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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Solarna energija je budućnost. Paneli mogu trajati decenijama. Recimo da imate solarni sistem van mreže. Imate hladnjak/zamrzivač i hrpu drugih stvari za izvođenje u vašoj prekrasnoj kabini na daljinu. 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 najniže minimalno uključivanje tranzistora, a i dalje imati izuzetno malu totalnu harmoničnu distorziju?

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

Ovo uputstvo će uglavnom objasniti teoriju rada, tako da i ovo možete napraviti sve dok možete mijenjati te H-mostove u potrebnim redoslijedima.

Napomena: Ne znam sa sigurnošću je li ovo najefikasnije na svijetu, ali moglo bi biti (vrh od 99,5% je prilično dobar), i to funkcionira.

Potrošni materijal:

13, ili 13*2, ili 13*3, ili 13*4,… 12v duboke baterije

Vrlo osnovno elektroničko kolo koje može neovisno kontrolirati 3 H-mosta. Napravio sam prototip i sa zadovoljstvom dijelim PCB i shemu, ali to svakako možete učiniti drugačije nego što sam ja uradio. Pravim i novu verziju PCB -a koja će se prodavati ako to neko 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 ostrva baterija. Na prvom ostrvu imate 9 baterija od 12V. Na sljedećem otoku imate 3 baterije od 12V. Na posljednjem ostrvu 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 postavite +1 na punom mostu, isključujete 1L, uključujete 1H, isključujete 2H i uključujete 2L.

Da biste postavili 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 sa -13 na +13, i nazad na -13, na +13, uvijek iznova i iznova. Sve što trebate učiniti je osigurati da se vrijeme prebacivanja izvrši tako da krenete od -13, -12,…, +12, +13, +12, +11,…, -11, -12, - 13 u 1/60 sekunde (1/50 sekunde u Evropi!), I samo morate napraviti promjene stanja tako da se zapravo prilagode obliku sinusnog vala. U osnovi gradite sinusni val od lego kockica veličine 1.

Ovaj proces se 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 možete koristiti ukupno, recimo, 40 litijumskih baterija Nissan Leaf i napraviti 240vAC umjesto 120vAC. I u tom slučaju, lego veličine su mnogo manje. U ovom slučaju dobijate ukupno 81 korak u vašem sinusnom talasu, a ne samo 27 (-40,…, +40 vs -13,…, +13).

Ovo podešavanje je osjetljivo na faktor snage. Način na koji se snaga dijeli između 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 zaista loš, moguće je da otok u prosjeku puni više nego prazni. Stoga je važno osigurati da vaš faktor snage nije užasan. Idealna situacija za to bila bi 3 ostrva beskonačnog kapaciteta.

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

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 zamjenjuje 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 MOSFET -ovi prebacuju na možda 100KHz ili čak i više.

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

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

Korak 3: Prototip

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

Zapravo je moguće regulirati i napon. Recimo da trčanje 3 H -mosta u seriji od -13 do +13 čini AC valni oblik prevelik. Možete jednostavno izabrati da radite od -12 do +12, ili -11 do +11, ili bilo šta 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. Samo bih malo prilagodio vrijeme pri vrhu talasnog oblika. Ljepota ovog pristupa je u tome što možete napraviti AC valni oblik bilo kojeg oblika koji želite.

Također možda nije loša ideja imati mali induktor na izlazu svake od 2 AC linije, a možda i mali kapacitet od jedne do druge AC linije nakon dva induktora. Induktori bi omogućili da se trenutni izlaz mijenja malo sporije, dajući hardverskoj prenaponskoj zaštiti priliku da se aktivira u slučaju kratkog spoja.

Primijetite da na jednoj od slika ima 6 teških žica. Oni idu na 3 odvojena baterijska ostrva. Zatim postoje 2 teške žice za napajanje od 120vAC.