Ο πιο αποτελεσματικός ηλιακός μετατροπέας εκτός πλέγματος στον κόσμο: 3 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:31

Το μέλλον είναι η ηλιακή ενέργεια. Τα πάνελ μπορούν να διαρκέσουν για πολλές δεκαετίες. Ας υποθέσουμε ότι έχετε ένα ηλιακό σύστημα εκτός δικτύου. Έχετε ψυγείο/καταψύκτη και ένα σωρό άλλα πράγματα για να λειτουργήσετε στην όμορφη απομακρυσμένη καμπίνα σας. Δεν έχετε την πολυτέλεια να πετάξετε ενέργεια! Έτσι, είναι κρίμα όταν τα 6000 watt ηλιακών συλλεκτών σας καταλήγουν ως, ας πούμε, 5200 watt στην πρίζα AC για τα επόμενα 40 χρόνια. Τι θα γινόταν αν μπορούσατε να εξαλείψετε όλους τους μετασχηματιστές, οπότε ένας ηλιακός μετατροπέας καθαρού ημιτονοειδούς κύματος 6000 Watt θα ζύγιζε μόνο μερικά κιλά; Τι θα συμβεί αν μπορούσατε να εξαλείψετε όλη τη διαμόρφωση πλάτους παλμού και να έχετε απολύτως ελάχιστη εναλλαγή των τρανζίστορ και να εξακολουθείτε να έχετε μια εξαιρετικά μικρή συνολική αρμονική παραμόρφωση;

Το υλικό δεν είναι πολύ περίπλοκο για αυτό. Απλώς χρειάζεστε ένα κύκλωμα που μπορεί να ελέγξει ανεξάρτητα 3 ξεχωριστές γέφυρες Η. Έχω έναν λογαριασμό υλικών για το κύκλωμά μου, καθώς και το λογισμικό και το σχηματικό/pcb για το πρώτο μου πρωτότυπο. Αυτά είναι ελεύθερα διαθέσιμα εάν μου στείλετε μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου στη διεύθυνση [email protected]. Δεν μπορώ να τα επισυνάψω εδώ επειδή δεν είναι στην απαιτούμενη μορφή δεδομένων. Για να διαβάσετε τα αρχεία.sch και.pcb, θα χρειαστεί να κατεβάσετε το Designspark PCB, το οποίο είναι δωρεάν.

Αυτό το διδακτικό θα εξηγήσει κυρίως τη θεωρία της λειτουργίας, οπότε μπορείτε να το κάνετε αυτό, εφόσον μπορείτε να αλλάξετε αυτές τις γέφυρες Η στις απαραίτητες ακολουθίες.

Σημείωση: Δεν ξέρω με βεβαιότητα αν αυτό είναι το πιο αποδοτικό στον κόσμο, αλλά μπορεί κάλλιστα να είναι (το 99,5% κορυφή είναι αρκετά καλό) και λειτουργεί.

Προμήθειες:

13, ή 13*2, ή 13*3, ή 13*4,… 12v μπαταρίες βαθύ κύκλου

Ένα πολύ βασικό ηλεκτρονικό κύκλωμα που μπορεί να ελέγξει ανεξάρτητα 3 γέφυρες Η. Έφτιαξα ένα πρωτότυπο και χαίρομαι που μοιράζομαι το PCB και το Schematic, αλλά σίγουρα μπορείτε να το κάνετε διαφορετικά από αυτό που το έκανα. Φτιάχνω επίσης μια νέα έκδοση του PCB που θα πωλείται αν το θέλει κάποιος.

Βήμα 1: Θεωρία Λειτουργίας

Έχετε παρατηρήσει ποτέ ότι μπορείτε να δημιουργήσετε τους ακέραιους αριθμούς -13, -12, -11,…, 11, 12, 13 από

A*1 + B*3 + C*9

όπου τα Α, Β και Γ μπορεί να είναι -1, 0 ή +1; Για παράδειγμα, αν A = +1, B = -1, C = 1, παίρνετε

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

Έτσι, αυτό που πρέπει να κάνουμε είναι να φτιάξουμε 3 απομονωμένα νησιά μπαταριών. Στο πρώτο νησί, έχετε 9 μπαταρίες 12v. Στο επόμενο νησί έχετε 3 μπαταρίες 12v. Στο τελικό νησί έχετε 1 μπαταρία 12v. Σε μια ηλιακή εγκατάσταση, αυτό σημαίνει ότι έχετε επίσης 3 ξεχωριστά MPPT. (Θα έχω ένα διδακτικό σε ένα φτηνό MPPT για οποιαδήποτε τάση πολύ σύντομα). Αυτό είναι μια αντιστάθμιση αυτής της μεθόδου.

Για να κάνετε +1 σε μια γεμάτη γέφυρα, απενεργοποιείτε το 1L, ενεργοποιείτε το 1H, απενεργοποιείτε το 2H και ενεργοποιείτε το 2L.

Για να κάνετε το 0 σε μια γεμάτη γέφυρα, απενεργοποιείτε το 1L, ενεργοποιείτε το 1H, απενεργοποιείτε το 2L και ενεργοποιείτε το 2H.

Για να κάνετε -1 σε μια γεμάτη γέφυρα, απενεργοποιείτε το 1Η, ενεργοποιείτε το 1L, απενεργοποιείτε το 2L και ενεργοποιείτε το 2H.

Με τον όρο 1Η, εννοώ το πρώτο Mosfet υψηλής πλευράς, το 1L είναι το πρώτο Mosfet χαμηλής πλευράς, κλπ…

Τώρα, για να κάνετε ένα ημιτονοειδές κύμα, απλώς αλλάζετε τις γέφυρες H από -13 σε +13 και επιστρέφετε σε -13, έως +13, ξανά και ξανά και ξανά. Το μόνο που έχετε να κάνετε είναι να βεβαιωθείτε ότι ο χρόνος της αλλαγής γίνεται έτσι ώστε να πηγαίνετε από -13, -12,…, +12, +13, +12, +11,…, -11, -12, - 13 σε 1/60 δευτερόλεπτο (1/50 δευτερόλεπτο στην Ευρώπη!), Και απλά πρέπει να κάνετε τις αλλαγές των καταστάσεων έτσι ώστε να συμμορφώνεται πραγματικά με το σχήμα ενός ημιτονοειδούς κύματος. Βασικά χτίζετε ένα ημιτονοειδές κύμα από legos μεγέθους 1.

Αυτή η διαδικασία μπορεί πραγματικά να επεκταθεί έτσι ώστε να μπορείτε να δημιουργήσετε τους ακέραιους αριθμούς -40, -39,…, +39, +40 από

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

όπου τα Α, Β, Γ και Δ μπορεί να είναι -1, 0 ή +1. Σε αυτή την περίπτωση, θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε συνολικά, ας πούμε, 40 μπαταρίες λιθίου Nissan Leaf και να κάνετε 240vAC αντί για 120vAC. Και σε αυτή την περίπτωση, τα μεγέθη lego είναι πολύ μικρότερα. Παίρνετε συνολικά 81 βήματα στο ημιτονοειδές κύμα σε αυτήν την περίπτωση και όχι μόνο 27 (-40,…, +40 έναντι -13,…, +13).

Αυτή η ρύθμιση είναι ευαίσθητη στον συντελεστή ισχύος. Το πώς η δύναμη κατανέμεται μεταξύ των 3 νησιών σχετίζεται με τον συντελεστή ισχύος. Αυτό μπορεί να επηρεάσει πόσα watt θα πρέπει να διαθέσετε για καθένα από τα 3 ηλιακά πάνελ νησιού. Επίσης, εάν ο συντελεστής ισχύος σας είναι πραγματικά κακός, είναι πιθανό ένα νησί να φορτίζει κατά μέσο όρο περισσότερο από το να αποφορτίζεται. Έτσι, είναι σημαντικό να βεβαιωθείτε ότι ο συντελεστής ισχύος σας δεν είναι φρικτός. Η ιδανική κατάσταση για αυτό θα ήταν 3 νησιά άπειρης χωρητικότητας.

Βήμα 2: Λοιπόν, γιατί αυτό είναι τόσο βρώμα αποτελεσματικό;

Η συχνότητα αλλαγής είναι γελοία αργή. Για τη γέφυρα H που αλλάζει τις 9 μπαταρίες σε σειρά, έχετε μόνο 4 αλλαγές κατάστασης σε 1/60 δευτερόλεπτο. Για το H-brirdge που αλλάζει τις 3 μπαταρίες σε σειρά, έχετε μόνο 16 αλλαγές κατάστασης σε 1/60 δευτερόλεπτο. Για την τελευταία γέφυρα H, έχετε 52 αλλαγές κατάστασης σε 1/60 δευτερόλεπτο. Συνήθως, σε έναν μετατροπέα, τα mosfets αλλάζουν στα 100KHz ίσως και περισσότερο.

Στη συνέχεια, χρειάζεστε μόνο mosfets που έχουν οριστεί για τις αντίστοιχες μπαταρίες τους. Έτσι, για τη γέφυρα H με μία μπαταρία, ένα mosfet 40v θα ήταν κάτι παραπάνω από ασφαλές. Υπάρχουν 40V MOSFET εκεί έξω που έχουν αντίσταση ON μικρότερη από 0,001 Ohms. Για τη γέφυρα H 3 μπαταριών, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε με ασφάλεια 60v mosfets. Για τη γέφυρα H 9 των μπαταριών, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε mosfets 150v. Αποδεικνύεται ότι η γέφυρα υψηλότερης τάσης αλλάζει λιγότερο συχνά, κάτι που είναι πολύ επικίνδυνο όσον αφορά τις απώλειες.

Επιπλέον, δεν υπάρχουν μεγάλοι επαγωγείς φίλτρων, ούτε μετασχηματιστές και οι σχετικές απώλειες πυρήνα κλπ…

Βήμα 3: Το πρωτότυπο

Στο πρωτότυπό μου, χρησιμοποίησα τον μικροελεγκτή dsPIC30F4011. Βασικά απλώς αλλάζει τις θύρες που ελέγχουν τις γέφυρες Η την κατάλληλη στιγμή. Δεν υπάρχει καθυστέρηση στη δημιουργία μιας δεδομένης τάσης. Όποια τάση θέλετε είναι διαθέσιμη σε περίπου 100 νανο δευτερόλεπτα. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε 12 απομονωμένα DC/DC 1 1 watt για την αλλαγή των αναλωσίμων MOSFET. Η συνολική ονομαστική ισχύς είναι περίπου 10kW αιχμή, και ίσως 6 ή 7kw συνεχής. Το συνολικό κόστος είναι μερικές εκατοντάδες δολάρια για τα πάντα.

Είναι επίσης δυνατό να ρυθμιστεί επίσης η τάση. Ας πούμε ότι η λειτουργία των 3 γεφυρών H σε σειρά από -13 έως +13 κάνει την κυματομορφή εναλλασσόμενου ρεύματος πολύ μεγάλη. Μπορείτε απλώς να επιλέξετε την εκτέλεση από -12 έως +12 ή -11 έως +11 ή οτιδήποτε άλλο.

Ένα πράγμα λογισμικού που θα άλλαζα είναι, όπως μπορείτε να δείτε από την εικόνα του παλμογράφου, ο χρόνος αλλαγής κατάστασης που επέλεξα δεν έκανε το ημιτονοειδές κύμα εντελώς συμμετρικό. Απλώς θα προσαρμόσω λίγο το χρονισμό κοντά στην κορυφή της κυματομορφής. Η ομορφιά αυτής της προσέγγισης είναι ότι μπορείτε να φτιάξετε μια κυματομορφή εναλλασσόμενου ρεύματος οποιουδήποτε σχήματος θέλετε.

Επίσης, μπορεί να μην είναι κακή ιδέα να υπάρχει ένας μικρός επαγωγέας στην έξοδο κάθε μίας από τις 2 γραμμές εναλλασσόμενου ρεύματος και ίσως μια μικρή χωρητικότητα από τη μία γραμμή AC στην άλλη, μετά τους 2 επαγωγείς. Οι επαγωγείς θα επιτρέψουν στην τρέχουσα έξοδο να αλλάξει λίγο πιο αργά, δίνοντας την ευκαιρία της προστασίας από το ρεύμα υλικού να ενεργοποιηθεί σε περίπτωση βραχυκυκλώματος.

Παρατηρήστε ότι υπάρχουν 6 βαριά καλώδια σε μία από τις εικόνες. Αυτά πηγαίνουν στα 3 ξεχωριστά νησιά μπαταριών. Στη συνέχεια, υπάρχουν 2 βαριά καλώδια που είναι για την ισχύ 120vAC.