Dans cet article, nous allons essayer de comprendre le concept de base d'un onduleur solaire et aussi comment créer un circuit d'onduleur solaire simple mais puissant.

L’énergie solaire est disponible en abondance pour nous et est gratuite. De plus, c’est une source d’énergie naturelle illimitée et sans fin, facilement accessible à tous.

Qu'y a-t-il de si important dans les onduleurs solaires?

Le fait est que les onduleurs solaires n'ont rien de crucial. Vous pouvez utiliser n'importe quel circuit onduleur normal , connectez-le à un panneau solaire et obtenez la sortie CC / CA requise de l'onduleur.

Cela dit, vous devrez peut-être sélectionner et configurer les spécifications correctement, sinon vous risquez d'endommager votre onduleur ou de provoquer une conversion de puissance inefficace.

Pourquoi Solar Inverter

Nous avons déjà discuté de la façon d'utiliser des panneaux solaires pour produire de l'électricité à partir de l'énergie solaire ou solaire, dans cet article nous allons discuter d'un arrangement simple qui nous permettra d'utiliser l'énergie solaire pour faire fonctionner nos appareils électroménagers.

Un panneau solaire est capable de convertir les rayons du soleil en courant continu à des niveaux de potentiel inférieurs. Par exemple, un panneau solaire peut être spécifié pour fournir 36 volts à 8 ampères dans des conditions optimales.

Cependant, nous ne pouvons pas utiliser cette amplitude de puissance pour faire fonctionner nos appareils électroménagers, car ces appareils ne peuvent fonctionner qu'à des potentiels de secteur ou à des tensions comprises entre 120 et 230 V.

De plus, le courant doit être un courant alternatif et non continu comme normalement reçu d'un panneau solaire.

Nous avons rencontré un certain nombre de circuits onduleurs publiés dans ce blog et nous avons étudié leur fonctionnement.

Les onduleurs sont utilisés pour convertir et augmenter la puissance de la batterie basse tension en niveaux de réseau CA haute tension.

Par conséquent, les onduleurs peuvent être utilisés efficacement pour convertir le courant continu d'un panneau solaire en sorties secteur qui alimenteraient convenablement nos équipements domestiques.

Fondamentalement, dans les onduleurs, la conversion d'un faible potentiel à un niveau de réseau élevé et augmenté devient possible en raison du courant élevé normalement disponible à partir des entrées CC telles qu'une batterie ou un panneau solaire. La puissance globale reste la même.

Comprendre les spécifications de courant de tension

Par exemple, si nous fournissons une entrée de 36 volts @ 8 ampères à un onduleur et obtenons une sortie de 220 V @ 1,2 ampères, cela signifierait que nous venons de modifier une puissance d'entrée de 36 × 8 = 288 watts en 220 × 1,2 = 264 watts.

Par conséquent, nous pouvons voir que ce n’est pas de la magie, juste des modifications des paramètres respectifs.

Si le panneau solaire est capable de générer suffisamment de courant et de tension, sa sortie peut être utilisée pour faire fonctionner directement un onduleur et les appareils électroménagers connectés et également simultanément pour charger une batterie.

La batterie chargée peut être utilisée pour alimentation des charges via l'onduleur , pendant la nuit quand l'énergie solaire n'est pas présente.

Cependant, si le panneau solaire est plus petit et incapable de générer suffisamment d'énergie, il peut être utilisé uniquement pour charger la batterie et ne devient utile pour faire fonctionner l'onduleur qu'après le coucher du soleil.

Fonctionnement du circuit

En nous référant au schéma électrique, nous sommes en mesure d'assister à une mise en place simple à l'aide d'un panneau solaire, d'un onduleur et d'une batterie.

Les trois unités sont reliées par un circuit régulateur solaire qui distribue la puissance aux unités respectives après les réglementations appropriées de la puissance reçue du panneau solaire.

En supposant que la tension est de 36 et que le courant est de 10 ampères à partir du panneau solaire, l'onduleur est sélectionné avec une tension de fonctionnement d'entrée de 24 volts à 6 ampères, fournissant une puissance totale d'environ 120 watts.

Une fraction de l'ampère des panneaux solaires qui équivaut à environ 3 ampères est épargnée pour charger une batterie, destinée à être utilisée après le coucher du soleil.

Nous supposons également que le panneau solaire est monté sur un traqueur solaire de sorte qu'il soit capable de répondre aux exigences spécifiées tant que le soleil est visible au-dessus du ciel.

La puissance d'entrée de 36 volts est appliquée à l'entrée d'un régulateur qui la réduit à 24 volts.

La charge connectée à la sortie de l'onduleur est sélectionnée de telle sorte qu'elle ne force pas l'onduleur à plus de 6 ampères du panneau solaire. Sur les 4 ampères restants, 2 ampères sont fournis à la batterie pour la charger.

Les 2 ampères restants ne sont pas utilisés dans le but de maintenir une meilleure efficacité de l'ensemble du système.

Les circuits sont tous ceux qui ont déjà été discutés dans mes blogs, on peut voir comment ceux-ci sont intelligemment configurés les uns aux autres pour mettre en œuvre les opérations requises.

Pour un didacticiel complet, veuillez consulter cet article: Tutoriel sur l'onduleur solaire

Liste des pièces de la section chargeur LM338

Toutes les résistances sont de 1/4 watt 5% CFR sauf indication contraire.
R1 = 120 ohms
P1 = pot de 10K (2K est montré par erreur)
R4 = remplacer iit par un lien
R3 = 0,6 x 10 / batterie AH
Transistor = BC547 (pas BC557, il est montré par erreur)
Régulateur IC = LM338
Liste des pièces de la section onduleur
Toutes les pièces sont de 1/4 watt sauf indication contraire
R1 = pot de 100k
R2 = 10K
R3 = 100 K
R4, R5 = 1 K
T1, T2 = mosfer IRF540
N1 --- N4 = IC 4093

Les quelques pièces restantes n'ont pas besoin d'être spécifiées et peuvent être copiées comme indiqué dans le diagramme.

Pour charger des batteries jusqu'à 250 Ah

La section chargeur dans le circuit ci-dessus peut être convenablement améliorée pour permettre la charge de batteries à courant élevé de l'ordre de 100 AH à 250 Ah.

Pour Batterie 100Ah vous pouvez simplement remplacer le LM338 par LM196 qui est une version 10 ampères du LM338.

Un hors-bord transistor TIP36 est correctement intégré à travers l'IC 338 pour faciliter le charge à courant élevé .

La résistance d'émetteur de TIP36 doit être calculée de manière appropriée, sinon le transistor pourrait simplement exploser, faites-le par essai et erreur, commencez par 1 ohm au départ, puis continuez progressivement à le réduire jusqu'à ce que la quantité de courant requise devienne réalisable à la sortie.

onduleur solaire haute puissance avec chargeur de batterie à courant élevé

Ajout d'une fonction PWM

Pour assurer une sortie fixe de 220 V ou 120 V, une commande PWM peut être ajoutée aux conceptions ci-dessus, comme indiqué dans le schéma suivant. Comme on peut le voir, la porte N1 qui est essentiellement configurée comme un oscillateur à 50 ou 60 Hz, est améliorée avec des diodes et un potentiomètre pour permettre une option de cycle de service variable.

Circuit onduleur solaire contrôlé par PWM

En ajustant ce potentiomètre, nous pouvons forcer l'oscillateur à créer des fréquences avec différentes périodes ON / OFF qui à leur tour activeront le mosfets pour activer et désactiver avec le même tarif.

En ajustant la synchronisation MARCHE / ARRÊT mosfet, nous pouvons faire varier proportionnellement l'induction de courant dans le transformateur, ce qui nous permettra éventuellement d'ajuster la tension RMS de sortie de l'onduleur.

Une fois la sortie RMS fixée, l'onduleur sera capable de produire une sortie constante quelles que soient les variations de tension solaire, jusqu'à ce que bien sûr la tension chute en dessous de la spécification de tension de l'enroulement primaire du transformateur.

Onduleur solaire utilisant IC 4047

Comme décrit précédemment, vous pouvez connecter n'importe quel onduleur souhaité à un régulateur solaire pour mettre en œuvre une fonction d'onduleur solaire facile.

Le diagramme suivant montre comment un simple Onduleur IC 4047 peut être utilisé avec le même régulateur solaire pour obtenir du 220 V AC ou 120 V AC du panneau solaire.

Onduleur solaire utilisant IC 555

De la même manière, si vous êtes intéressé par la construction d'un petit onduleur solaire utilisant IC 555, vous pouvez très bien le faire, en intégrant un Onduleur IC 555 avec panneau solaire pour obtenir le 220V AC requis.

Onduleur solaire utilisant le transistor 2N3055

Le Transistors 2N3055 sont très populaires parmi tous les passionnés d'électronique. Et cet incroyable BJT vous permet de construire des onduleurs assez puissants avec un nombre minimum de pièces.

Si vous faites partie de ces passionnés qui ont quelques-uns de ces appareils dans votre poubelle et que vous souhaitez créer un petit onduleur solaire cool en les utilisant, la conception simple suivante peut vous aider à réaliser votre rêve.

Onduleur solaire simple sans contrôleur de chargeur

Pour les utilisateurs qui ne souhaitent pas trop inclure le contrôleur de chargeur LM338, par souci de simplicité, la conception d'onduleur PV la plus simple suivante semble bonne.

Même si la batterie peut être vue sans régulateur, la batterie sera toujours chargée de manière optimale, à condition que le panneau solaire reçoive la quantité adéquate d'ensoleillement direct requise.

La simplicité de la conception indique également le fait que batteries au plomb ne sont pas si difficiles à charger après tout.

N'oubliez pas qu'une batterie complètement déchargée (inférieure à 11 V) peut nécessiter au moins 8 heures à 10 heures de charge jusqu'à ce que l'onduleur puisse être allumé pour la conversion requise de 12V à 220V AC.

Changement simple du solaire vers le courant alternatif

Si vous souhaitez que votre système d'onduleur solaire dispose de la possibilité de basculer automatiquement du panneau solaire au réseau AC, vous pouvez ajouter la modification de relais suivante à l'entrée du régulateur LM338 / LM196:

L'adaptateur 12 V doit être conçu pour s'adapter à la tension de la batterie et aux spécifications Ah. Par exemple, si la batterie est évaluée à 12 V 50 Ah, alors l'adaptateur 12 V peut être évalué à 15 V à 20 V et 5 ampères

Onduleur solaire utilisant Buck Converter

Dans la discussion ci-dessus, nous avons appris comment créer un onduleur solaire simple avec chargeur de batterie en utilisant des circuits intégrés linéaires comme LM338, LM196 , qui sont excellents lorsque la tension et le courant du panneau solaire sont identiques à ceux de l'onduleur.

Dans de tels cas, la puissance de l'onduleur est faible et limitée. Pour les charges d'onduleurs avec une puissance nettement plus élevée, la puissance de sortie du panneau solaire devra également être importante et conforme aux exigences.

Dans ce scénario, le courant du panneau solaire devra être significativement élevé. Mais comme les panneaux solaires sont disponibles avec un courant élevé, une basse tension rendant l'onduleur solaire à haute puissance de l'ordre de 200 watts à 1 kva ne semble pas facilement réalisable.

Cependant, des panneaux solaires à haute tension et à faible courant sont facilement disponibles. Et puisque la puissance est W = V x I , les panneaux solaires avec des tensions plus élevées peuvent facilement contribuer à un panneau solaire de puissance plus élevée.

Cela dit, ces panneaux solaires haute tension ne peuvent pas être utilisés pour des applications d'onduleurs basse tension et haute puissance, car les tensions peuvent ne pas être compatibles.

Par exemple, si nous avons un panneau solaire de 60 V, 5 ampères et un onduleur 12 V 300 watts, bien que la puissance nominale des deux homologues puisse être similaire, ils ne peuvent pas être connectés en raison de différences de tension / courant.

C'est là qu'un convertisseur Buck est très pratique et peut être appliqué pour convertir la tension excédentaire du panneau solaire en courant excédentaire et pour réduire la tension excessive, conformément aux exigences de l'onduleur.

Faire un circuit d'onduleur solaire de 300 watts

Disons que nous voulons créer un circuit onduleur de 300 watts 12 V à partir d'un panneau solaire évalué à 32 V, 15 ampères.

Pour cela, nous aurons besoin d'un courant de sortie de 300/12 = 25 ampères du convertisseur abaisseur.

Le convertisseur abaisseur simple suivant de ti.com semble extrêmement efficace pour fournir la puissance requise pour notre onduleur solaire de 300 watts.

Nous fixons les paramètres importants du convertisseur abaisseur comme indiqué dans les calculs suivants:

Exigences de conception
• Tension du panneau solaire VI = 32 V
• Sortie convertisseur Buck VO = 12 V
• Sortie de convertisseur abaisseur IO = 25 A
• Fréquence de fonctionnement du convertisseur abaisseur fOSC = fréquence de commutation de 20 kHz
• VR = 20 mV crête à crête (VRIPPLE)
• ΔIL = changement de courant d'inductance de 1,5 A

d = rapport cyclique = VO / VI = 12 V / 32 V = 0,375
f = 20 kHz (objectif de conception)
ton = temps allumé (S1 fermé) = (1 / f) × d = 7,8 μs
toff = temps d'arrêt (S1 ouvert) = (1 / f) - ton = 42,2 μs
L ≉ (VI - VO) × ton / ΔIL
≉ [(32 V - 12 V) × 7,8 μs] / 1,5 A
≉ 104 μH

Cela nous fournit les spécifications de l'inducteur de convertisseur abaisseur. Le fil SWG peut être optimisé par quelques essais et erreurs. Un fil de cuivre super émaillé 16 SWG devrait être assez bon pour supporter un courant de 25 ampères.

Calcul du condensateur de filtre de sortie pour le convertisseur Buck

Une fois l'inductance abaisseur de sortie déterminée, la valeur du condensateur de filtre de sortie peut être calculée pour correspondre aux spécifications d'ondulation de sortie. Un condensateur électrolytique pourrait être imaginé comme une relation en série d'une inductance, d'une résistance et d'une capacité. Pour offrir un filtrage d'ondulation décent, la fréquence d'ondulation doit être beaucoup plus basse que les fréquences où l'inductance série devient critique.

Par conséquent, les deux éléments cruciaux sont la capacité et la résistance série effective (ESR). l'ESR la plus élevée est calculée en fonction de la relation entre la tension d'ondulation crête à crête choisie et le courant d'ondulation crête à crête.

ESR = ΔVo (ondulation) / ΔIL = V / 1,5 = 0,067 Ohms

La valeur de capacité C la plus basse recommandée pour prendre en charge la tension d'ondulation VO à une valeur inférieure à l'exigence de conception de 100 mV est exprimée dans les calculs suivants.

C = ΔIL / 8fΔVo = 1,5 / 8 x 20 x 10³x 0,1 V = 94 uF , bien que plus élevé que cela ne contribuera qu'à améliorer la réponse d'ondulation de sortie du convertisseur abaisseur.

Configuration de la sortie Buck pour l'onduleur solaire

Pour configurer précisément la sortie 12 V, 25 A, nous devons calculer les résistances R8, R9 et R13.

R8 / R9 décide de la tension de sortie qui pourrait être modifiée en utilisant au hasard un 10K pour R8 et un pot de 10k pour R9. Ensuite, ajustez le potentiomètre 10K pour obtenir la tension de sortie exacte de l'onduleur.

R13 devient la résistance de détection de courant pour le convertisseur abaisseur et garantit que l'onduleur n'est jamais en mesure de tirer plus de 25 A de courant du panneau et est arrêté dans un tel scénario.

Les résistances R1 et R2 établissent la référence d'environ 1 V pour l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel à limitation de courant interne TL404. La résistance R13, qui est connectée en série avec la charge, délivre 1 V à la borne non inverseuse de l'amplificateur opérationnel d'erreur de limitation de courant dès que le courant de l'onduleur atteint 25 A. Le PWM pour les BJT est ainsi limité de manière appropriée à contrôler l'apport supplémentaire de courant. La valeur R13 est calculée comme indiqué sous:

R13 = 1 V / 25 A = 0,04 Ohms

“types d'antennes et leur diagramme de rayonnement ”

Puissance = 1 x 25 = 25 watts

Une fois que le convertisseur abaisseur ci-dessus est construit et testé pour la conversion requise de la tension du panneau en excès en courant de sortie excédentaire, il est temps de connecter toute bonne qualité Onduleur de 300 watts avec le convertisseur abaisseur, à l'aide du schéma fonctionnel suivant:

Onduleur / chargeur solaire pour projet scientifique

Le prochain article ci-dessous explique un simple circuit onduleur solaire pour les débutants ou les étudiants.

Ici, la batterie est connectée directement avec le panneau pour des raisons de simplicité, et un système de relais de commutation automatique pour commuter la batterie à l'onduleur en l'absence d'énergie solaire.

Le circuit a été demandé par Mme Swati Ojha.

Les étapes du circuit

Le circuit se compose principalement de deux étapes à savoir: un onduleur simple , et le changement de relais automatique.

Pendant la journée pendant si longtemps, la lumière du soleil reste raisonnablement forte, la tension du panneau est utilisée pour charger la batterie et aussi pour alimentation de l'onduleur via les contacts inverseurs de relais.

Le préréglage du circuit de commutation automatique est réglé de telle sorte que le relais associé se déclenche lorsque la tension du panneau tombe en dessous de 13 volts.

L'action ci-dessus déconnecte le panneau solaire de l'onduleur et connecte la batterie chargée à l'onduleur afin que les charges de sortie continuent à fonctionner en utilisant la puissance de la batterie.

Fonctionnement du circuit:

Les résistances R1, R2, R3, R4 avec T1, T2 et le transformateur forment la section onduleur. 12 volts appliqués à travers la prise centrale et la terre démarre immédiatement l'onduleur, mais ici, nous ne connectons pas la batterie directement à ces points, plutôt via une étape de changement de relais.

Le transistor T3 avec les composants associés et le relais forme l'étape de changement de relais. Le LDR est maintenu à l'extérieur de la maison ou à une position où il peut détecter la lumière du jour.

Le préréglage P1 est ajusté de telle sorte que T3 arrête simplement de conduire et coupe le relais au cas où la lumière ambiante tombe en dessous d'un certain niveau, ou simplement lorsque la tension descend en dessous de 13 volts.

Cela se produit évidemment lorsque la lumière du soleil devient trop faible et n'est plus en mesure de maintenir les niveaux de tension spécifiés.

Cependant, tant que la lumière du soleil reste brillante, le relais reste déclenché, connectant la tension du panneau solaire directement à l'onduleur (prise centrale du transformateur) via les contacts N / O. Ainsi, l'onduleur devient utilisable à travers le panneau solaire pendant la journée.

Le panneau solaire est également utilisé simultanément pour charger la batterie via D2 pendant la journée afin qu'elle se recharge complètement au crépuscule.

Le panneau solaire est choisi de telle sorte qu'il ne génère jamais plus de 15 volts, même à des niveaux de lumière solaire de pointe.
La puissance maximale de cet onduleur ne dépassera pas 60 watts.

Liste de pièces de l'onduleur solaire proposé avec circuit de chargeur destiné aux projets scientifiques.