Najbolj učinkovit solarni pretvornik izven omrežja na svetu: 3 koraki (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Sončna energija je prihodnost. Plošče lahko trajajo več desetletij. Recimo, da imate sončni sistem zunaj omrežja. V svoji čudoviti oddaljeni kabini imate hladilnik/zamrzovalnik in kup drugih stvari. Energije si ne morete privoščiti! Torej je škoda, ko vaših 6000 vatov sončnih kolektorjev v naslednjih 40 letih na izhodu za izmenični tok konča, recimo, 5200 vatov. Kaj pa, če bi lahko odpravili vse transformatorje, zato bi sončni pretvornik s čisto sinusno močjo 6000 W tehtal le nekaj kilogramov? Kaj pa, če bi lahko odpravili vso širino impulzne modulacije in imeli minimalno preklapljanje tranzistorjev ter imeli še vedno zelo majhno skupno harmonično popačenje?

Strojna oprema za to ni zelo zapletena. Potrebujete samo vezje, ki lahko neodvisno nadzoruje 3 ločene H-mostove. Imam gradivo za svoje vezje, pa tudi programsko opremo in shemo/pcb za svoj prvi prototip. Te so prosto dostopne, če mi pošljete e -pošto na [email protected]. Tukaj jih ne morem priložiti, ker niso v zahtevanem formatu podatkov. Če želite prebrati datoteke.sch in.pcb, boste morali prenesti Designspark PCB, ki je brezplačen.

Ta pouk bo predvsem razložil teorijo delovanja, zato lahko to naredite tudi, dokler lahko te H-mostove preklopite v potrebnih zaporedjih.

Opomba: Ne vem zagotovo, ali je to najučinkovitejše na svetu, vendar bi lahko bilo (99,5% vrh je precej dober) in deluje.

Zaloge:

13, ali 13*2, ali 13*3 ali 13*4,… 12v baterije z globokim ciklom

Zelo osnovno elektronsko vezje, ki lahko neodvisno nadzoruje 3 H-mostove. Naredil sem prototip in z veseljem delim tiskano vezje in shemo, vsekakor pa lahko to storite drugače kot jaz. Prav tako izdelujem novo različico tiskanega vezja, ki bo naprodaj, če kdo to želi.

1. korak: Teorija delovanja

Ste že kdaj opazili, da lahko ustvarite cela števila -13, -12, -11,…, 11, 12, 13 iz

A*1 + B*3 + C*9

kjer so lahko A, B in C -1, 0 ali +1? Na primer, če je A = +1, B = -1, C = 1, dobite

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

Torej moramo narediti 3 izolirane otoke baterij. Na prvem otoku imate 9 12v baterij. Na naslednjem otoku imate 3 12v baterije. Na zadnjem otoku imate 1 12v baterijo. V solarni nastavitvi to pomeni tudi 3 ločene MPPT. (Kmalu bom dobil navodila za poceni MPPT za katero koli napetost). To je kompromis te metode.

Če želite označiti +1 na polnem mostu, izklopite 1L, vklopite 1H, izklopite 2H in vklopite 2L.

Če želite 0 na polnem mostu, izklopite 1L, vklopite 1H, izklopite 2L in vklopite 2H.

Če želite -1 na polnem mostu, izklopite 1H, vklopite 1L, izklopite 2L in vklopite 2H.

S 1H mislim na prvi visokozaslonski MOSFET, 1 L je prvi MOSFET na nizki strani itd …

Zdaj, da ustvarite sinusni val, preprosto preklopite svoje H -mostove od -13 do +13 in nazaj navzdol na -13, do +13, vedno znova in znova. Vse, kar morate storiti, je, da preklopite tako, da preklopite na -13, -12,…, +12, +13, +12, +11,…, -11, -12, - 13 v 1/60 sekunde (1/50 sekunde v evropi!), Samo morate spremeniti stanje, tako da bo dejansko v skladu z obliko sinusnega vala. V bistvu gradite sinusni val iz legov velikosti 1.

Ta postopek lahko dejansko razširite tako, da lahko ustvarite cela števila -40, -39,…, +39, +40 iz

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

kjer so lahko A, B, C in D -1, 0 ali +1. V tem primeru bi lahko uporabili skupaj, recimo, 40 litijevih baterij Nissan Leaf in naredili 240vAC namesto 120vAC. In v tem primeru so velikosti lego veliko manjše. V tem primeru dobite skupaj 81 korakov v vašem sinusnem valu in ne le 27 (-40,…, +40 proti -13,…, +13).

Ta nastavitev je občutljiva na faktor moči. Kako se moč razdeli med tri otoke, je odvisno od faktorja moči. To lahko vpliva na to, koliko vatov morate nameniti za vsako od treh otočnih sončnih celic. Če je vaš faktor moči res slab, lahko otok v povprečju napolni več kot izprazni. Zato je pomembno, da se prepričate, da vaš faktor moči ni grozen. Idealna situacija za to bi bila 3 otoka neskončne zmogljivosti.

2. korak: Zakaj je torej tako smrdeče učinkovito ?

Preklopna frekvenca je smešno počasna. Za most H, ki zaporedno preklaplja 9 baterij, imate v 1/60 sekunde le 4 spremembe stanja. Pri brizgi H, ki preklaplja 3 baterije zaporedoma, imate v 1/60 sekunde le 16 sprememb stanja. Za zadnji H-most imate 52 sprememb stanja v 1/60 sekunde. Običajno se v pretvorniku mosfeti preklopijo na morda 100KHz ali celo več.

Nato potrebujete samo MOSF -je, ki so ocenjeni za ustrezne baterije. Torej, za H-most z eno baterijo bi bil 40-voltni mosfet več kot varen. Tam so 40V MOSFET -i, ki imajo ON upor manj kot 0,001 Ohm. Za 3-baterijski H-most lahko varno uporabljate MOSF napajalnike 60V. Za H-most z 9 baterijami lahko uporabite 150v MOSFET. Izkazalo se je, da se višjenapetostni most najmanj pogosto preklopi, kar je glede na izgube zelo nenamerno.

Še več, ni velikih filtrirnih induktorjev, transformatorjev in z njimi povezanih izgub jedra itd.

3. korak: Prototip

Na svojem prototipu sem uporabil mikrokrmilnik dsPIC30F4011. V bistvu samo preklopi vrata, ki ob ustreznem času nadzorujejo H-mostove. Za ustvarjanje dane napetosti ni zamika. Kakršno koli napetost, ki jo želite, je na voljo v približno 100 nanosekundah. Za preklapljanje napajanja MOSFET-jev lahko uporabite 12 1-vatnih izoliranih enosmernih/enosmernih napetosti. Skupna moč je okoli 10kW vrh in morda 6 ali 7kw neprekinjeno. Skupni stroški so nekaj sto dolarjev za vse.

Pravzaprav je mogoče regulirati tudi napetost. Recimo, da je pri izvajanju treh H -mostov v seriji od -13 do +13 AC -oblika prevelika. Lahko se preprosto odločite, da tečete od -12 do +12 ali od -11 do +11 ali karkoli drugega.

Ena programska oprema, ki bi jo spremenil, je, kot lahko vidite na sliki osciloskopa, da časovni razpored spremembe stanja, ki sem ga izbral, ni naredil sinusnega vala popolnoma simetričnega. Samo malo bi prilagodil čas blizu vrha valovne oblike. Lepota tega pristopa je v tem, da lahko ustvarite valovno obliko AC katere koli oblike.

Morda tudi ne bi bila slaba ideja, da bi imeli na izhodu vsake od dveh izmeničnih vodov majhen induktor in po dveh induktorjih morda majhno kapacitivnost od enega do drugega voda. Induktorji bi omogočili, da se trenutni izhod nekoliko počasneje spreminja, kar bi strojni zaščiti pred prekomernim tokom omogočilo sprožitev v primeru kratkega stika.

Upoštevajte, da je na eni od slik 6 težkih žic. Ti gredo na 3 ločene baterijske otoke. Potem sta 2 težki žici, ki sta za napajanje 120vAC.