Nejúčinnější off-grid solární invertor na světě: 3 kroky (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

Sluneční energie je budoucnost. Panely mohou trvat mnoho desetiletí. Řekněme, že máte sluneční soustavu mimo síť. Máte ledničku/mrazničku a spoustu dalších věcí, které můžete spustit ve své krásné vzdálené kabině. Nemůžete si dovolit vyhodit energii! Je tedy škoda, když vašich 6000 wattů solárních panelů skončí na příštích 40 let řekněme 5200 wattů na střídavém proudu. Co kdybyste mohli eliminovat všechny transformátory, takže solární střídač s čistou sinusovou vlnou o výkonu 6 000 W by vážil jen několik liber? Co kdybyste mohli eliminovat veškerou modulaci šířky impulzů a mít naprosto minimální spínání tranzistorů a přitom mít extrémně malé celkové harmonické zkreslení?

Hardware na to není příliš složitý. Potřebujete pouze obvod, který může nezávisle ovládat 3 samostatné H-můstky. Mám kusovník pro svůj obvod, stejně jako software a schéma/pcb pro svůj první prototyp. Ty jsou volně k dispozici, pokud mi pošlete e -mail na adresu [email protected]. Zde je nemohu připojit, protože nejsou v požadovaném formátu dat. Abyste mohli číst soubory.sch a.pcb, musíte si stáhnout Designspark PCB, který je zdarma.

Tento instruktáž bude hlavně vysvětlovat teorii provozu, takže to můžete také udělat, pokud můžete přepnout ty H-můstky v potřebných sekvencích.

Poznámka: Nevím přesně, jestli je to nejefektivnější na světě, ale může to být velmi dobře (vrchol 99,5% je docela dobrý) a funguje to.

Zásoby:

13 nebo 13*2 nebo 13*3 nebo 13*4,… 12v baterie s hlubokým cyklem

Velmi základní elektronický obvod, který může nezávisle ovládat 3 H-můstky. Vytvořil jsem prototyp a rád sdílím desku plošných spojů a schéma, ale určitě to můžete udělat jinak, než jak jsem to udělal já. Také dělám novou verzi DPS, která bude na prodej, pokud ji někdo bude chtít.

Krok 1: Teorie provozu

Všimli jste si někdy, že můžete generovat celá čísla -13, -12, -11, …, 11, 12, 13 z

A*1 + B*3 + C*9

kde A, B a C mohou být -1, 0 nebo +1? Například pokud A = +1, B = -1, C = 1, dostanete

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

Co tedy musíme udělat, je vytvořit 3 izolované ostrovy baterií. Na prvním ostrově máte 9 12v baterií. Na dalším ostrově máte 3 12v baterie. Na posledním ostrově máte 1 12v baterii. V solárním nastavení to znamená také mít 3 samostatné MPPT. (Velmi brzy budu mít instruktáž na levném MPPT pro jakékoli napětí). To je kompromis této metody.

Chcete -li +1 na plném můstku, vypnete 1L, zapnete 1H, vypnete 2H a zapnete 2L.

Chcete -li na plném můstku udělat 0, vypnete 1L, zapnete 1H, vypnete 2L a zapnete 2H.

Chcete -li na plném můstku dosáhnout -1, vypnete 1H, zapnete 1L, vypnete 2L a zapnete 2H.

1H, mám na mysli první high side mosfet, 1L je první low side mosfet atd …

Chcete -li vytvořit sinusovou vlnu, přepněte H -můstky z -13 na +13 a zpět na -13, až +13, znovu a znovu a znovu. Jediné, co musíte udělat, je zajistit, aby načasování přepínání proběhlo tak, že přejdete z -13, -12,…, +12, +13, +12, +11,…, -11, -12, - 13 za 1/60 sekundy (1/50 sekundy v Evropě!), A stačí provést změny stavů tak, aby skutečně odpovídaly tvaru sinusové vlny. V podstatě stavíte sinusoidu z lega velikosti 1.

Tento proces lze skutečně rozšířit, takže můžete generovat celá čísla -40, -39, …, +39, +40 z

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

kde A, B, C a D mohou být -1, 0 nebo +1. V takovém případě byste mohli použít celkem, řekněme, 40 lithiových baterií Nissan Leaf a vyrábět 240vAC spíše než 120vAC. A v tom případě jsou velikosti lega mnohem menší. V tomto případě ve své sinusové vlně získáte celkem 81 kroků, nikoli pouze 27 (-40, …, +40 vs -13, …, +13).

Toto nastavení je citlivé na účiník. Jak se výkon rozděluje mezi 3 ostrovy, souvisí s účiníkem. To může ovlivnit, kolik wattů byste měli vyčlenit pro každý ze 3 ostrovních solárních panelů. Pokud je váš účiník opravdu špatný, je možné, že ostrov v průměru nabíjí více než vybíjí. Je tedy důležité zajistit, aby váš účiník nebyl hrozný. Ideální situací by pro to byly 3 ostrovy nekonečné kapacity.

Krok 2: Takže, proč je to tak páchnoucí?

Přepínací frekvence je směšně pomalá. U H-můstku, který přepíná 9 baterií v sérii, máte pouze 4 změny stavu za 1/60 sekundy. U H-brirdge, který přepíná 3 baterie v sérii, máte pouze 16 stavových změn za 1/60 sekundy. U posledního H-můstku máte 52 stavových změn za 1/60 sekundy. V invertoru se mosfety obvykle přepínají na frekvenci 100 kHz nebo dokonce více.

Dále potřebujete pouze mosfety, které jsou hodnoceny pro jejich příslušné baterie. Takže pro H-můstek s jednou baterií by byl 40 V mosfet více než bezpečný. Existuje 40 V MOSFETů, které mají odpor ON menší než 0,001 ohmů. Pro H-můstek se 3 bateriemi můžete bezpečně použít 60v mosfety. Pro H-můstek s 9 bateriemi můžete použít 150 V mosfety. Ukazuje se, že most vyššího napětí spíná nejméně často, což je z hlediska ztrát velmi serendipitózní.

A co víc, neexistují žádné velké filtrační tlumivky, žádné transformátory a s tím související ztráty jádra atd …

Krok 3: Prototyp

Na svém prototypu jsem použil mikrokontrolér dsPIC30F4011. V zásadě pouze přepíná porty, které ve vhodnou dobu ovládají H-můstky. Při generování daného napětí nedochází k žádnému zpoždění. Jakékoli požadované napětí je k dispozici přibližně za 100 nanosekund. K přepínání zdrojů MOSFET můžete použít 12 jednowattových izolovaných DC/DC. Celkový výkon se pohybuje kolem 10kW ve špičce a možná 6 nebo 7kw nepřetržitě. Celkové náklady jsou několik set dolarů za všechno.

Ve skutečnosti je také možné regulovat napětí. Řekněme, že spuštěním 3 H -můstků v sérii od -13 do +13 bude AC křivka příliš velká. Můžete místo toho zvolit spuštění od -12 do +12 nebo -11 do +11 nebo cokoli jiného.

Jedna softwarová věc, kterou bych změnil, je, jak vidíte na obrázku osciloskopu, načasování změny stavu, které jsem vybral, nečinilo sinusovou vlnu zcela symetrickou. Jen bych trochu upravil načasování v horní části průběhu. Krása tohoto přístupu spočívá v tom, že můžete vytvořit křivku AC jakéhokoli tvaru, který chcete.

Také nemusí být špatný nápad mít malý induktor na výstupu každého ze 2 střídavých vedení a možná malou kapacitu z jednoho ze střídavých vedení do druhého po dvou induktorech. Induktory by umožnily změnit proudový výstup o něco pomaleji, což by hardwarové nadproudové ochraně dalo šanci spustit v případě zkratu.

Všimněte si, že na jednom z obrázků je 6 těžkých drátů. Ty jdou na 3 samostatné bateriové ostrovy. Pak existují 2 těžké vodiče, které jsou pro napájení 120vAC.