A világ leghatékonyabb, hálózaton kívüli napelemes invertere: 3 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

A napenergia a jövő. A panelek sok évtizedig tarthatnak. Tegyük fel, hogy van egy hálózaton kívüli naprendszere. Van egy hűtőszekrény/fagyasztó, és egy csomó egyéb cucc, amellyel a gyönyörű távoli kabinban futhat. Nem engedheti meg magának, hogy kidobja az energiát! Szóval kár, ha a 6000 wattos napelemek a következő 40 év során mondjuk 5200 wattnak számítanak a hálózati aljzatban. Mi lenne, ha megszüntetné az összes transzformátort, így egy 6000 wattos tiszta szinuszhullámú napelemes inverter csak néhány kilót nyomna? Mi lenne, ha kiküszöbölné az összes impulzusszélesség -modulációt, és minimálisan kapcsolná a tranzisztorokat, és mégis rendkívül kicsi lenne a teljes harmonikus torzítás?

A hardver nem túl bonyolult ehhez. Csak egy olyan áramkörre van szüksége, amely önállóan vezérelhet 3 különálló H-hidat. Van egy anyagjegyzékem az áramkörömhöz, valamint az első prototípushoz tartozó szoftver és vázlatos/pcb. Ezek szabadon elérhetők, ha e -mailt küld a [email protected] címre. Nem tudom ide csatolni őket, mivel nem a szükséges adatformátumban vannak. A.sch és.pcb fájlok elolvasásához le kell töltenie a Designspark PCB -t, amely ingyenes.

Ez az utasítás elsősorban a működés elméletét fogja megmagyarázni, így ezt is megteheti, amíg át tudja kapcsolni ezeket a H-hidakat a szükséges sorrendben.

Megjegyzés: Nem tudom biztosan, hogy ez a leghatékonyabb -e a világon, de nagyon is lehet (99,5% -os csúcs nagyon jó), és működik.

Kellékek:

13, vagy 13*2, vagy 13*3, vagy 13*4,… 12V mélyciklusú akkumulátorok

Egy nagyon egyszerű elektronikus áramkör, amely önállóan képes 3 H-hidat vezérelni. Készítettem egy prototípust, és örömmel osztom meg a PCB -t és a Schematic -et, de biztosan másképp is csinálhatja, mint én. Én is készítek egy új verziót a NYÁK -ból, ami eladó lesz, ha valaki akarja.

1. lépés: A működés elmélete

Észrevette már, hogy a -13, -12, -11,…, 11, 12, 13 egész számokat előállíthatja

A*1 + B*3 + C*9

ahol A, B és C lehet -1, 0 vagy +1? Például, ha A = +1, B = -1, C = 1, akkor kap

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

Tehát, amit meg kell tennünk, készítsünk 3 szigetelt elemet. Az első szigeten 9 db 12V -os elem van. A következő szigeten 3 db 12V -os elem van. A végső szigeten van 1 12V -os akkumulátor. A napelemes rendszerben ez azt is jelenti, hogy 3 különálló MPPT -vel rendelkezik. (Hamarosan lesz egy instrukcióm egy olcsó MPPT -n bármilyen feszültségre). Ez a módszer kompromisszuma.

Ha teljes hídon +1 -et szeretne adni, kapcsolja ki az 1L -t, kapcsolja be az 1H -t, kapcsolja ki a 2H -t és kapcsolja be a 2L -t.

Ha egy teljes hídon 0 akar lenni, kapcsolja ki az 1L -t, kapcsolja be az 1H -t, kapcsolja ki a 2L -t és kapcsolja be a 2H -t.

Ha teljes hídon -1 akar lenni, kapcsolja ki az 1H -t, kapcsolja be az 1L -t, kapcsolja ki a 2L -t és kapcsolja be a 2H -t.

1H alatt az első magas oldali mosfetre gondolok, az 1L az első alacsony oldali mosfetre stb.

Most, hogy szinusz hullámot állítson be, csak kapcsolja át a H -hidakat -13 -ról +13 -ra, és vissza -13 -ra, +13 -ra, újra és újra. Mindössze annyit kell tennie, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a kapcsolás időzítése úgy történt, hogy -13, -12,…, +12, +13, +12, +11,…, -11, -12, - 13 1/60 másodperc alatt (Európában 1/50 másodperc!), És csak meg kell változtatnia az állapotokat, hogy valóban megfeleljen a szinuszhullám alakjának. Alapvetően szinuszhullámot épít az 1 -es méretű legókból.

Ez a folyamat valójában kibővíthető, így a -40, -39,…, +39, +40 egész számokat generálhatja

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

ahol A, B, C és D lehet -1, 0 vagy +1. Ebben az esetben összesen mondjuk 40 Nissan Leaf lítium akkumulátort használhat, és 240 VAC -ot készíthet 120 VAC helyett. És ebben az esetben a lego méretei sokkal kisebbek. Ebben az esetben összesen 81 lépést kap a szinuszhullámban, nem pedig 27 -et (-40,…, +40 vs -13,…, +13).

Ez a beállítás érzékeny a teljesítménytényezőre. Az, hogyan oszlik meg a hatalom a 3 sziget között, a teljesítménytényezőtől függ. Ez befolyásolhatja, hogy hány wattot kell félretenni a három szigeten található napelem mindegyikére. Továbbá, ha a teljesítménytényezője nagyon rossz, akkor előfordulhat, hogy egy sziget átlagosan többet tölt, mint lemerül. Tehát fontos, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a teljesítménytényező nem szörnyű. Az ideális helyzet 3 végtelen kapacitású sziget lenne.

2. lépés: Akkor miért olyan büdös ez a hatás ?

A kapcsolási frekvencia nevetségesen lassú. A H-híd esetében, amely sorba kapcsolja a 9 elemet, mindössze 4 állapotváltozás van 1/60 másodperc alatt. A 3 akkumulátort sorba kapcsoló H-brirdge esetében csak 16 állapotváltozás van 1/60 másodperc alatt. Az utolsó H-hídnál 52 állapotváltozás következik be 1/60 másodperc alatt. Általában egy inverterben a mosfets talán 100KHz -en vagy még többen kapcsol.

Ezután csak olyan mosfetre van szüksége, amelyet az adott akkumulátorra méreteztek. Tehát az egyetlen akkumulátoros H-híd esetében a 40 V-os mosfet több mint biztonságos lenne. Vannak 40 V -os MOSFET -ek, amelyek ON ellenállása kisebb, mint 0,001 Ohm. A 3 elemes H-hídhoz biztonságosan használhat 60 V-os mosfet. A 9 elemes H-hídhoz 150 V-os mosfet használhat. Kiderül, hogy a legmagasabb feszültségű híd kapcsol a legritkábban, ami a veszteségek szempontjából nagyon szerencsés.

Sőt, nincsenek nagy szűrőinduktorok, nincs transzformátor, és a kapcsolódó magveszteségek stb.

3. lépés: A prototípus

A prototípusomon a dsPIC30F4011 mikrokontrollert használtam. Alapvetően csak a megfelelő időben kapcsolja át a H-hidakat vezérlő portokat. Az adott feszültség előállításához nincs késés. A kívánt feszültség körülbelül 100 nanosekundum alatt elérhető. A MOSFET-tápegységek váltásához 12 db 1 wattos szigetelt DC/DC-t használhat. A teljes teljesítmény 10 kW körüli csúcs, és talán 6 vagy 7 kW folyamatos. A teljes költség néhány száz dollár mindenre.

Valójában lehetőség van a feszültség szabályozására is. Tegyük fel, hogy a 3 H -híd sorozatban történő futtatása -13 és +13 között túl nagyra teszi az AC hullámformát. Választhat, hogy -12 és +12 között, vagy -11 és +11 között fut, vagy bármi más.

Egy szoftveres dolgon változtatnék, amint az oszcilloszkóp képéből is látszik, az általam kiválasztott állapotváltási időzítés nem tette teljesen szimmetrikussá a szinuszhullámot. Csak egy kicsit módosítanám az időzítést a hullámforma teteje közelében. Ennek a megközelítésnek a szépsége az, hogy tetszőleges alakú AC hullámformát készíthet.

Az is lehet, hogy nem rossz ötlet, ha a két váltakozó áramú vonal mindegyikének kimenetén van egy kis induktor, és talán egy kis kapacitás az egyik váltakozó áramú vonalról a másikra, a két induktivitás után. Az induktorok lehetővé tennék, hogy az áramkimenet egy kicsit lassabban változzon, így a hardver túláramvédelme rövidzárlat esetén kiváltható.

Vegye figyelembe, hogy az egyik képen 6 nehéz vezeték található. Ezek a 3 különálló akkumulátor -szigetre mennek. Aztán van 2 nehéz vezeték, amelyek a 120 VAC tápellátásra szolgálnak.