Най-ефективният слънчев инвертор извън мрежата в света: 3 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:49

Слънчевата енергия е бъдещето. Панелите могат да издържат много десетилетия. Да предположим, че имате слънчева система извън мрежата. Имате хладилник/фризер и куп други неща, които да изпълнявате в красивата си отдалечена кабина. Не можете да си позволите да изхвърляте енергия! Така че, срамно е, когато вашите 6000 вата слънчеви панели завършат, да речем, 5200 вата на контакта за променлив ток през следващите 40 години. Ами ако можете да премахнете всички трансформатори, така че соларен инвертор с чиста синусоида от 6000 вата ще тежи само няколко килограма? Ами ако бихте могли да премахнете цялата модулация на импулсната ширина и да имате абсолютно минимално превключване на транзисторите и все още да имате изключително малко общо хармонично изкривяване?

Хардуерът не е много сложен за това. Просто се нуждаете от верига, която може независимо да управлява 3 отделни H-моста. Имам материал за моята схема, както и софтуера и схемата/печатната платка за първия ми прототип. Те са свободно достъпни, ако ми изпратите имейл на [email protected]. Не мога да ги прикача тук, тъй като те не са в необходимия формат за данни. За да прочетете.sch и.pcb файловете, ще трябва да изтеглите Designspark PCB, която е безплатна.

Тази инструкция основно ще обясни теорията на работата, така че можете да направите това също стига да можете да превключите тези H-мостове в необходимите последователности.

Забележка: Не знам със сигурност дали това е най -ефективният в света, но може и да е (пикът от 99,5% е доста добър) и работи.

Консумативи:

13, или 13*2, или 13*3, или 13*4,… 12v батерии с дълбок цикъл

Една много основна електронна схема, която може независимо да управлява 3 H-моста. Направих прототип и с удоволствие споделям печатната платка и схемата, но със сигурност можете да го направите по различен начин от начина, по който го направих. Също така правя нова версия на печатната платка, която ще се продава, ако някой го иска.

Стъпка 1: Теория на операцията

Забелязали ли сте някога, че можете да генерирате цели числа -13, -12, -11,…, 11, 12, 13 от

A*1 + B*3 + C*9

където A, B и C могат да бъдат -1, 0 или +1? Например, ако A = +1, B = -1, C = 1, получавате

+1*1 + -1*3 + 1*9 = 1 - 3 + 9 = +7

И така, това, което трябва да направим, е да направим 3 изолирани острова от батерии. В първия остров имате 9 12v батерии. На следващия остров имате 3 12v батерии. В последния остров имате 1 12v батерия. В соларна инсталация това означава също да имате 3 отделни MPPT. (Скоро ще имам инструкции за евтин MPPT за всяко напрежение). Това е компромис с този метод.

За да направите +1 на пълен мост, изключвате 1L, включвате 1H, изключвате 2H и включвате 2L.

За да направите 0 на пълен мост, изключвате 1L, включвате 1H, изключвате 2L и включвате 2H.

За да направите -1 на пълен мост, изключвате 1H, включвате 1L, изключвате 2L и включвате 2H.

Под 1H имам предвид първия MOSFET с висока страна, 1L е първият MOSFET с ниска страна и т.н.

Сега, за да направите синусова вълна, просто превключвате вашите H -мостове от -13 до +13 и обратно надолу до -13, до +13, отново и отново и отново. Всичко, което трябва да направите, е да се уверите, че времето за превключване е направено така, че да преминете от -13, -12,…, +12, +13, +12, +11,…, -11, -12, - 13 за 1/60 секунда (1/50 секунда в Европа!) И просто трябва да направите промените в състоянията, така че всъщност да съответства на формата на синусоида. По същество изграждате синусова вълна от легота с размер 1.

Този процес всъщност може да бъде разширен, така че да можете да генерирате цели числа -40, -39,…, +39, +40 от

A*1 + B*3 + C*9 + D*27

където A, B, C и D могат да бъдат -1, 0 или +1. В такъв случай бихте могли да използвате общо, да речем, 40 литиеви батерии Nissan Leaf и да направите 240vAC вместо 120vAC. И в този случай размерите на лего са много по -малки. В този случай получавате общо 81 стъпки във вашата синусоида, а не само 27 (-40,…, +40 срещу -13,…, +13).

Тази настройка е чувствителна към фактора на мощността. Начинът, по който мощността се разделя между трите острова, е свързан с фактора на мощността. Това може да повлияе на това колко вата трябва да отделите за всеки от 3 -те островни слънчеви панела. Също така, ако вашият коефициент на мощност е наистина лош, е възможно островът да зарежда средно повече от разреждането. Така че, важно е да се уверите, че вашият фактор на мощността не е ужасен. Идеалната ситуация за това биха били 3 острова с безкраен капацитет.

Стъпка 2: И така, защо това е толкова смрадливо ефективно ?

Честотата на превключване е смешно бавна. За H-моста, който превключва последователно 9-те батерии, имате само 4 промени в състоянието за 1/60 секунда. За H-brirdge, който превключва 3-те батерии последователно, имате само 16 промени в състоянието за 1/60 секунда. За последния H-мост имате 52 промени в състоянието за 1/60 секунда. Обикновено, в инвертор, MOSFET се превключват на може би 100KHz или дори повече.

След това се нуждаете само от MOSFET, които са оценени за съответните им батерии. Така че, за H-мост с една батерия, 40v MOSFET би било повече от безопасно. Има 40V MOSFETs, които имат ON съпротивление по -малко от 0.001 Ohm. За H-моста с 3 батерии можете безопасно да използвате MOSFET 60v. За H-моста с 9 батерии можете да използвате 150v MOSFET. Оказва се, че мостът с по -високо напрежение се превключва най -рядко, което е много случайно по отношение на загубите.

Нещо повече, няма големи филтърни индуктори, трансформатори и свързаните с тях загуби в сърцевината и т.н.

Стъпка 3: Прототипът

На моя прототип използвах микроконтролера dsPIC30F4011. По принцип просто превключва портовете, които контролират H-мостовете в подходящото време. Няма забавяне за генериране на дадено напрежение. Каквото и напрежение да искате е налично за около 100 наносекунди. Можете да използвате 12 1-ватови изолирани DC/DC за превключване на захранванията на MOSFET. Общата мощност е около 10kW пик и може би 6 или 7kw непрекъснато. Общата цена е няколкостотин долара за всичко.

Всъщност е възможно да се регулира и напрежението. Да кажем, че изпълнението на 3 -те H -моста в серия от -13 до +13 прави AC вълната твърде голяма. Можете просто да изберете да работите от -12 до +12 или от -11 до +11, или каквото и да е.

Едно софтуерно нещо, което бих променил, е, както можете да видите от снимката на осцилоскопа, времето за промяна на състоянието, което избрах, не направи синусоидата напълно симетрична. Просто бих регулирал малко времето в горната част на формата на вълната. Красотата на този подход е, че можете да направите AC вълнова форма с всякаква форма, която искате.

Също така може да не е лоша идея да имате малък индуктор на изхода на всяка от 2 -те AC линии и може би малък капацитет от една от AC линиите към другата, след 2 -те индуктора. Индукторите биха позволили на токовия изход да се промени малко по -бавно, давайки възможност на хардуерната защита от свръхток да се задейства в случай на късо съединение.

Забележете, че на една от снимките има 6 тежки проводника. Те отиват на 3 -те отделни батерийни острова. След това има 2 тежки проводника, които са за 120vAC захранване.