Najúčinnejší off-grid solárny invertor na svete: 3 kroky (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Slnečná energia je budúcnosť. Panely môžu trvať mnoho desaťročí. Povedzme, že máte slnečnú sústavu mimo siete. Máte chladničku/mrazničku a veľa ďalších vecí, ktoré môžete spustiť vo svojej krásnej odľahlej kabíne. Nemôžete si dovoliť vyhodiť energiu! Je teda škoda, keď vašich 6 000 wattov solárnych panelov skončí na nasledujúcich 40 rokov povedzme 5 200 wattov v elektrickej zásuvke. Čo keby ste mohli odstrániť všetky transformátory, aby solárny invertor s čistou sínusovou vlnou s hmotnosťou 6 000 W vážil iba niekoľko libier? Čo keby ste mohli eliminovať všetku moduláciu šírky impulzov a mať absolútne minimálne spínanie tranzistorov a pritom mať extrémne malé celkové harmonické skreslenie?

Hardvér na to nie je príliš komplikovaný. Potrebujete iba obvod, ktorý môže nezávisle ovládať 3 samostatné H-mostíky. Mám k dispozícii zoznam materiálov pre svoj obvod, ako aj softvér a schému/schému pre môj prvý prototyp. Tieto sú voľne dostupné, ak mi pošlete e -mail na adresu [email protected]. Nemôžem ich sem pripojiť, pretože nie sú v požadovanom formáte údajov. Aby ste mohli čítať súbory.sch a.pcb, musíte si stiahnuť Designspark PCB, ktorý je zadarmo.

Tento návod bude predovšetkým vysvetľovať teóriu prevádzky, takže to môžete urobiť aj vy, pokiaľ budete môcť prepnúť tieto H-mostíky v potrebných sekvenciách.

Poznámka: Neviem s istotou, či je to najefektívnejšie na svete, ale môže to tak byť (vrchol 99,5% je celkom dobrý) a funguje to.

Zásoby:

13 alebo 13*2, 13*3 alebo 13*4,… 12v batérie s hlbokým cyklom

Úplne základný elektronický obvod, ktorý môže nezávisle ovládať 3 H-mostíky. Vytvoril som prototyp a som rád, že sa môžem podeliť o DPS a schému, ale určite to môžete urobiť inak, ako som to urobil ja. Tiež vyrábam novú verziu DPS, ktorá bude na predaj, ak to niekto chce.

Krok 1: Teória prevádzky

Všimli ste si niekedy, že môžete generovať celé čísla -13, -12, -11, …, 11, 12, 13 z

A*1 + B*3 + C*9

kde A, B a C môžu byť -1, 0 alebo +1? Ak napríklad A = +1, B = -1, C = 1, dostanete

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

Čo teda musíme urobiť, je vytvoriť 3 izolované ostrovy batérií. Na prvom ostrove máte 9 12 V batérií. Na nasledujúcom ostrove máte 3 12v batérie. Na poslednom ostrove máte 1 batériu 12 V. V slnečnom nastavení to znamená mať aj 3 samostatné MPPT. (Veľmi skoro budem mať návod na lacný MPPT pre akékoľvek napätie). To je kompromis tejto metódy.

Ak chcete +1 na úplnom moste, vypnete 1L, zapnete 1H, vypnete 2H a zapnete 2L.

Ak chcete na úplnom mostíku dosiahnuť 0, vypnete 1L, zapnete 1H, vypnete 2L a zapnete 2H.

Ak chcete na plnom mostíku dosiahnuť -1, vypnete 1H, zapnete 1L, vypnete 2L a zapnete 2H.

1H mám na mysli prvý vysokovýkonný mosfet, 1L je prvý spodný mosfet atď.…

Teraz, aby ste vytvorili sínusovú vlnu, prepnite svoje H -mostíky z -13 na +13 a späť na -13, až +13, znova a znova a znova. Stačí sa uistiť, že načasovanie prepínania je urobené tak, aby ste prešli z -13, -12, …, +12, +13, +12, +11, …, -11, -12, - 13 za 1/60 sekundy (1/50 sekundy v Európe!), A stačí vykonať zmeny stavov tak, aby sa skutočne zhodovali s tvarom sínusovej vlny. V zásade staviate sínusoidu z lega veľkosti 1.

Tento proces je skutočne možné predĺžiť, aby ste mohli generovať celé čísla -40, -39, …, +39, +40 z

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

kde A, B, C a D môžu byť -1, 0 alebo +1. V takom prípade by ste mohli použiť celkom povedzme 40 lítiových batérií Nissan Leaf a vyrábať 240 VAC namiesto 120 V AC. A v takom prípade sú veľkosti lega oveľa menšie. V tomto prípade získate na sínusovej vlne celkovo 81 krokov, a nie iba 27 (-40, …, +40 vs -13, …, +13).

Toto nastavenie je citlivé na účinník. To, ako sa výkon delí medzi 3 ostrovy, súvisí s účinníkom. To môže mať vplyv na to, koľko wattov by ste mali vyčleniť pre každý z 3 ostrovných solárnych panelov. Ak je váš účinník skutočne zlý, je možné, že ostrov v priemere nabíja viac ako vybíja. Je preto dôležité zabezpečiť, aby váš účinník nebol hrozný. Ideálnou situáciou na to by boli 3 ostrovy nekonečnej kapacity.

Krok 2: Takže, prečo je to tak páchnuce účinné?

Frekvencia spínania je smiešne pomalá. Pre mostík H, ktorý prepína 9 batérií v sérii, máte iba 4 zmeny stavu za 1/60 sekundy. Pre H-brirdge, ktorý prepína 3 batérie v sérii, máte iba 16 zmien stavu za 1/60 sekundy. Na poslednom H-mostíku máte 52 stavových zmien za 1/60 sekundy. V invertore sa mosfety zvyčajne prepínajú možno na 100 KHz alebo dokonca viac.

Ďalej budete potrebovať iba mosfety, ktoré sú dimenzované pre ich príslušné batérie. Takže pre H-mostík s jednou batériou by bol 40 V mosfet viac než bezpečný. Existuje 40 V MOSFETov, ktoré majú zapínací odpor menší ako 0,001 ohmu. Pre H-mostík s 3 batériami môžete bezpečne použiť 60V mosfety. Na H-mostík s 9 batériami môžete použiť 150 V mosfety. Ukazuje sa, že most vyššieho napätia sa prepína najmenej často, čo je z hľadiska strát veľmi spoľahlivé.

Navyše neexistujú žiadne veľké filtračné induktory, žiadne transformátory a súvisiace straty jadra atď.…

Krok 3: Prototyp

Na svojom prototype som použil mikrokontrolér dsPIC30F4011. V zásade iba prepína porty, ktoré ovládajú mostíky H vo vhodnom čase. Pri generovaní daného napätia nie je žiadne oneskorenie. Akékoľvek napätie chcete, je k dispozícii asi za 100 nanosekúnd. Na prepínanie zdrojov MOSFET môžete použiť 12 1-wattových izolovaných DC/DC. Celkový výkon sa pohybuje okolo maxima 10 kW a nepretržite môže byť 6 alebo 7 kW. Celkové náklady sú niekoľko stoviek dolárov za všetko.

V skutočnosti je možné regulovať aj napätie. Povedzme, že spustením 3 H -mostov v sérii od -13 do +13 je priebeh vlny AC príliš veľký. Môžete sa rozhodnúť namiesto toho spustiť od -12 do +12 alebo od -11 do +11 alebo čokoľvek.

Jednu softvérovú vec, ktorú by som zmenil, je, ako vidíte na obrázku osciloskopu, že načasovanie zmeny stavu, ktoré som vybral, nerobilo sínusovú vlnu úplne symetrickú. Trochu by som upravil načasovanie v hornej časti priebehu. Krása tohto prístupu je, že môžete vytvoriť tvar vlny AC akéhokoľvek tvaru, ktorý chcete.

Tiež nemusí byť zlý nápad mať malý induktor na výstupe každého z 2 striedavých vedení a možno malú kapacitu z jedného z striedavých vedení na druhé po dvoch induktoroch. Induktory by umožnili meniť prúdový výstup o niečo pomalšie, čo by hardvérovému nadprúdovému isteniu dalo šancu spustiť v prípade skratu.

Všimnite si, že na jednom z obrázkov je 6 ťažkých drôtov. Tie idú na 3 oddelené ostrovy batérií. Potom existujú 2 ťažké vodiče, ktoré sú určené pre napájanie 120vAC.