Najučinkovitiji solarni pretvarač izvan mreže: 3 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Solarna energija je budućnost. Ploče mogu trajati mnogo desetljeća. Recimo da imate solarni sustav izvan mreže. Imate hladnjak/zamrzivač i hrpu drugih stvari za pokretanje u vašoj prekrasnoj udaljenoj kabini. Ne možete si priuštiti bacanje energije! Dakle, šteta je kada vaših 6000 vati solarnih panela završi kao, recimo, 5200 vati na utičnici za izmjeničnu struju sljedećih 40 godina. Što ako biste mogli ukloniti sve transformatore, pa bi solarni pretvarač čistog sinusnog vala od 6000 W težio samo nekoliko kilograma? Što ako biste mogli ukloniti svu modulaciju širine impulsa, a imati apsolutno gole minimalne sklopke tranzistora, a i dalje imati iznimno mala totalna harmonička izobličenja?

Hardver za to nije jako kompliciran. Trebate samo krug koji može neovisno kontrolirati 3 odvojena H-mosta. Imam popis materijala za svoj sklop, kao i softver i shemu/PCB za svoj prvi prototip. Oni su slobodno dostupni ako mi pošaljete e -poruku na [email protected]. Ovdje ih ne mogu priložiti jer nisu u potrebnom formatu podataka. Da biste mogli čitati.sch i.pcb datoteke, morat ćete preuzeti Designspark PCB, koji je besplatan.

Ova instrukcija će uglavnom objasniti teoriju rada, tako da i ovo možete napraviti sve dok možete mijenjati te H-mostove u potrebnim nizovima.

Napomena: Ne znam sa sigurnošću je li ovo najučinkovitije na svijetu, ali moglo bi biti (99,5% vrha prilično je dobro) i radi.

Pribor:

13, ili 13*2, ili 13*3, ili 13*4,… 12v baterije dubokog ciklusa

Vrlo osnovni elektronički sklop koji može neovisno kontrolirati 3 H-mosta. Napravio sam prototip i sretan sam što mogu podijeliti PCB i shemu, ali to svakako možete učiniti drugačije nego ja. Izrađujem i novu verziju PCB -a koja će se prodavati ako to netko želi.

Korak 1: Teorija rada

Jeste li ikada primijetili da možete generirati cijele brojeve -13, -12, -11,…, 11, 12, 13 iz

A*1 + B*3 + C*9

gdje A, B i C mogu biti -1, 0 ili +1? Na primjer, ako je A = +1, B = -1, C = 1, dobivate

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

Dakle, ono što moramo učiniti je napraviti 3 izolirana otoka baterija. Na prvom otoku imate 9 baterija od 12V. Na sljedećem otoku imate 3 12v baterije. Na posljednjem otoku imate 1 12v bateriju. U solarnoj instalaciji to znači i imati 3 odvojena MPPT -a. (Uskoro ću imati instrukcije o jeftinom MPPT -u za bilo koji napon). To je kompromis ove metode.

Da biste napravili +1 na punom mostu, isključujete 1L, uključujete 1H, isključujete 2H i uključujete 2L.

Da biste napravili 0 na punom mostu, isključujete 1L, uključujete 1H, isključujete 2L i uključujete 2H.

Da biste napravili -1 na punom mostu, isključujete 1H, uključujete 1L, isključujete 2L i uključujete 2H.

Pod 1H, mislim na prvi MOSFET sa visokom stranom, 1L je prvi MOSFET sa niskom stranom, itd …

Sada, da biste napravili sinusni val, jednostavno prebacite svoje H -mostove s -13 na +13, i nazad na -13, na +13, uvijek iznova i iznova. Sve što trebate učiniti je pobrinuti se da vrijeme prebacivanja bude učinjeno tako da krenete od -13, -12,…, +12, +13, +12, +11,…, -11, -12, - 13 u 1/60 sekunde (1/50 sekunde u Europi!), A vi samo morate napraviti promjene stanja kako bi se zapravo prilagodilo obliku sinusnog vala. U osnovi gradite sinusni val od lego kockica veličine 1.

Ovaj se proces zapravo može proširiti tako da možete generirati cijele brojeve -40, -39,…, +39, +40 iz

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

gdje A, B, C i D mogu biti -1, 0 ili +1. U tom slučaju mogli biste koristiti ukupno, recimo, 40 litijevih baterija Nissan Leaf i napraviti 240vAC umjesto 120vAC. I u tom slučaju, lego veličine su mnogo manje. U ovom slučaju dobivate ukupno 81 korak u vašem sinusnom valu, a ne samo 27 (-40,…, +40 vs -13,…, +13).

Ova postavka osjetljiva je na faktor snage. Način na koji se snaga dijeli na tri otoka povezano je s faktorom snage. To može utjecati na to koliko vata trebate izdvojiti za svaki od 3 otočna solarna panela. Također, ako vam je faktor snage jako loš, moguće je da otok u prosjeku puni više od pražnjenja. Stoga je važno osigurati da vaš faktor snage nije užasan. Idealna situacija za to bila bi 3 otoka beskonačnog kapaciteta.

Korak 2: Pa, zašto je ovo tako smrdljivo učinkovito ?

Frekvencija prebacivanja je smiješno spora. Za H-most koji serijski mijenja 9 baterija, imate samo 4 promjene stanja u 1/60 sekunde. Za H-briardge koji mijenja 3 baterije u seriji imate samo 16 promjena stanja u 1/60 sekunde. Za posljednji H-most imate 52 promjene stanja u 1/60 sekunde. Obično se u pretvaraču mosfeti prebacuju na možda 100KHz ili čak i više.

Zatim su vam potrebni samo MOSFET -ovi koji imaju ocjenu baterije. Dakle, za H-most s jednom baterijom, 40v mosfet bi bio više nego siguran. Postoje 40V MOSFET -ovi vani koji imaju ON otpor manji od 0,001 Ohma. Za H-most s 3 baterije, možete sigurno koristiti MOSFET-ove 60v. Za H-most s 9 baterija možete koristiti mosfete snage 150v. Pokazalo se da se most s visokim naponom rjeđe prekida, što je vrlo slučajno u smislu gubitaka.

Štoviše, nema velikih induktorskih filtera, transformatora i povezanih gubitaka u jezgri itd.

Korak 3: Prototip

Na svom prototipu koristio sam mikrokontroler dsPIC30F4011. U osnovi samo prebacuje portove koji kontroliraju H-mostove u odgovarajuće vrijeme. Nema zaostajanja za generiranje zadanog napona. Bilo koji napon koji želite dostupan je dostupan za oko 100 nanosekundi. Za prebacivanje napajanja MOSFET-ova možete koristiti 12 izoliranih DC/DC-a od 1 vata. Ukupna nazivna snaga je oko 10kW vrh, a možda neprekidno 6 ili 7kw. Ukupni trošak je nekoliko stotina dolara za sve.

Zapravo je moguće regulirati i napon. Recimo da trčanje 3 H -mosta u nizu od -13 do +13 čini AC valni oblik prevelik. Umjesto toga možete odabrati da radite od -12 do +12 ili -11 do +11 ili bilo što drugo.

Jedna softverska stvar koju bih promijenio je, kao što vidite sa slike osciloskopa, da vrijeme promjene stanja koje sam odabrao nije učinilo sinusni val potpuno simetričnim. Ja bih samo malo prilagodio vrijeme pri vrhu valnog oblika. Ljepota ovog pristupa je u tome što možete napraviti AC valni oblik bilo kojeg oblika koji želite.

Možda također ne bi bila loša ideja imati mali induktor na izlazu svake od 2 AC linije, a možda i mali kapacitet iz jedne AC linije u drugu, nakon 2 induktora. Induktori bi omogućili da se trenutni izlaz promijeni malo sporije, dajući hardverskoj prenaponskoj zaštiti priliku da se aktivira u slučaju kratkog spoja.

Primijetite da se na jednoj od slika nalazi 6 teških žica. Oni idu na 3 zasebna baterijska otoka. Zatim postoje 2 teške žice za napajanje od 120vAC.