Verdens mest effektive off-grid solcelleinverter: 3 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:20

Solkraft er fremtiden. Paneler kan vare i mange tiår. La oss si at du har et solsystem uten nett. Du har et kjøleskap/fryser og en haug med andre ting å kjøre på din vakre fjerntliggende hytte. Du har ikke råd til å kaste energi! Så det er synd når 6000 watt solcellepaneler ender opp som 5200 watt ved stikkontakten de neste 40 årene. Hva om du kunne eliminere alle transformatorer, så en 6000 Watt ren sinusbølgeomformer ville veie bare noen få kilo? Hva om du kunne eliminere all pulsbreddemodulasjon, og ha absolutt minimum bytte av transistorer, og fortsatt ha en ekstremt liten total harmonisk forvrengning?

Maskinvaren er ikke veldig komplisert for dette. Du trenger bare en krets som uavhengig kan styre 3 separate H-broer. Jeg har en materialliste for kretsen min, samt programvare og skjematisk/PCB for min første prototype. De er fritt tilgjengelige hvis du sender meg en e -post på [email protected]. Jeg kan ikke legge ved dem her siden de ikke er i det nødvendige dataformatet. For å lese.sch- og.pcb -filene må du laste ned Designspark PCB, som er gratis.

Dette instruerbare skal hovedsakelig forklare teorien om drift, så du kan lage dette også så lenge du kan bytte disse H-broene i de nødvendige sekvensene.

Merk: Jeg vet ikke sikkert om dette er det mest effektive i verden, men det kan godt være (99,5% topp er ganske bra), og det fungerer.

Rekvisita:

13, eller 13*2, eller 13*3, eller 13*4,… 12v dypsyklusbatterier

En veldig grunnleggende elektronisk krets som uavhengig kan styre 3 H-broer. Jeg lagde en prototype, og er glad for å dele PCB og skjematisk, men du kan sikkert gjøre det annerledes enn hvordan jeg gjorde det. Jeg lager også en ny versjon av kretskortet som vil være til salgs hvis noen vil ha det.

Trinn 1: Teori om drift

Har du noen gang lagt merke til at du kan generere heltallene -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 det vi trenger å gjøre er å lage tre isolerte øyer med batterier. På den første øya har du 9 12v batterier. På den neste øya har du 3 12v batterier. På den siste øya har du 1 12v batteri. I et soloppsett betyr det også å ha 3 separate MPPT -er. (Jeg vil snart ha en instruksjon om en billig MPPT for spenning). Det er en avveining av denne metoden.

For å gjøre +1 på en full bro, slår du av 1L, slår på 1H, slår av 2H og slår på 2L.

For å gjøre 0 på en full bro, slår du av 1L, slår på 1H, slår av 2L og slår på 2H.

For å gjøre -1 på en full bro, slår du av 1H, slår på 1L, slår av 2L og slår på 2H.

Med 1H mener jeg den første mosfetten på høy side, 1L er den første mosfetten på den lave siden, osv. …

For å lage en sinusbølge, bytter du bare H -broene fra -13 til +13, og tilbake til -13, opp til +13, igjen og igjen og igjen. Alt du trenger å gjøre er å sørge for at tidspunktet for byttet er gjort slik at du går fra -13, -12,…, +12, +13, +12, +11,…, -11, -12, - 13 på 1/60 sekund (1/50 sekund i Europa!), Og du må bare gjøre tilstandsendringer slik at den faktisk samsvarer med formen på en sinusbølge. Du bygger i utgangspunktet en sinusbølge av legoer i størrelse 1.

Denne prosessen kan faktisk utvides slik at du kan generere heltallene -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 fall kan du bruke totalt, for eksempel, 40 Nissan Leaf litiumbatterier og lage 240vAC i stedet for 120vAC. Og i så fall er legostørrelsene mye mindre. Du får totalt 81 trinn i sinusbølgen i dette tilfellet i stedet for bare 27 (-40,…, +40 vs -13,…, +13).

Dette oppsettet er følsomt for effektfaktor. Hvordan makten deler seg mellom de 3 øyene er relatert til effektfaktoren. Det kan påvirke hvor mange watt du bør sette av til hver av de tre øypanelene. Hvis strømfaktoren din også er veldig dårlig, er det mulig at en øy i gjennomsnitt lader mer enn å lade ut. Så det er viktig å sørge for at effektfaktoren din ikke er fryktelig. Den ideelle situasjonen for dette ville være 3 øyer med uendelig kapasitet.

Trinn 2: Så, hvorfor er dette så stinkende effektivt ?

Byttefrekvensen er latterlig langsom. For H-broen som bytter de 9 batteriene i serie, har du bare 4 tilstandsendringer på 1/60 sekund. For H-brirdge som bytter de 3 batteriene i serie, har du bare 16 tilstandsendringer på 1/60 sekund. For den siste H-broen har du 52 tilstandsendringer på 1/60 sekund. Vanligvis bytter mosfeter i en inverter på kanskje 100KHz eller enda mer.

Deretter trenger du bare mosfets som er klassifisert for sine respektive batterier. Så, for enkeltbatteriets H-bro, ville en 40v mosfet være mer enn trygg. Det er 40v MOSFETer der ute som har en PÅ -motstand på mindre enn 0,001 ohm. For H-broen med 3 batterier kan du trygt bruke 60v mosfets. For H-broen med 9 batterier kan du bruke 150v mosfets. Det viser seg at broen med høyere spenning bytter minst, noe som er veldig alvorlig når det gjelder tap.

Dessuten er det ingen store filterinduktorer, ingen transformatorer og tilhørende kjernetap osv …

Trinn 3: Prototypen

På prototypen min brukte jeg dsPIC30F4011 mikrokontroller. Det bytter i utgangspunktet bare portene som styrer H-broene på riktig tidspunkt. Det er ingen forsinkelse for å generere en gitt spenning. Uansett hvilken spenning du vil ha, er den tilgjengelig på omtrent 100 nanosekunder. Du kan bruke 12 1-watts isolerte DC/DC-er for å bytte MOSFET-rekvisita. Total effekt er rundt 10 kW topp, og kanskje 6 eller 7 kW kontinuerlig. Den totale kostnaden er noen få hundre dollar for alt.

Det er faktisk mulig å regulere spenning også. La oss si at å kjøre de 3 H -broene i serie fra -13 til +13 gjør AC -bølgeformen for stor. Du kan bare velge å kjøre fra -12 til +12 i stedet, eller -11 til +11, eller hva som helst.

En ting jeg ville endre på programvaren er, som du kan se fra oscilloskopbildet, at endringen av tilstanden jeg valgte ikke gjorde sinusbølgen helt symmetrisk. Jeg ville bare justere timingen nær toppen av bølgeformen litt. Det fine med denne tilnærmingen er at du kan lage en AC -bølgeform av hvilken som helst form du ønsker.

Det kan heller ikke være en dårlig idé å ha en liten induktor på utgangen til hver av de to AC -linjene, og kanskje en liten kapasitans fra en av AC -linjene til den andre, etter de 2 induktorene. Induktorene vil tillate at gjeldende utgang endres litt saktere, noe som gir maskinvarens overstrømsbeskyttelse en sjanse til å utløse i tilfelle kortslutning.

Legg merke til at det er 6 tunge ledninger i et av bildene. De går til de tre separate batteriøyene. Så er det 2 tunge ledninger som er for 120vAC -strømmen.