Inversor solar fora de xarxa més eficient del món: 3 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:10

L’energia solar és el futur. Els panells poden durar moltes dècades. Suposem que teniu un sistema solar fora de la xarxa. Vostè té una nevera / congelador i un munt d'altres coses per córrer a la seva preciosa cabina remota. No es pot permetre el luxe de llençar energia! Per tant, és una pena que els vostres 6000 watts de plaques solars acabin com, per exemple, 5200 watts a la presa de corrent altern durant els propers 40 anys. Què passa si poguessis eliminar tots els transformadors, de manera que un inversor solar d'ona sinusoïdal pura de 6.000 watts pesaria només uns quants quilos? Què passa si pogués eliminar tota la modulació de l'amplada de pols i tenir una commutació mínima absolutament absoluta dels transistors i, tot i així, tenir una distorsió harmònica total extremadament petita?

El maquinari no és molt complicat per a això. Només necessiteu un circuit que pugui controlar independentment 3 ponts H separats. Tinc una llista de materials per al meu circuit, així com el programari i l’esquema / PCB per al meu primer prototip. Estan disponibles gratuïtament si m’envieu un correu electrònic a [email protected]. No els puc adjuntar aquí, ja que no tenen el format de dades requerit. Per llegir els fitxers.sch i.pcb, haureu de descarregar Designspark PCB, que és gratuït.

Aquesta instrucció explicarà principalment la teoria del funcionament, de manera que podeu fer-ho també sempre que pugueu canviar aquests ponts H en les seqüències necessàries.

Nota: no sé amb seguretat si aquest és el més eficient del món, però pot ser que sigui (el 99,5% de pic és força bo) i funciona.

Subministraments:

13, o 13 * 2, o 13 * 3, o 13 * 4, … bateries de cicle profund de 12v

Un circuit electrònic molt bàsic que pot controlar de manera independent 3 ponts H. He fet un prototip i estic encantat de compartir el PCB i l’Schematic, però segur que ho podeu fer de manera diferent a com ho vaig fer jo. També estic fent una nova versió del PCB que estarà a la venda si algú ho vol.

Pas 1: teoria de l'operació

Alguna vegada us heu fixat que podeu generar els enters -13, -12, -11, …, 11, 12, 13 a partir de

A * 1 + B * 3 + C * 9

on A, B i C poden ser -1, 0 o +1? Per exemple, si A = +1, B = -1, C = 1, obtindreu

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

Per tant, el que hem de fer és fabricar 3 illes aïllades de bateries. A la primera illa, teniu 9 bateries de 12V. A la propera illa teniu 3 bateries de 12v. A l’illa final teniu 1 bateria de 12V. En una configuració solar, això significa també tenir 3 MPPT separats. (Molt aviat tindré instruccions sobre un MPPT barat per a qualsevol tensió). Aquest és un avantatge d’aquest mètode.

Per fer +1 en un pont complet, desactiveu 1L, activeu 1H, desactiveu 2H i activeu 2L.

Per fer 0 en un pont complet, desactiveu 1L, activeu 1H, desactiveu 2L i activeu 2H.

Per fer -1 en un pont complet, desactiveu 1H, activeu 1L, desactiveu 2L i activeu 2H.

Per 1H, vull dir el primer mosfet lateral alt, 1L és el primer mosfet lateral baix, etc …

Ara, per fer una ona sinusoïdal, només heu de canviar els ponts H de -13 a +13 i tornar a baixar a -13, fins a +13, una vegada i una altra. Tot el que heu de fer és assegurar-vos que el temps del canvi es faci de manera que passeu de -13, -12, …, +12, +13, +12, +11, …, -11, -12, - 13 a 1/60 de segon (1/50 de segon a Europa!), I només heu de fer els canvis d’estats perquè s’adapti realment a la forma d’una ona sinusoïdal. Bàsicament esteu construint una ona sinusoïdal a partir de llegos de mida 1.

Aquest procés es pot ampliar de manera que pugueu generar els enters -40, -39, …, +39, +40 a partir de

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

on A, B, C i D poden ser -1, 0 o +1. En aquest cas, podríeu utilitzar un total de, per exemple, 40 bateries de liti Nissan Leaf i fer 240vAC en lloc de 120vAC. I en aquest cas, les mides de lego són molt més petites. Obteniu un total de 81 passos a la vostra ona sinusoïdal en aquest cas en lloc de només 27 (-40, …, +40 contra -13, …, +13).

Aquesta configuració és sensible al factor de potència. La manera com es divideix el poder entre les tres illes està relacionada amb el factor de potència. Això pot afectar quants watts heu de reservar per a cadascun dels 3 panells solars de l'illa. A més, si el vostre factor de potència és realment dolent, és possible que una illa cobri, de mitjana, més que la descàrrega. Per tant, és important assegurar-se que el factor de potència no sigui horrible. La situació ideal per a això seria 3 illes de capacitat infinita.

Pas 2: Llavors, per què és tan pudent?

La freqüència de commutació és ridículament lenta. Per al pont H que canvia les 9 bateries en sèrie, només teniu 4 canvis d'estat en 1/60 de segon. Per a la malla H que canvia les 3 bateries de la sèrie, només teniu 16 canvis d'estat en 1/60 de segon. Per a l'últim pont H, teniu 52 canvis d'estat en 1/60 de segon. Normalment, en un inversor, els mosfets canvien a 100 KHz o fins i tot més.

A continuació, només necessiteu mosquetes que estiguin classificats per a les seves respectives bateries. Per tant, per al pont H d’una sola bateria, un mosfet de 40v seria més que segur. Hi ha MOSFET de 40v que tenen una resistència ON inferior a 0,001 ohms. Per al pont H de 3 bateries, podeu utilitzar mosquetes de 60 v amb seguretat. Per al pont H de 9 bateries, podeu utilitzar mosquetes de 150 V. Resulta que el pont de més alta tensió canvia amb menys freqüència, la qual cosa és molt serèndip en termes de pèrdues.

A més, no hi ha grans inductors de filtre, ni transformadors, ni les pèrdues de nucli associades, etc.

Pas 3: el prototip

En el meu prototip, he utilitzat el microcontrolador dsPIC30F4011. Bàsicament, només commuta els ports que controlen els ponts H en el moment adequat. No hi ha retard per generar una tensió determinada. El voltatge que vulgueu està disponible en uns 100 nanosegons. Podeu utilitzar 12 CC / CC aïllats de 1 watt per canviar els subministraments MOSFET. La potència nominal total és d’uns 10 kW de pic i potser de 6 o 7 kW de forma contínua. El cost total és d’uns quants centenars de dòlars per a tot.

En realitat, també és possible regular la tensió. Diguem que executar els 3 ponts H de la sèrie de -13 a +13 fa que la forma d'ona de CA sigui massa gran. En lloc d’això, podeu escollir entre -12 i +12 o de -11 a +11 o qualsevol altra cosa.

Una cosa del programari que canviaria és que, com es pot veure a la imatge de l’oscil·loscopi, la sincronització del canvi d’estat que vaig triar no feia que l’ona sinusoïdal fos totalment simètrica. Simplement ajustaria una mica el temps a prop de la part superior de la forma d’ona. La bellesa d’aquest enfocament és que podeu crear una forma d’ona de CA de la forma que vulgueu.

També pot no ser una mala idea tenir un petit inductor a la sortida de cadascuna de les 2 línies de corrent altern i, potser, una petita capacitat d’una de les línies de corrent altern a l’altra, després dels 2 inductors. Els inductors permetrien que la sortida de corrent canviés una mica més lentament, cosa que donaria a la protecció contra sobrecorrent del maquinari la possibilitat de disparar-se en cas de curtcircuit.

Fixeu-vos que hi ha 6 cables pesats en una de les imatges. Aquests van a les 3 illes de bateries separades. A continuació, hi ha 2 cables pesats que serveixen per alimentar 120vAC.