کارآمدترین اینورتر خورشیدی خارج از شبکه در جهان: 3 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:51

انرژی خورشیدی آینده است پانل ها می توانند برای چندین دهه دوام بیاورند. فرض کنید شما یک منظومه شمسی خارج از شبکه دارید. شما یخچال/فریزر و یک سری چیزهای دیگر دارید که می توانید در کابین زیبا و دور افتاده خود کار کنید. شما نمی توانید انرژی را دور بریزید! بنابراین ، شرم آور است که 6000 وات پنل های خورشیدی شما به عنوان مثال ، 5200 وات در خروجی AC در 40 سال آینده به پایان برسد. اگر بتوانید همه ترانسفورماتورها را از بین ببرید ، بنابراین اینورتر خورشیدی موج سینوسی خالص 6000 وات تنها چند پوند وزن دارد؟ اگر بتوانید تمام مدولاسیون عرض پالس را از بین ببرید و حداقل ترانزیستورها را حداقل تغییر دهید ، و همچنان یک اعوجاج هارمونیک بسیار کوچک داشته باشید؟

سخت افزار برای این کار چندان پیچیده نیست. شما فقط به مداری نیاز دارید که بتواند به طور مستقل 3 پل H جداگانه را کنترل کند. من یک قبض مواد برای مدار خود ، و همچنین نرم افزار و شماتیک/pcb برای اولین نمونه اولیه خود دارم. اگر به آدرس [email protected] برای من ایمیل کنید ، این موارد به صورت رایگان در دسترس هستند. من نمی توانم آنها را در اینجا ضمیمه کنم زیرا در قالب داده مورد نیاز نیستند. برای خواندن فایل های.sch و.pcb ، باید PCB Designspark را که رایگان است بارگیری کنید.

این دستورالعمل عمدتا نظریه عملیات را توضیح می دهد ، بنابراین شما می توانید این کار را تا زمانی که می توانید پل های H را در توالی های لازم تغییر دهید ، انجام دهید.

توجه: من به طور دقیق نمی دانم که آیا این کارآمدترین در جهان است یا خیر ، اما ممکن است بسیار خوب باشد (99.5 peak پیک بسیار خوب است) ، و کار می کند.

تدارکات:

باتری های سیکل عمیق 13 ، یا 13*2 ، یا 13*3 ، یا 13*4 ،… 12 ولت

یک مدار الکترونیکی بسیار اساسی که می تواند به طور مستقل 3 پل H را کنترل کند. من یک نمونه اولیه ساختم و خوشحالم که PCB و Schematic را به اشتراک می گذارم ، اما مطمئناً می توانید آن را متفاوت از نحوه انجام آن انجام دهید. همچنین در حال ساخت نسخه جدیدی از PCB هستم که اگر کسی بخواهد برای فروش قرار می گیرد.

مرحله 1: نظریه عملیات

آیا تا به حال توجه کرده اید که می توانید اعداد صحیح -13 ، -12 ، -11 ،… ، 11 ، 12 ، 13 را از

A*1 + B*3 + C*9

جایی که A ، B و C می توانند -1 ، 0 یا +1 باشند؟ به عنوان مثال ، اگر A = +1 ، B = -1 ، C = 1 ، دریافت می کنید

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

بنابراین ، کاری که ما باید انجام دهیم این است که 3 جزیره جدا از باتری بسازیم. در جزیره اول ، 9 باتری 12 ولت دارید. در جزیره بعدی 3 باتری 12 ولت دارید. در جزیره نهایی 1 باتری 12 ولت دارید. در تنظیمات خورشیدی ، این بدان معناست که دارای 3 MPPT جداگانه نیز هستید. (من به زودی یک دستورالعمل ارزان MPPT برای هر ولتاژ خواهم داشت). این معامله این روش است.

برای ایجاد 1+ روی پل کامل ، 1L را خاموش می کنید ، 1H را روشن می کنید ، 2H را خاموش می کنید و 2L را روشن می کنید.

برای ایجاد 0 در یک پل کامل ، 1L را خاموش می کنید ، 1H را روشن می کنید ، 2L را خاموش می کنید و 2H را روشن می کنید.

برای ایجاد -1 روی یک پل کامل ، 1H را خاموش می کنید ، 1L را روشن می کنید ، 2L را خاموش می کنید و 2H را روشن می کنید.

منظور من از 1H اولین mosfet سمت بالا ، 1L اولین mosfet سمت پایین و غیره است …

اکنون ، برای ایجاد موج سینوسی ، فقط پلهای H خود را از -13 به +13 تغییر دهید ، و بارها و بارها به -13 ، تا +13 کاهش دهید. تنها کاری که باید انجام دهید این است که مطمئن شوید زمان تعویض به گونه ای است که از -13 ، -12 ،… ، +12 ، +13 ، +12 ، +11 ،… ، -11 ، -12 ، - 13 در 1/60 ثانیه (1/50 ثانیه در اروپا!) ، و شما فقط باید تغییرات حالت ها را طوری ایجاد کنید که در واقع با شکل موج سینوسی مطابقت داشته باشد. شما اساساً در حال ساخت موج سینوسی از لگوهای اندازه 1 هستید.

این فرایند در واقع می تواند گسترش یابد تا بتوانید اعداد صحیح -40 ، -39 ،… ، +39 ، +40 را از

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

جایی که A ، B ، C و D می توانند -1 ، 0 یا +1 باشند. در این صورت ، شما می توانید در کل ، مثلاً از 40 باتری لیتیوم نیسان لیف استفاده کنید و 240vAC را به جای 120vAC تولید کنید. و در این مورد ، اندازه لگو بسیار کوچکتر است. در این حالت شما در مجموع 81 مرحله در موج سینوسی خود دریافت می کنید نه فقط 27 (-40 ،… ، +40 در مقابل -13 ،… ، +13).

این تنظیمات به ضریب توان حساس است. نحوه تقسیم قدرت بین 3 جزیره به ضریب قدرت مربوط می شود. این می تواند بر میزان وات مصرفی برای هر یک از 3 پنل خورشیدی جزیره تأثیر بگذارد. همچنین ، اگر ضریب قدرت شما واقعاً بد باشد ، ممکن است جزیره ای به طور متوسط بیشتر از تخلیه شارژ شود. بنابراین ، مهم است که مطمئن شوید ضریب قدرت شما وحشتناک نیست. وضعیت ایده آل برای این امر 3 جزیره با ظرفیت نامحدود خواهد بود.

مرحله 2: بنابراین ، چرا این کار بسیار متعفن است ؟

فرکانس سوئیچینگ به طرز مضحکی کند است. برای پل H که در حال تعویض 9 باتری به صورت سری است ، تنها 4 تغییر حالت در 1/60 ثانیه دارید. برای H-brirdge که 3 باتری را به صورت سری عوض می کند ، تنها 16 حالت تغییر در 1/60 ثانیه دارید. برای آخرین پل H ، 52 حالت در 1/60 ثانیه دارید. معمولاً ، در یک اینورتر ، mosfets با سرعت 100KHz یا حتی بیشتر تغییر می کند.

در مرحله بعد ، شما فقط به ماسفت هایی نیاز دارید که برای باتری های مربوطه رتبه بندی شده اند. بنابراین ، برای پل H تک باتری ، یک ولت 40 ولت بیش از حد ایمن خواهد بود. MOSFET های 40 ولت وجود دارد که مقاومت آنها کمتر از 0.001 اهم است. برای پل H 3 پل باتری ، می توانید با خیال راحت از mosfets 60 ولت استفاده کنید. برای پل H 9 پل باتری ، می توانید از mosfets 150 ولت استفاده کنید. به نظر می رسد که پل ولتاژ بالاتر کمترین زمان را تغییر می دهد ، که از نظر تلفات بسیار خطرناک است.

علاوه بر این ، هیچ سلف فیلتر بزرگ ، هیچ ترانسفورماتور و تلفات هسته مربوطه و غیره وجود ندارد …

مرحله 3: نمونه اولیه

در نمونه اولیه خود ، از میکروکنترلر dsPIC30F4011 استفاده کردم. اساساً فقط پورت هایی را که پل های H را در زمان مناسب کنترل می کنند تغییر می دهد. هیچ تأخیری در تولید ولتاژ معین وجود ندارد. هر ولتاژی که می خواهید در حدود 100 نانو ثانیه در دسترس است. برای تعویض منابع MOSFET می توانید از 12 DC/DC جداگانه 1 وات استفاده کنید. حداکثر قدرت حدود 10 کیلو وات است و شاید 6 یا 7 کیلو وات پیوسته. هزینه کل برای هر چیزی چند صد دلار است.

در واقع امکان تنظیم ولتاژ نیز وجود دارد. بیایید بگوییم که اجرای 3 پل H -H به صورت سری از -13 تا +13 باعث می شود شکل موج AC بسیار بزرگ باشد. فقط می توانید به جای آن از -12 تا +12 یا -11 تا +11 یا هر چیز دیگری را اجرا کنید.

یکی از موارد نرم افزاری که باید تغییر دهم این است که همانطور که در تصویر اسیلوسکوپ مشاهده می کنید ، زمان تغییر وضعیتی که من انتخاب کردم موج سینوسی را کاملاً متقارن نکرد. من فقط زمان بندی را در نزدیکی بالای شکل موج کمی تنظیم می کنم. زیبایی این روش این است که شما می توانید یک شکل موج AC با هر شکلی که می خواهید بسازید.

همچنین ممکن است ایده بدی نداشته باشد که در خروجی هر یک از 2 خط AC یک سلف کوچک داشته باشیم و شاید یک خازن کوچک از یکی از خطوط AC به خط دیگر ، پس از 2 سلف. سلف ها اجازه می دهند خروجی فعلی کمی کندتر تغییر کند و به محافظ بیش از حد سخت افزاری این فرصت را می دهد که در صورت اتصال کوتاه فعال شود.

توجه کنید که در یکی از تصاویر 6 سیم سنگین وجود دارد. آن ها به 3 جزیره جداگانه باتری می روند. سپس 2 سیم سنگین وجود دارد که برای قدرت 120vAC هستند.