Verdens mest effektive off-grid sol-inverter i verden: 3 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:25

Solenergi er fremtiden. Paneler kan holde i mange årtier. Lad os sige, at du har et off-grid solsystem. Du har et køleskab/fryser og en masse andre ting at køre i din smukke fjerntliggende kabine. Du har ikke råd til at smide energi! Så det er en skam, når dine 6000 watt solpaneler ender som f.eks. 5200 watt ved stikkontakten i de næste 40 år. Hvad hvis du kunne fjerne alle transformere, så en 6000 Watt ren sinusbølge -inverter ville veje kun et par kilo? Hvad hvis du kunne eliminere al pulsbreddemodulation og have et absolut minimalt skift af transistorer og stadig have en ekstremt lille total harmonisk forvrængning?

Hardwaren er ikke særlig kompliceret til dette. Du skal bare bruge et kredsløb, der uafhængigt kan styre 3 separate H-broer. Jeg har en stykliste til mit kredsløb, samt softwaren og skematisk/pcb til min første prototype. Disse er frit tilgængelige, hvis du sender mig en e -mail på [email protected]. Jeg kan ikke vedhæfte dem her, da de ikke er i det nødvendige dataformat. For at kunne læse.sch- og.pcb -filerne skal du downloade Designspark PCB, som er gratis.

Denne instruktive vil hovedsageligt forklare teorien om operationen, så du kan også lave dette, så længe du kan skifte disse H-broer i de nødvendige sekvenser.

Bemærk: Jeg ved ikke med sikkerhed, om dette er det mest effektive i verden, men det kan meget vel være (99,5% top er ret godt), og det virker.

Tilbehør:

13 eller 13*2 eller 13*3 eller 13*4,… 12v dybe cyklusbatterier

Et meget grundlæggende elektronisk kredsløb, der uafhængigt kan styre 3 H-broer. Jeg lavede en prototype, og jeg er glad for at dele PCB og skematisk, men du kan bestemt gøre det anderledes end hvordan jeg gjorde det. Jeg laver også en ny version af printkortet, der vil være til salg, hvis nogen ønsker det.

Trin 1: Teori om drift

Har du nogensinde bemærket, at du kan generere heltal -13, -12, -11, …, 11, 12, 13 fra

A*1 + B*3 + C*9

hvor A, B og C kan være -1, 0 eller +1? For eksempel, hvis A = +1, B = -1, C = 1, får du

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

Så hvad vi skal gøre er at lave 3 isolerede øer af batterier. På den første ø har du 9 12v batterier. På den næste ø har du 3 12v batterier. På den sidste ø har du 1 12v batteri. I et solcelleanlæg betyder det også at have 3 separate MPPT'er. (Jeg vil snart have en instruktion om en billig MPPT for enhver spænding). Det er en afvejning af denne metode.

For at lave +1 på en fuld bro, slukker du 1L, tænder 1H, slukker 2H og tænder 2L.

For at lave 0 på en fuld bro, slukker du 1L, tænder 1H, slukker 2L og tænder 2H.

For at lave -1 på en fuld bro, slukker du 1H, tænder 1L, slukker 2L og tænder 2H.

Med 1H mener jeg den første high side mosfet, 1L er den første low side mosfet osv …

For at lave en sinusbølge skifter du bare dine H -broer fra -13 til +13 og tilbage til -13, op til +13, igen og igen og igen. Alt du skal gøre er at sørge for, at tidspunktet for skiftet er udført, så du går fra -13, -12,…, +12, +13, +12, +11,…, -11, -12, - 13 på 1/60 sekund (1/50 sekund i europa!), Og du skal bare foretage ændringer af tilstande, så den faktisk stemmer overens med formen på en sinusbølge. Du bygger dybest set en sinusbølge ud af legoer i størrelse 1.

Denne proces kan faktisk udvides, så du kan generere heltalene -40, -39,…, +39, +40 fra

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

hvor A, B, C og D kan være -1, 0 eller +1. I så fald kan du i alt bruge f.eks. 40 Nissan Leaf lithiumbatterier og lave 240vAC frem for 120vAC. Og i så fald er legostørrelserne meget mindre. Du får i alt 81 trin i din sinusbølge i dette tilfælde frem for kun 27 (-40,…, +40 vs -13,…, +13).

Denne opsætning er følsom over for effektfaktor. Hvordan strømmen deler sig mellem de 3 øer hænger sammen med effektfaktoren. Det kan påvirke, hvor mange watt du skal afsætte til hver af de 3 ø -solpaneler. Hvis din effektfaktor er virkelig dårlig, er det også muligt for en ø i gennemsnit at opkræve mere end afladning. Så det er vigtigt at sikre, at din effektfaktor ikke er forfærdelig. Den ideelle situation for dette ville være 3 øer med uendelig kapacitet.

Trin 2: Så hvorfor er dette så stinkende effektivt ?

Skiftfrekvensen er latterligt langsom. For H-broen, der skifter de 9 batterier i serie, har du kun 4 tilstandsændringer på 1/60 sekund. For H-brirdge, der skifter de 3 batterier i serie, har du kun 16 tilstandsændringer på 1/60 sekund. For den sidste H-bro har du 52 tilstandsændringer på 1/60 sekund. Normalt skifter mosfeterne i en inverter ved måske 100KHz eller endda mere.

Dernæst har du kun brug for mosfets, der er klassificeret til deres respektive batterier. Så for H-broen med et enkelt batteri ville en 40v mosfet være mere end sikker. Der er 40v MOSFET'er derude, der har en ON -modstand på mindre end 0,001 Ohm. Til H-broen med 3 batterier kan du roligt bruge 60v mosfets. Til H-broen med 9 batterier kan du bruge 150v mosfets. Det viser sig, at broen med højere spænding skifter mindst ofte, hvilket er meget serendipitøst med hensyn til tab.

Derudover er der ingen store filterinduktorer, ingen transformere og de tilhørende kernetab osv …

Trin 3: Prototypen

På min prototype brugte jeg dsPIC30F4011 mikrokontroller. Det skifter stort set bare de porte, der styrer H-broerne på det relevante tidspunkt. Der er ingen forsinkelse for at generere en given spænding. Uanset hvilken spænding du ønsker, er den tilgængelig på cirka 100 nanosekunder. Du kan bruge 12 1-watt isolerede DC/DC'er til at skifte MOSFETs forbrugsvarer. Den samlede effekt er omkring 10kW peak, og måske 6 eller 7kw kontinuerlig. Den samlede pris er et par hundrede dollars for alt.

Det er faktisk også muligt at regulere spændingen. Lad os sige, at kørsel af de 3 H -broer i serie fra -13 til +13 gør AC -bølgeformen for stor. Du kan bare vælge at køre fra -12 til +12 i stedet eller -11 til +11 eller hvad som helst.

En software ting, jeg ville ændre, er, som du kan se fra oscilloskopbilledet, at ændringen af tilstanden, jeg valgte, ikke gjorde sinusbølgen helt symmetrisk. Jeg ville bare justere timingen nær toppen af bølgeformen en lille smule. Skønheden ved denne tilgang er, at du kan lave en AC -bølgeform i enhver form, du ønsker.

Det er måske heller ikke en dårlig idé at have en lille induktor på udgangen af hver af de 2 vekselstrømsledninger og måske en lille kapacitans fra en af vekselstrømsledningerne til den anden efter de 2 induktorer. Induktorerne ville tillade den nuværende output at ændre sig lidt langsommere, hvilket giver hardware overstrømsbeskyttelse en chance for at udløse i tilfælde af kortslutning.

Bemærk, at der er 6 tunge tråde i et af billederne. De går til de 3 separate batteriøer. Så er der 2 tunge ledninger, der er til 120vAC -strømmen.