Effizientester netzunabhängiger Solarwechselrichter der Welt - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Solarenergie ist die Zukunft. Platten können viele Jahrzehnte halten. Nehmen wir an, Sie haben eine netzunabhängige Solaranlage. Sie haben einen Kühl- / Gefrierschrank und eine Menge anderer Dinge, die Sie in Ihrer schönen abgelegenen Hütte betreiben können. Sie können es sich nicht leisten, Energie wegzuwerfen! Es ist also eine Schande, wenn Ihre 6000 Watt Sonnenkollektoren für die nächsten 40 Jahre, sagen wir, 5200 Watt an der Steckdose ankommen. Was wäre, wenn Sie alle Transformatoren eliminieren könnten, sodass ein 6000-Watt-Sinus-Wechselrichter nur ein paar Pfund wiegen würde? Was wäre, wenn Sie alle Pulsweitenmodulationen eliminieren könnten, ein absolut minimales Schalten der Transistoren und immer noch eine extrem kleine harmonische Gesamtverzerrung hätten?

Die Hardware ist dafür nicht sehr kompliziert. Sie brauchen nur eine Schaltung, die 3 separate H-Brücken unabhängig voneinander steuern kann. Ich habe eine Stückliste für meine Schaltung sowie die Software und den Schaltplan / die Platine für meinen ersten Prototyp. Diese sind frei verfügbar, wenn Sie mir eine E-Mail an [email protected] senden. Ich kann sie hier nicht anhängen, da sie nicht das erforderliche Datenformat haben. Um die.sch- und.pcb-Dateien zu lesen, müssen Sie Designspark PCB herunterladen, das kostenlos ist.

Dieses anweisbare wird hauptsächlich die Theorie des Betriebs erklären, so dass Sie dies auch machen können, solange Sie diese H-Brücken in den erforderlichen Sequenzen schalten können.

Hinweis: Ich weiß nicht genau, ob dies die effizienteste der Welt ist, aber es könnte sehr gut sein (99,5% Spitze ist ziemlich gut), und es funktioniert.

Lieferungen:

13, oder 13*2 oder 13*3 oder 13*4, … 12V zyklenfeste Batterien

Eine sehr einfache elektronische Schaltung, die 3 H-Brücken unabhängig steuern kann. Ich habe einen Prototyp erstellt und freue mich, die Leiterplatte und den Schaltplan zu teilen, aber Sie können es sicherlich anders machen, als ich es getan habe. Ich mache auch eine neue Version der Platine, die zum Verkauf steht, wenn jemand sie haben möchte.

Schritt 1: Betriebstheorie

Ist Ihnen schon einmal aufgefallen, dass Sie die ganzen Zahlen -13, -12, -11, …, 11, 12, 13 aus. erzeugen können?

A*1 + B*3 + C*9

wobei A, B und C -1, 0 oder +1 sein können? Wenn beispielsweise A = +1, B = -1, C = 1 ist, erhalten Sie

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

Was wir also tun müssen, ist 3 isolierte Batterieinseln zu machen. In der ersten Insel haben Sie 9 12-V-Batterien. Auf der nächsten Insel haben Sie 3 12-V-Batterien. In der letzten Insel haben Sie 1 12-V-Batterie. In einem Solar-Setup bedeutet das auch, 3 separate MPPTs zu haben. (Ich werde sehr bald ein instructable auf einem billigen MPPT für jede Spannung haben). Das ist ein Kompromiss dieser Methode.

Um +1 auf einer Vollbrücke zu machen, schalten Sie 1L aus, schalten Sie 1H ein, schalten Sie 2H aus und schalten Sie 2L ein.

Um auf einer Vollbrücke 0 zu machen, schalten Sie 1L aus, schalten 1H ein, schalten 2L aus und schalten 2H ein.

Um -1 auf einer Vollbrücke zu machen, schalten Sie 1H aus, schalten Sie 1L ein, schalten Sie 2L aus und schalten Sie 2H ein.

Mit 1H meine ich den ersten High-Side-Mosfet, 1L ist der erste Low-Side-Mosfet usw.

Um nun eine Sinuswelle zu erzeugen, schalten Sie einfach Ihre H-Brücken von -13 auf +13 und wieder zurück auf -13, bis zu +13, immer und immer wieder. Alles, was Sie tun müssen, ist sicherzustellen, dass das Timing der Umschaltung so erfolgt, dass Sie von -13, -12, …, +12, +13, +12, +11, …, -11, -12, - 13 in 1/60 Sekunde (1/50 Sekunde in Europa!), und Sie müssen nur die Zustandsänderungen vornehmen, damit es tatsächlich der Form einer Sinuswelle entspricht. Sie bauen im Grunde eine Sinuswelle aus Legos der Größe 1.

Dieser Vorgang lässt sich tatsächlich so erweitern, dass man aus die ganzen Zahlen -40, -39, …, +39, +40 generieren kann

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

wobei A, B, C und D -1, 0 oder +1 sein können. In diesem Fall könnten Sie insgesamt beispielsweise 40 Nissan Leaf-Lithiumbatterien verwenden und 240 VAC statt 120 VAC herstellen. Und in diesem Fall sind die Lego-Größen viel kleiner. Sie erhalten in diesem Fall insgesamt 81 Schritte in Ihrer Sinuswelle und nicht nur 27 (-40, …, +40 vs -13, …, +13).

Dieses Setup ist leistungsfaktorempfindlich. Wie sich die Leistung auf die 3 Inseln aufteilt, hängt vom Leistungsfaktor ab. Das kann sich darauf auswirken, wie viel Watt Sie für jedes der 3 Insel-Solarmodule beiseite legen sollten. Auch wenn Ihr Leistungsfaktor wirklich schlecht ist, ist es möglich, dass eine Insel im Durchschnitt mehr lädt als entlädt. Daher ist es wichtig, sicherzustellen, dass Ihr Leistungsfaktor nicht schrecklich ist. Die ideale Situation hierfür wären 3 Inseln mit unendlicher Kapazität.

Schritt 2: Also, warum ist das so stinkend effizient?

Die Schaltfrequenz ist lächerlich langsam. Für die H-Brücke, die die 9 Batterien in Reihe schaltet, haben Sie nur 4 Zustandsänderungen in 1/60 Sekunde. Für die H-Brücke, die die 3 Batterien in Reihe schaltet, haben Sie nur 16 Zustandsänderungen in 1/60 Sekunde. Für die letzte H-Brücke haben Sie 52 Zustandsänderungen in 1/60 Sekunde. Normalerweise schalten die Mosfets in einem Wechselrichter mit vielleicht 100 kHz oder sogar mehr.

Als nächstes benötigen Sie nur MOSFETs, die für ihre jeweiligen Batterien ausgelegt sind. Für die Einzelbatterie-H-Brücke wäre ein 40-V-Mosfet also mehr als sicher. Es gibt 40-V-MOSFETs, die einen EIN-Widerstand von weniger als 0,001 Ohm haben. Für die H-Brücke mit 3 Batterien können Sie sicher 60-V-Mosfets verwenden. Für die 9-Batterie-H-Brücke können Sie 150-V-Mosfets verwenden. Es stellt sich heraus, dass die Brücke mit höherer Spannung am seltensten schaltet, was in Bezug auf die Verluste sehr zufällig ist.

Außerdem gibt es keine großen Filterdrosseln, keine Transformatoren und die damit verbundenen Kernverluste usw.

Schritt 3: Der Prototyp

Bei meinem Prototyp habe ich den Mikrocontroller dsPIC30F4011 verwendet. Es schaltet im Grunde nur die Ports um, die die H-Brücken zum richtigen Zeitpunkt steuern. Es gibt keine Verzögerung zum Erzeugen einer gegebenen Spannung. Jede gewünschte Spannung ist in etwa 100 Nanosekunden verfügbar. Sie können 12 isolierte 1-Watt-DC/DCs zum Schalten der MOSFET-Versorgung verwenden. Die Gesamtleistung beträgt etwa 10 kW in der Spitze und möglicherweise 6 oder 7 kW im Dauerbetrieb. Die Gesamtkosten betragen ein paar hundert Dollar für alles.

Es ist tatsächlich auch möglich, die Spannung zu regulieren. Angenommen, die 3 H-Brücken in Reihe von -13 bis +13 zu betreiben, macht die AC-Wellenform zu groß. Sie können stattdessen einfach wählen, ob Sie von -12 bis +12 oder von -11 bis +11 oder was auch immer laufen möchten.

Eine Softwaresache, die ich ändern würde, ist, wie Sie auf dem Oszilloskopbild sehen können, dass das von mir gewählte Timing der Zustandsänderung die Sinuswelle nicht vollständig symmetrisch machte. Ich würde nur das Timing am oberen Rand der Wellenform ein wenig anpassen. Das Schöne an diesem Ansatz ist, dass Sie eine AC-Wellenform mit jeder gewünschten Form erstellen können.

Es kann auch keine schlechte Idee sein, eine kleine Induktivität am Ausgang jeder der 2 AC-Leitungen und vielleicht eine kleine Kapazität von einer der AC-Leitungen zur anderen nach den 2 Induktivitäten zu haben. Die Induktivitäten würden es ermöglichen, dass sich der Stromausgang etwas langsamer ändert, was dem Hardware-Überstromschutz die Möglichkeit gibt, im Falle eines Kurzschlusses auszulösen.

Beachten Sie, dass in einem der Bilder 6 schwere Drähte vorhanden sind. Diese gehen zu den 3 separaten Batterieinseln. Dann gibt es 2 schwere Drähte, die für die 120-VAC-Leistung sind.