Dünyanın En Verimli Off-Grid Solar İnvertörü: 3 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:16

Güneş enerjisi gelecek. Paneller onlarca yıl dayanabilir. Diyelim ki şebekeden bağımsız bir güneş sisteminiz var. Bir buzdolabınız/dondurucunuz ve güzel uzak kabininizde çalıştırmak için bir sürü başka şeyiniz var. Enerjiyi atmayı göze alamazsınız! Bu nedenle, 6000 watt'lık güneş panelinizin önümüzdeki 40 yıl boyunca AC prizinde örneğin 5200 watt olarak bitmesi çok yazık. Ya tüm transformatörleri ortadan kaldırabilseydiniz, böylece 6000 Watt'lık bir saf sinüs dalgalı güneş inverteri sadece birkaç pound ağırlığında olurdu? Ya tüm darbe genişlik modülasyonunu ortadan kaldırabilirseniz ve transistörlerde kesinlikle minimum anahtarlamaya sahipseniz ve yine de son derece küçük bir toplam harmonik bozulmaya sahipseniz?

Donanım bunun için çok karmaşık değil. Sadece 3 ayrı H köprüsünü bağımsız olarak kontrol edebilen bir devreye ihtiyacınız var. Devrem için bir malzeme listesinin yanı sıra ilk prototipim için yazılım ve şematik/pcb var. Bana [email protected] adresinden e-posta gönderirseniz bunlar ücretsiz olarak kullanılabilir. Gerekli veri formatında olmadıkları için buraya ekleyemiyorum..sch ve.pcb dosyalarını okuyabilmek için ücretsiz olan Designspark PCB'yi indirmeniz gerekmektedir.

Bu talimat esas olarak çalışma teorisini açıklayacaktır, bu nedenle bu H-köprülerini gerekli sıralarda değiştirebildiğiniz sürece bunu da yapabilirsiniz.

Not: Bunun dünyadaki en verimli olup olmadığından emin değilim, ancak çok iyi olabilir (%99,5 tepe noktası oldukça iyi) ve işe yarıyor.

Gereçler:

13 veya 13*2 veya 13*3 veya 13*4, … 12v derin döngülü piller

3 H köprüsünü bağımsız olarak kontrol edebilen çok basit bir elektronik devre. Bir prototip yaptım ve PCB ve Şemayı paylaşmaktan mutluluk duyuyorum, ancak kesinlikle benim yaptığımdan farklı bir şekilde yapabilirsiniz. Ayrıca, isteyen olursa satılacak olan PCB'nin yeni bir versiyonunu yapıyorum.

Adım 1: Çalışma Teorisi

-13, -12, -11, …, 11, 12, 13 tamsayılarını oluşturabileceğinizi hiç fark ettiniz mi?

A*1 + B*3 + C*9

nerede A, B ve C -1, 0 veya +1 olabilir? Örneğin, A = +1, B = -1, C = 1 ise,

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

Yani yapmamız gereken 3 izole pil adası yapmak. İlk adada 9 adet 12v piliniz var. Bir sonraki adada 3 adet 12v piliniz var. Son adada 1 12v piliniz var. Bir güneş enerjisi kurulumunda bu, aynı zamanda 3 ayrı MPPT'ye sahip olmak anlamına gelir. (Çok yakında herhangi bir voltaj için ucuz bir MPPT hakkında bir talimatım olacak). Bu, bu yöntemin bir karşılığıdır.

Tam köprüde +1 yapmak için 1L'yi kapatır, 1H'yi açar, 2H'yi kapatır ve 2L'yi açarsınız.

Tam köprüde 0 yapmak için 1L'yi kapatır, 1H'yi açar, 2L'yi kapatır ve 2H'yi açarsınız.

Tam köprüde -1 yapmak için 1H'yi kapatır, 1L'yi açar, 2L'yi kapatır ve 2H'yi açarsınız.

1H ile ilk yüksek taraf mosfetini kastediyorum, 1L ilk düşük taraf mosfeti, vb…

Şimdi, bir sinüs dalgası oluşturmak için, H-köprülerinizi tekrar tekrar -13'ten +13'e ve tekrar -13'e, +13'e kadar değiştirmeniz yeterlidir. Tek yapmanız gereken, geçiş zamanlamasının -13, -12, …, +12, +13, +12, +11, …, -11, -12, - arasında olacak şekilde yapıldığından emin olmaktır. 13'ü 1/60 saniye (Avrupa'da 1/50 saniye!) Temel olarak 1 boyutundaki legolardan bir sinüs dalgası oluşturuyorsunuz.

Bu işlem aslında genişletilebilir, böylece -40, -39, …, +39, +40 tamsayılarını oluşturabilirsiniz.

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

burada A, B, C ve D -1, 0 veya +1 olabilir. Bu durumda, toplamda 40 adet Nissan Leaf lityum pil kullanabilir ve 120vAC yerine 240vAC yapabilirsiniz. Ve bu durumda, lego boyutları çok daha küçüktür. Bu durumda sinüs dalganızda sadece 27 (-40, …, +40 vs -13, …, +13) yerine toplam 81 adım alırsınız.

Bu kurulum güç faktörüne duyarlıdır. Gücün 3 ada arasında nasıl bölündüğü, güç faktörü ile ilgilidir. Bu, 3 ada güneş panelinin her biri için kaç watt ayırmanız gerektiğini etkileyebilir. Ayrıca, güç faktörünüz gerçekten kötüyse, bir adanın ortalama olarak deşarj olmaktan daha fazla şarj olması mümkündür. Bu nedenle, güç faktörünüzün korkunç olmadığından emin olmak önemlidir. Bunun için ideal durum, sonsuz kapasiteli 3 ada olacaktır.

Adım 2: Peki, Bu Neden Bu Kadar Kokuşmuş Verimli?

Anahtarlama frekansı gülünç derecede yavaştır. 9 pili seri olarak değiştiren H köprüsü için 1/60 saniyede yalnızca 4 durum değişikliğiniz olur. 3 pili seri olarak değiştiren H köprüsü için 1/60 saniyede yalnızca 16 durum değişikliğiniz olur. Son H köprüsü için 1/60 saniyede 52 durum değişikliğiniz var. Genellikle, bir invertörde, mosfetler belki 100KHz veya daha fazlasında değişiyor.

Ardından, yalnızca ilgili pilleri için derecelendirilmiş mosfetlere ihtiyacınız var. Bu nedenle, tek pilli H köprüsü için 40v'lik bir mosfet daha güvenli olacaktır. 0,001 Ohm'dan daha az AÇIK direncine sahip 40v MOSFET'ler var. 3 pilli H-bridge için 60v mosfetleri güvenle kullanabilirsiniz. 9 pil H köprüsü için 150v mosfet kullanabilirsiniz. Daha yüksek voltaj köprüsünün en az sıklıkta değiştiği ve kayıplar açısından çok tesadüfi olduğu ortaya çıktı.

Dahası, büyük filtre indüktörleri, transformatörler ve ilgili çekirdek kayıpları vb. yoktur.

Adım 3: Prototip

Prototipimde dsPIC30F4011 mikro denetleyicisini kullandım. Temel olarak H-köprülerini kontrol eden portları uygun zamanda değiştirir. Belirli bir voltajı üretmek için gecikme yoktur. İstediğiniz voltaj yaklaşık 100 nanosaniyede mevcuttur. MOSFET sarf malzemelerini değiştirmek için 12 adet 1 watt izole DC/DC kullanabilirsiniz. Toplam güç derecesi yaklaşık 10kW tepe ve belki de 6 veya 7kw süreklidir. Toplam maliyet, her şey için birkaç yüz dolar.

Aslında voltajı da düzenlemek mümkündür. Diyelim ki 3 H-köprülerini -13'ten +13'e seri olarak çalıştırmanın AC dalga biçimini çok büyük hale getirdiğini varsayalım. Bunun yerine -12'den +12'ye veya -11'den +11'e kadar koşmayı seçebilirsiniz.

Değiştireceğim yazılımlardan biri, osiloskop resminden de görebileceğiniz gibi, seçtiğim durum değişikliği zamanlaması sinüs dalgasını tamamen simetrik yapmadı. Sadece dalga formunun tepesine yakın zamanlamayı biraz ayarlardım. Bu yaklaşımın güzelliği, istediğiniz herhangi bir şekilde bir AC dalga formu oluşturabilmenizdir.

Ayrıca 2 AC hattının her birinin çıkışında küçük bir indüktör ve 2 indüktörden sonra AC hatlarından birinden diğerine küçük bir kapasitans olması da kötü bir fikir olmayabilir. İndüktörler, akım çıkışının biraz daha yavaş değişmesine izin vererek, donanım aşırı akım korumasına kısa devre durumunda tetikleme şansı verir.

Resimlerden birinde 6 ağır tel olduğuna dikkat edin. Bunlar 3 ayrı pil adasına gider. Sonra 120vAC gücü için 2 ağır kablo var.