Penyongsang Solar Off-Grid Paling Efisien di Dunia: 3 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:06

Tenaga suria adalah masa depan. Panel boleh bertahan selama beberapa dekad. Katakan anda mempunyai sistem solar di luar grid. Anda mempunyai peti sejuk / penyejuk beku, dan pelbagai barang lain untuk dijalankan di kabin terpencil yang indah. Anda tidak mampu membuang tenaga! Oleh itu, sangat memalukan apabila panel solar 6000 watt anda berakhir seperti, katakanlah, 5200 watt di cawangan AC selama 40 tahun akan datang. Bagaimana jika anda dapat menghilangkan semua transformer, jadi penyongsang suria gelombang sinus murni 6000 Watt akan menimbang hanya beberapa paun? Bagaimana jika anda dapat menghilangkan semua modulasi lebar nadi, dan menukar transistor minimum yang minimum, dan masih mempunyai jumlah penyimpangan harmonik yang sangat kecil?

Perkakasan tidak terlalu rumit untuk ini. Anda hanya memerlukan litar yang dapat mengawal 3 jambatan H yang terpisah. Saya mempunyai banyak bahan untuk rangkaian saya, serta perisian dan skematik / pcb untuk prototaip pertama saya. Mereka boleh didapati secara percuma jika anda menghantar e-mel kepada saya di [email protected]. Saya tidak dapat melampirkannya di sini kerana formatnya tidak diperlukan. Untuk membaca fail.sch dan.pcb, anda perlu memuat turun Designspark PCB, yang percuma.

Instruksional ini terutama akan menjelaskan teori operasi, jadi anda boleh membuatnya juga selagi anda boleh menukar jambatan-H tersebut dalam urutan yang diperlukan.

Nota: Saya tidak tahu pasti apakah ini yang paling efisien di dunia, tetapi mungkin sangat baik (puncak 99.5% cukup bagus), dan ia berfungsi.

Bekalan:

13, atau 13 * 2, atau 13 * 3, atau 13 * 4,… 12v bateri kitaran dalam

Litar elektronik yang sangat asas yang dapat mengawal jambatan 3 H secara bebas. Saya membuat prototaip, dan saya gembira dapat berkongsi PCB dan Skema, tetapi anda pasti dapat melakukannya dengan cara yang berbeza daripada cara saya melakukannya. Saya juga membuat versi baru PCB yang akan dijual jika ada yang menginginkannya.

Langkah 1: Teori Operasi

Pernahkah anda perhatikan bahawa anda boleh menghasilkan bilangan bulat -13, -12, -11,…, 11, 12, 13 dari

A * 1 + B * 3 + C * 9

di mana A, B, dan C boleh menjadi -1, 0, atau +1? Contohnya, jika A = +1, B = -1, C = 1, anda mendapat

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

Jadi, apa yang perlu kita lakukan ialah membuat 3 pulau bateri terpencil. Di pulau pertama, anda mempunyai 9 bateri 12v. Di pulau seterusnya anda mempunyai 3 bateri 12v. Di pulau terakhir anda mempunyai 1 bateri 12v. Dalam pemasangan solar, itu juga bermaksud mempunyai 3 MPPT yang berasingan. (Saya akan mendapat petunjuk mengenai MPPT yang murah untuk voltan yang tidak lama lagi). Itu adalah pertukaran kaedah ini.

Untuk membuat +1 pada jambatan penuh, anda mematikan 1L, menghidupkan 1H, mematikan 2H, dan menghidupkan 2L.

Untuk menjadikan 0 pada jambatan penuh, anda mematikan 1L, menghidupkan 1H, mematikan 2L, dan menghidupkan 2H.

Untuk membuat -1 pada jambatan penuh, anda mematikan 1H, menghidupkan 1L, mematikan 2L, dan menghidupkan 2H.

Dengan 1H, maksud saya mosfet sisi tinggi pertama, 1L adalah mosfet sisi rendah pertama, dan lain-lain …

Sekarang, untuk membuat gelombang sinus, anda hanya menukar jambatan H anda dari -13 hingga +13, dan kembali ke -13, hingga +13, berulang-ulang. Yang harus anda lakukan ialah memastikan bahawa masa pensuisan dilakukan sehingga anda pergi dari -13, -12,…, +12, +13, +12, +11,…, -11, -12, - 13 dalam 1/60 saat (1/50 saat di Eropah!), Dan anda hanya perlu membuat perubahan keadaan supaya ia benar-benar sesuai dengan bentuk gelombang sinus. Anda pada dasarnya membina gelombang sinus dari legos saiz 1.

Proses ini sebenarnya dapat dilanjutkan sehingga anda dapat menghasilkan bilangan bulat -40, -39,…, +39, +40 dari

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

di mana A, B, C, dan D boleh menjadi -1, 0, atau +1. Sekiranya demikian, anda boleh menggunakan sejumlah, katakanlah, 40 bateri lithium Nissan Leaf dan membuat 240vAC dan bukannya 120vAC. Dan dalam kes itu, ukuran lego jauh lebih kecil. Anda mendapat sejumlah 81 langkah dalam gelombang sinus anda dalam kes ini dan bukannya hanya 27 (-40,…, +40 vs -13,…, +13).

Persediaan ini sensitif terhadap faktor kuasa. Bagaimana kuasa yang terbahagi di antara 3 pulau berkaitan dengan faktor kuasa. Itu boleh mempengaruhi berapa watt yang harus anda ketepikan untuk setiap panel solar 3 pulau. Juga, jika faktor kuasa anda benar-benar buruk, mungkin sebuah pulau rata-rata mengecas lebih banyak daripada melepaskan. Oleh itu, penting untuk memastikan faktor kuasa anda tidak mengerikan. Keadaan yang ideal untuk ini adalah 3 pulau dengan kapasiti yang tidak terhingga.

Langkah 2: Jadi, Mengapakah Bau Ini Efek?

Frekuensi pertukaran sangat perlahan. Untuk jambatan H yang menukar 9 bateri secara bersiri, anda hanya mempunyai 4 perubahan keadaan dalam 1/60 saat. Untuk H-brirdge yang menukar 3 bateri secara bersiri, anda hanya mempunyai 16 perubahan keadaan dalam 1/60 saat. Untuk jambatan H terakhir, anda mempunyai 52 perubahan keadaan dalam 1/60 saat. Biasanya, dalam penyongsang, mosfets beralih mungkin pada 100KHz atau lebih.

Seterusnya, anda hanya memerlukan mosfet yang dinilai untuk bateri masing-masing. Jadi, untuk jambatan H bateri tunggal, mosfet 40v lebih selamat. Terdapat 40v MOSFET di luar sana yang mempunyai rintangan ON kurang dari 0,001 Ohms. Untuk jambatan H bateri 3, anda boleh menggunakan mosfet 60v dengan selamat. Untuk jambatan H 9 bateri, anda boleh menggunakan mosfet 150v. Ternyata jambatan voltan yang lebih tinggi bertukar paling kerap, yang sangat kebetulan dari segi kerugian.

Lebih-lebih lagi, tidak ada induktor penapis besar, tidak ada transformer, dan kerugian teras yang berkaitan, dan lain-lain …

Langkah 3: Prototaip

Pada prototaip saya, saya menggunakan mikrokontroler dsPIC30F4011. Pada dasarnya ia hanya menukar port yang mengawal jambatan H pada waktu yang sesuai. Tidak ada kelewatan untuk menghasilkan voltan tertentu. Apa sahaja voltan yang anda mahukan tersedia dalam kira-kira 100 nanodetik. Anda boleh menggunakan 12 DC / DC terpencil 1-watt untuk menukar bekalan MOSFET. Peringkat kuasa keseluruhan sekitar puncak 10kW, dan mungkin berterusan 6 atau 7kw. Jumlah kos adalah beberapa ratus dolar untuk semuanya.

Sebenarnya boleh mengatur voltan juga. Katakan bahawa menjalankan 3 H-jambatan dalam siri dari -13 hingga +13 menjadikan bentuk gelombang AC terlalu besar. Anda boleh memilih untuk menjalankan dari -12 hingga +12, atau -11 hingga +11, atau apa sahaja.

Satu perkara perisian yang akan saya ubah adalah, seperti yang anda lihat dari gambar osiloskop, masa perubahan keadaan yang saya pilih tidak menjadikan gelombang sinus sama sekali simetrik. Saya hanya akan menyesuaikan masa di bahagian atas bentuk gelombang sedikit. Keindahan pendekatan ini adalah, anda boleh membuat bentuk gelombang AC dari bentuk apa pun yang anda mahukan.

Mungkin juga bukan idea yang buruk untuk memiliki induktor kecil pada output dari masing-masing 2 baris AC, dan mungkin kapasitansi kecil dari salah satu saluran AC ke yang lain, setelah 2 induktor. Induktor akan membolehkan output semasa berubah sedikit lebih perlahan, memberi peluang kepada perlindungan arus lebih perkakasan untuk dicetuskan sekiranya berlaku litar pintas.

Perhatikan bahawa terdapat 6 wayar berat di salah satu gambar. Mereka pergi ke 3 pulau bateri yang berasingan. Kemudian ada 2 wayar berat untuk kuasa 120vAC.