Världens effektivaste off-grid solomriktare i världen: 3 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:36

Solenergi är framtiden. Paneler kan hålla i många decennier. Låt oss säga att du har ett solsystem utanför nätet. Du har ett kylskåp/frys och en massa andra saker att köra på din vackra fjärrstuga. Du har inte råd att slänga energi! Så det är synd när dina 6000 watt solpaneler hamnar som, säg, 5200 watt vid nätuttaget under de kommande 40 åren. Tänk om du kunde eliminera alla transformatorer, så en 6000 Watt ren sinusvågsinverter skulle väga bara några kilo? Vad händer om du skulle kunna eliminera all pulsbreddsmodulering och ha en absolut minimal omkoppling av transistorerna och fortfarande ha en extremt liten total harmonisk distorsion?

Hårdvaran är inte särskilt komplicerad för detta. Du behöver bara en krets som oberoende kan styra 3 separata H-broar. Jag har en faktura för min krets, samt mjukvaran och schemat/PCB för min första prototyp. De är fritt tillgängliga om du mailar mig till [email protected]. Jag kan inte bifoga dem här eftersom de inte har det nödvändiga dataformatet. För att kunna läsa.sch- och.pcb -filerna måste du ladda ner Designspark PCB, som är gratis.

Detta instruerbara kommer huvudsakligen att förklara teorin om drift, så du kan göra detta också så länge du kan byta dessa H-broar i de nödvändiga sekvenserna.

Obs: Jag vet inte säkert om detta är det mest effektiva i världen, men det kan mycket väl vara (99,5% topp är ganska bra), och det fungerar.

Tillbehör:

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

En mycket grundläggande elektronisk krets som självständigt kan styra 3 H-broar. Jag gjorde en prototyp och delar gärna PCB och schemat, men du kan verkligen göra det annorlunda än hur jag gjorde det. Jag gör också en ny version av kretskortet som kommer att säljas om någon vill ha det.

Steg 1: Operationsteori

Har du någonsin märkt att du kan generera heltal -13, -12, -11, …, 11, 12, 13 från

A*1 + B*3 + C*9

där A, B och C kan vara -1, 0 eller +1? Till exempel, om A = +1, B = -1, C = 1, får du

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

Så vad vi behöver göra är att göra tre isolerade öar med batterier. På den första ön har du 9 12V batterier. På nästa ö har du 3 12V batterier. På den sista ön har du 1 12v batteri. I en solinstallation betyder det också att ha tre separata MPPT: er. (Jag kommer snart att ha en instruktion om en billig MPPT för spänning). Det är en avvägning av denna metod.

För att göra +1 på en hel bro stänger du av 1L, slår på 1H, stänger av 2H och slår på 2L.

För att göra 0 på en hel bro stänger du av 1L, slår på 1H, stänger av 2L och slår på 2H.

För att göra -1 på en hel bro stänger du av 1H, slår på 1L, stänger av 2L och slår på 2H.

Med 1H menar jag den första högsidan mosfet, 1L är den första låga sidan mosfet, etc …

Nu, för att göra en sinusvåg, byter du bara dina H -broar från -13 till +13, och tillbaka till -13, upp till +13, om och om igen och om igen. Allt du behöver göra är att se till att tidpunkten för omkopplingen görs så att du går från -13, -12,…, +12, +13, +12, +11,…, -11, -12, - 13 på 1/60 sekund (1/50 sekund i Europa!), Och du måste bara göra tillståndsändringar så att det faktiskt överensstämmer med formen på en sinusvåg. Du bygger i princip en sinusvåg av legos av storlek 1.

Denna process kan faktiskt förlängas så att du kan generera heltal -40, -39, …, +39, +40 från

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

där A, B, C och D kan vara -1, 0 eller +1. I så fall kan du använda totalt, till exempel, 40 Nissan Leaf litiumbatterier och göra 240vAC i stället för 120vAC. Och i så fall är legostorlekarna mycket mindre. Du får totalt 81 steg i din sinusvåg i detta fall snarare än bara 27 (-40,…, +40 vs -13,…, +13).

Denna inställning är känslig för effektfaktor. Hur kraften delar sig mellan de 3 öarna är relaterat till effektfaktorn. Det kan påverka hur många watt du ska avsätta för var och en av de tre öns solpaneler. Om din effektfaktor är riktigt dålig är det också möjligt för en ö att i genomsnitt ladda mer än att ladda ur. Så det är viktigt att se till att din effektfaktor inte är hemsk. Den idealiska situationen för detta skulle vara 3 öar med oändlig kapacitet.

Steg 2: Så varför är detta så stinkande effektivt ?

Växlingsfrekvensen är löjligt långsam. För H-bron som växlar de 9 batterierna i serie har du bara 4 tillståndsändringar på 1/60 sekund. För H-brigg som byter de 3 batterierna i serie har du bara 16 tillståndsändringar på 1/60 sekund. För den sista H-bron har du 52 tillståndsändringar på 1/60 sekund. Vanligtvis, i en växelriktare, växlar mosfeterna vid kanske 100KHz eller ännu mer.

Därefter behöver du bara mosfets som är klassade för sina respektive batterier. Så, för det enda batteriet H-bridge, skulle en 40v mosfet vara mer än säker. Det finns 40v MOSFET där ute som har ett PÅ -motstånd på mindre än 0,001 ohm. För H-bryggan med tre batterier kan du säkert använda 60v mosfets. För H-bryggan med 9 batterier kan du använda 150v mosfets. Det visar sig att bron med högre spänning växlar minst ofta, vilket är mycket allvarligt när det gäller förluster.

Dessutom finns det inga stora filterinduktorer, inga transformatorer och tillhörande kärnförluster osv …

Steg 3: Prototypen

På min prototyp använde jag dsPIC30F4011 mikrokontroller. Det växlar i princip bara portarna som styr H-broarna vid lämplig tidpunkt. Det finns ingen fördröjning för att generera en given spänning. Vilken spänning du än vill ha är tillgänglig på cirka 100 nanosekunder. Du kan använda 12 1-watts isolerade DC/DC för att byta MOSFET-förbrukningsmaterial. Den totala effekten är cirka 10 kW topp, och kanske 6 eller 7 kW kontinuerlig. Den totala kostnaden är några hundra dollar för allt.

Det är faktiskt möjligt att reglera spänningen också. Låt oss säga att körning av 3 H -broar i serie från -13 till +13 gör AC -vågformen för stor. Du kan bara välja att köra från -12 till +12 istället, eller -11 till +11, eller vad som helst.

En sak som jag skulle ändra på programvaran är, som du kan se från oscilloskopbilden, att den tidsändring som jag valde inte gjorde sinusvågan helt symmetrisk. Jag skulle bara justera timingen nära toppen av vågformen lite. Det fina med detta tillvägagångssätt är att du kan göra en AC -vågform av vilken form du vill.

Det kanske inte heller är en dålig idé att ha en liten induktor på utgången för var och en av de två växelströmsledningarna, och kanske en liten kapacitans från en av växelströmsledningarna till den andra, efter de två induktorerna. Induktorerna skulle tillåta strömutgången att förändras lite långsammare, vilket ger maskinvarans överströmskydd en chans att utlösa vid kortslutning.

Lägg märke till att det finns 6 tunga trådar i en av bilderna. De går till de tre separata batteriöarna. Sedan finns det 2 tunga ledningar som är för 120vAC -effekten.