft onder volle belasting, moet de accu 98A kunnen leveren, stromen die ik niet kan meten met de mij ter beschikking staande meetapparatuur.


Bovenstaande omvormer was niet echt bedoeld om iets met zonne-energie te doen, maar om in het veld 220V ter beschikking te hebben zonder een lawaaiige generator. Een dikke accu is dan wel wenselijk als je langere tijd spanning wilt hebben.

Toen ik mijn experimenten met zonnestroom begon, 2003, was er nog nauwelijks sprake van zonne-energiesystemen voor particulieren. Jaren later is dit pas goed op gang gekomen. Eerst zag je in Duitsland hele daken vol gelegd worden met panelen. Later, toen ook in Nederland de subsidiekraan werd opengedraaid, zag je hier ook steeds meer panelen verschijnen. En bij panelen horen ook omvormers om ze op het lichtnet aan te kunnen sluiten. En als die wat ouder worden gaan ze ook weleens kapot en belanden bij het elektronica afval. En zo kwam ik aan een defecte "Grid Connected Solar Inverter", goed voor 2KWp maar niet werkend. Toch eerst maar eens geprobeerd wat er wel werkte. Een 300V DC voeding op de ingang, een losse netsnoer aan de uitgang naar het stopcontact en kijken wat er gaat gebeurden. Als snel verscheen er tekst op het display en even later hoorde ik ook het petsen van vonkoverslag ergens op de printplaat. Verder onderzoek bracht me bij de poten van een uitgangsfet. Duidelijk zichtbaar waren daar al heel wat vonken actief geweest. Nieuwe fets besteld, en ook gelijkricht diodes, en alle vermogenscomponenten aan de uitgang vervangen. Helaas, iedere keer als de opstart cyclus voltooid was en er vermogen geleverd moest worden begon het spel weer opnieuw: reset. Het heeft wat uren zoeken gekost voor ik er achter kwam dat een zenerdiode op de gate van de eerder defecte fet ook de geest had gegeven. Toen ik die had vervangen werkte het spul!

 

De voorkant. Rechts enkele status leds. Midden onder een display waarop de actuele stromen een spanningen zijn af te lezen.

 

De vonkoverslag heeft duidelijk zichtbaar sporen nagelaten.

 

De binnenkant van de inverter. Duidelijk zijn twee koellichamen te zien en twee ferriettrafo's. Het onderste koellichaam is de koeling voor de power fets(?) waarmee van de paneelspanning wisselspanning wordt gemaakt. Op het bovenste koellichaam zitten de gelijkrichtdiodes voor de uitgang en ook powerfets om deze gelijkspanning in wisselspanning om te zetten voor het lichtnet. Normaal zit er nog een pertinax plaat over de trafo's en koellichamen om de luchtstroom van de ventilatoren, rechts, goed langs de koellichamen en trafo's te geleiden

 

Hele stukken uit de poten weggeslagen.

De eerste proef om te kijken of het spul werkte deed ik met een 300V 100mA labvoeding. Niet echt een vermogensbron maar voorlopig goed genoeg om er achter te komen waar de fout zat en later om te zien dat de inverter wilde werken. Een volgende stap werd een 250VA scheidingstrafo (veiligheid) met een gelijkrichter een elko en een 60W gloeilamp in serie. Dit werkte. De omvormer wilde meer en daarom iets geprobeerd met een zware serieweerstand van 22 ohm en de gelijkrichter direct op het lichtnet. Er zit in zo'n inverter een systeem om de optimale belasting op het paneel uit te rekenen en ik dacht dat hij de stroom wel zou begrenzen als de spanning teveel zou zakken. Dat bleek niet zo te zijn. De spanning zakte niet voldoende om de stroom door de weerstand binnen de perken te houden (achteraf logisch met 22 ohm). Die werd snel loeiheet en met een luide knal liet ze zien hoe ze er van binnen uit zag. Met dit experiment is me wel duidelijk geworden dat het vermogen niet door de (deze) inverter wordt begrenst maar door de panelen waarmee deze gevoed wordt.

Nu vond ik het tijd worden om met mijn zonnepaneel de inverter te gaan voeden, maar hoe? Het paneel geeft maar 21V (onbelast) af en de inverter heeft tenminste 100V nodig vanuit het paneel. Het eerste experiment werd een proef met de omvormer, en extra gelijkrichter, waarmee dit verhaal begon direct op het zonnepaneel in de hoop dat bij belasting de spanning voldoende zou zakken om de omvormer heel te houden en vermogen te leveren naar de inverter toe. Jammer, dat werkte dus niet. De spanning was onbelast te hoog om de omvormer op te starten (beveiliging) en als ze eenmaal toch was opgestart, een wolkje voor de zon, zakte de spanning weer te ver waardoor ze alsnog uitschakelde. Toen de omvormer gevoed vanuit de aanwezige accu en dat werkte wel! Er kwam genoeg vermogen uit de inverter, 300W, om de meter in de meterkast terug te zien draaien! De omvormer was beveiligd zodat de afgenomen stroom binnen de perken bleef.  Maar echt stabiel was het geheel niet.

 

Op internet gezocht naar een eenvoudig schema van een omvormer met een trafo. Dat vond ik: een 4047 als oscillator en daarachter twee fets en een 18V trafo met middenaftakking. Het schema was bedoeld als omvormer om van 12Vdc 220Vac te maken. Deze schakeling wat aangepast voor een variërende voedingsspanning, de spanning kan tot 21V oplopen tijdens het opstarten, op een simpele manier opgebouwd, en getest. Het bleek te werken. Om spikes en daarmee radiostoring wat te beperken heb ik nog een begrenzingsweerstand toegevoegd, iets wat niet helemaal het gewenste effect lijkt te hebben. Of ik daar nog iets aan ga doen weet ik niet. Deze opstelling is tijdelijk. Hopelijk liggen er nog dit jaar 5 panelen op ons dak om de inverter direct te voeden. (Dat is inmiddels gebeurd.)

De testopstelling. Op de plank de 'oude' opstelling met accu waar de tuinverlichting op aangesloten is. Daaronder links een kast met de zelf gebouwde omvormer. Daarnaast de 2KWp Solar inverter. Deze hoeft nauwelijks te werken, maar alles wat ik terug kan leveren is meegenomen.

Het witte doosje in de kast is een draadloze temperatuursensor om de temperatuur in de gaten te kunnen houden. Bij volle zon op het paneel loopt de stroom door de laagspanningskant van de trafo op tot boven de waarde waarvoor ze ontworpen is. Het totaal vermogen blijft echter ruim onder de 150VA wat ze kan leveren. (Trafo is secundair gewikkeld voor 60V 2,5A met diverse aftakkingen.)

De omvormer heeft net geen jaar op het kleine paneel aangesloten gezeten en heeft in die tijd 25,7KWh terug geleverd volgens zijn eigen meter. Begin april 2018 is ze naar de zolder verhuist om daar op een set grotere panelen, goed voor 1650Wp, te worden aangesloten.

 

Om toch het kleine paneel effectief in te kunnen zetten om de stroomrekening nog iets omlaag te krijgen heb ik een micro-omvormer (inverter heet zo'n ding officieel. Ik snap nog steeds niet hoe ze aan die naam komen.) aangeschaft. Zo'n ding wat achter een paneel gehangen wordt en direct 230V levert aan het net. Helaas bleek na aanschaf dat deze pas begint te werken bij een paneelspanning van 22V. Eenmaal opgestart is 16V al voldoende (ook ik lees de gebruiksaanwijzing pas als het niet werkt). Met een paneel wat een onbelaste spanning levert van net 21V moet er dus wat bijgeschakeld worden voor het opstarten.  Hiervoor heb ik de zelf geknutselde omvormer wat gewijzigd. Die levert nu zo´n 30V in de opstart fase. Als de micro-omvormer eenmaal is opgestart zou 16V al voldoende moeten zijn. Dat kan het paneel prima direct leveren. Dus daar moet ik weer mee aan de slag om de hoge spanning alleen tijdens het opstarten beschikbaar te hebben. Dat komt het rendement van de hele installatie ten goede.

De micro-omvormer.

De originele 230V aansluitsteker voor op een string kabel. Er schijnt ook nog zoiets als power line communicatie mogelijk te zijn, wat ik niet gebruik.

Ingang 12,1V 6,14A = 74Watt. Uitgang naar de micro omvormer (inverter) 16,1V 2,99A = 48Watt. Er is nog wat(t) te winnen.

Pas later kwam ik erachter dat er ook inverters te koop die wel direct op dit paneel zouden kunnen werken, maar om daar weer geld aan uit te gaan geven trekt me niet zo. Met een beetje pech werken ze weer net niet zoals verwacht/gehoopt.

Bijgewerkt: 15 mei 2019

Maak een Gratis Website met JouwWeb