Maailman tehokkain aurinkosähköinen invertteri: 3 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

Aurinkoenergia on tulevaisuutta. Paneelit voivat kestää useita vuosikymmeniä. Oletetaan, että sinulla on verkon ulkopuolinen aurinkokunta. Sinulla on jääkaappi/pakastin ja joukko muuta tavaraa ajaa kauniissa etämökissäsi. Sinulla ei ole varaa heittää energiaa pois! Joten on sääli, kun 6000 watin aurinkopaneelisi päätyvät esimerkiksi 5200 watiksi pistorasiaan seuraavan 40 vuoden ajan. Mitä jos voisit poistaa kaikki muuntajat, joten 6000 watin puhdas siniaalto -aurinkosuuntaaja painaa vain muutaman kilon? Entä jos voisit poistaa kaiken pulssinleveyden modulaation ja transistorien minimikytkentä olisi ehdottoman vähäinen ja silti vielä erittäin pieni kokonaisharmoninen vääristymä?

Laitteisto ei ole kovin monimutkainen tähän. Tarvitset vain piirin, joka voi itsenäisesti ohjata 3 erillistä H-siltaa. Minulla on joukko materiaaleja piiriini, samoin kuin ohjelmisto ja kaavio/piirilevy ensimmäiselle prototyypilleni. Ne ovat vapaasti saatavilla, jos lähetät minulle sähköpostia osoitteeseen [email protected]. En voi liittää niitä tähän, koska ne eivät ole vaaditussa tietomuodossa. Jos haluat lukea.sch- ja.pcb -tiedostoja, sinun on ladattava ilmainen Designspark -piirilevy.

Tämä opas selittää pääasiassa toimintateorian, joten voit tehdä tämän myös niin kauan kuin voit vaihtaa nämä H-sillat tarvittavissa sekvensseissä.

Huomautus: En tiedä varmasti, onko tämä maailman tehokkain, mutta se saattaa hyvinkin olla (99,5% huippu on melko hyvä), ja se toimii.

Tarvikkeet:

13 tai 13*2 tai 13*3 tai 13*4,… 12v syväkierrosparistot

Hyvin yksinkertainen elektroninen piiri, joka voi hallita itsenäisesti 3 H-siltaa. Tein prototyypin ja jaan mielelläni piirilevyn ja kaavion, mutta voit varmasti tehdä sen eri tavalla kuin minä. Teen myös PCB: stä uuden version, joka tulee myyntiin, jos joku sitä haluaa.

Vaihe 1: Toimintateoria

Oletko koskaan huomannut, että voit luoda kokonaislukuja -13, -12, -11,…, 11, 12, 13

A*1 + B*3 + C*9

missä A, B ja C voivat olla -1, 0 tai +1? Jos esimerkiksi A = +1, B = -1, C = 1, saat

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

Meidän on siis tehtävä kolme eristettyä paristosaarta. Ensimmäisellä saarella on 9 12 voltin akkua. Seuraavalla saarella sinulla on 3 12 voltin akkua. Viimeisellä saarella sinulla on 1 12 voltin akku. Aurinkokennossa tämä tarkoittaa myös 3 erillistä MPPT: tä. (Minulla on opastettava halvalla MPPT tahansa jännite hyvin pian). Se on tämän menetelmän kompromissi.

Jos haluat antaa +1 täydellä sillalla, sammuta 1L, kytke 1H päälle, sammuta 2H ja kytke 2L päälle.

Jos haluat tehdä 0 täydellä sillalla, sammuta 1L, kytke 1H päälle, sammuta 2L ja kytke 2H päälle.

Jos haluat tehdä -1 täydellä sillalla, sammuta 1H, kytke 1L päälle, sammuta 2L ja kytke 2H päälle.

1H: lla tarkoitan ensimmäistä korkean sivun mosfetia, 1L on ensimmäinen matalan sivun mosfet jne.

Nyt tehdäksesi siniaaltoa, vaihda vain H -sillat -13: sta +13: een ja takaisin -13: een, +13: een, uudestaan ja uudestaan. Sinun tarvitsee vain varmistaa, että vaihdon ajoitus on tehty niin, että siirryt väliltä -13, -12,…, +12, +13, +12, +11,…, -11, -12, - 13 1/60 sekunnissa (1/50 sekuntia Euroopassa!), Ja sinun on vain tehtävä tilojen muutokset niin, että se todella vastaa siniaaltoa. Rakennat pohjimmiltaan siniaaltoa koosta 1.

Tätä prosessia voidaan itse asiassa laajentaa niin, että voit luoda kokonaislukuja -40, -39,…, +39, +40

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

jossa A, B, C ja D voivat olla -1, 0 tai +1. Siinä tapauksessa voit käyttää yhteensä esimerkiksi 40 Nissan Leaf -litiumparistoa ja tehdä 240 voltin sijasta 120 voltin. Ja siinä tapauksessa lego -koot ovat paljon pienempiä. Sinulla on yhteensä 81 askelta siniaallossasi tässä tapauksessa eikä vain 27 (-40,…, +40 vs -13,…, +13).

Tämä asetus on herkkä tehokerroimelle. Tehon jakautuminen kolmen saaren kesken riippuu tehokerroimesta. Tämä voi vaikuttaa siihen, kuinka monta wattia sinun pitäisi varata kullekin 3 saaren aurinkopaneelille. Lisäksi, jos tehokerroin on todella huono, on mahdollista, että saari keskimäärin lataa enemmän kuin purkaa. Joten on tärkeää varmistaa, että tehokerroin ei ole kauhea. Ihanteellinen tilanne tähän olisi kolme ääretön kapasiteetin saarta.

Vaihe 2: Miksi tämä on niin haisevaa?

Kytkentätaajuus on naurettavan hidas. H-sillassa, joka vaihtaa 9 paristoa sarjassa, sinulla on vain 4 tilan muutosta 1/60 sekunnissa. H-brirdgessä, joka vaihtaa kolmea paristoa sarjassa, sinulla on vain 16 tilan muutosta 1/60 sekunnissa. Viimeisen H-sillan osalta sinulla on 52 tilamuutosta 1/60 sekunnissa. Yleensä invertterissä mosfetit vaihtavat ehkä 100 kHz: n taajuudella tai jopa enemmän.

Seuraavaksi tarvitset vain niiden akkujen luokiteltuja mosfetteja. Joten yhden akun H-sillan osalta 40 voltin mosfet olisi enemmän kuin turvallinen. Siellä on 40 voltin MOSFET -laitteita, joiden ON -vastus on alle 0,001 ohmia. Kolmen akun H-siltaa varten voit käyttää turvallisesti 60 voltin mosfetteja. Yhdeksän akun H-siltaa varten voit käyttää 150 voltin mosfetteja. Osoittautuu, että korkeamman jännitteen silta kytkeytyy vähiten, mikä on häviämisen kannalta erittäin edullista.

Lisäksi ei ole suuria suodattimia, muuntajia ja niihin liittyviä ydinhäviöitä jne.

Vaihe 3: Prototyyppi

Prototyypissä käytin dsPIC30F4011 -mikrokontrolleria. Se periaatteessa vain vaihtaa portteja, jotka ohjaavat H-siltoja oikeaan aikaan. Tietyn jännitteen tuottamisessa ei ole viivettä. Mikä tahansa jännite on käytettävissä noin 100 nanosekunnissa. Voit käyttää 12 1 watin eristettyä DC/DC-laitetta MOSFET-tarvikkeiden vaihtamiseen. Kokonaisteho on noin 10 kW huippu ja ehkä 6 tai 7 kW jatkuva. Kokonaiskustannukset ovat muutama sata dollaria kaikesta.

On myös mahdollista säätää jännitettä. Oletetaan, että kolmen H -sillan käyttäminen sarjassa välillä -13 -+13 tekee AC -aaltomuodosta liian suuren. Voit halutessasi ajaa välillä -12 -+12 tai -11 -+11 tai mitä tahansa.

Yksi ohjelmisto, jonka haluaisin muuttaa, on, kuten voit nähdä oskilloskooppikuvasta, valitsemani tilamuutoksen ajoitus ei tehnyt siniaaltoa täysin symmetriseksi. Säätäisin vain ajoitusta lähellä aaltomuodon yläosaa. Tämän lähestymistavan kauneus on, että voit tehdä minkä tahansa muotoisen AC -aaltomuodon.

Ei myöskään ole huono idea, että jokaisen 2 AC -linjan ulostulossa on pieni induktori ja ehkä pieni kapasitanssi yhdestä AC -linjasta toiseen kahden induktorin jälkeen. Induktorit sallisivat nykyisen lähdön muuttua hieman hitaammin, jolloin laitteiston ylivirtasuoja saa mahdollisuuden laukaista oikosulun sattuessa.

Huomaa, että yhdessä kuvassa on 6 raskasta johtoa. Ne menevät 3 erilliselle akkusaarelle. Sitten on 2 raskasta johtoa, jotka on tarkoitettu 120 voltin teholle.