Biến tần năng lượng mặt trời không nối lưới hiệu quả nhất trên thế giới: 3 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Điện mặt trời là tương lai. Các tấm có thể tồn tại trong nhiều thập kỷ. Giả sử bạn có một hệ thống năng lượng mặt trời không nối lưới. Bạn có tủ lạnh / tủ đông và nhiều thứ khác để chạy trong cabin điều khiển từ xa xinh đẹp của bạn. Bạn không có khả năng vứt bỏ năng lượng! Vì vậy, thật tiếc khi tấm pin mặt trời 6000 watt của bạn kết thúc bằng 5200 watt tại ổ cắm AC trong 40 năm tới. Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn có thể loại bỏ tất cả các máy biến áp, vì vậy một biến tần năng lượng mặt trời sóng sin thuần túy 6000 Watt sẽ chỉ nặng vài pound? Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn có thể loại bỏ tất cả điều chế độ rộng xung và hoàn toàn không có sự chuyển đổi tối thiểu của các bóng bán dẫn mà vẫn có tổng độ méo hài cực kỳ nhỏ?

Phần cứng không phức tạp lắm cho việc này. Bạn chỉ cần một mạch có thể điều khiển độc lập 3 cầu H riêng biệt. Tôi có một hóa đơn vật liệu cho mạch của mình, cũng như phần mềm và schematic / pcb cho nguyên mẫu đầu tiên của tôi. Chúng được cung cấp miễn phí nếu bạn gửi email cho tôi theo địa chỉ [email protected]. Tôi không thể đính kèm chúng ở đây vì chúng không ở định dạng dữ liệu bắt buộc. Để đọc các tệp.sch và.pcb, bạn cần tải xuống Designspark PCB, miễn phí.

Tài liệu hướng dẫn này chủ yếu sẽ giải thích lý thuyết hoạt động, vì vậy bạn có thể thực hiện điều này miễn là bạn có thể chuyển các cầu H đó theo trình tự cần thiết.

Lưu ý: Tôi không biết chắc liệu điều này có hiệu quả nhất trên thế giới hay không, nhưng nó có thể rất tốt (đỉnh cao 99,5% là khá tốt) và nó hoạt động.

Quân nhu:

Pin chu kỳ sâu 13, hoặc 13 * 2, hoặc 13 * 3, hoặc 13 * 4,… 12v

Một mạch điện tử rất cơ bản có thể điều khiển độc lập 3 cầu H. Tôi đã tạo một nguyên mẫu và rất vui khi được chia sẻ PCB và Schematic, nhưng bạn chắc chắn có thể làm điều đó khác với cách tôi đã làm. Tôi cũng đang làm một phiên bản mới của PCB sẽ được bán nếu có ai muốn.

Bước 1: Lý thuyết về hoạt động

Bạn đã bao giờ nhận thấy rằng bạn có thể tạo ra các số nguyên -13, -12, -11,…, 11, 12, 13 từ

A * 1 + B * 3 + C * 9

trong đó A, B và C có thể là -1, 0 hoặc +1? Ví dụ: nếu A = +1, B = -1, C = 1, bạn nhận được

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

Vì vậy, những gì chúng ta cần làm là tạo ra 3 hòn đảo biệt lập của pin. Ở hòn đảo đầu tiên, bạn có 9 cục pin 12v. Ở đảo tiếp theo bạn có 3 cục pin 12v. Ở đảo cuối cùng bạn có 1 cục pin 12v. Trong thiết lập năng lượng mặt trời, điều đó có nghĩa là cũng có 3 MPPT riêng biệt. (Tôi sẽ sớm có hướng dẫn về MPPT giá rẻ cho bất kỳ điện áp nào). Đó là một sự đánh đổi của phương pháp này.

Để thực hiện +1 trên toàn cầu, bạn tắt 1L, bật 1H, tắt 2H và bật 2L.

Để thực hiện số 0 trên toàn cầu, bạn tắt 1L, bật 1H, tắt 2L và bật 2H.

Để thực hiện -1 trên toàn cầu, bạn tắt 1H, bật 1L, tắt 2L và bật 2H.

Theo 1H, ý tôi là MOSFET cạnh cao đầu tiên, 1L là MOSFET cạnh thấp đầu tiên, v.v.

Bây giờ, để tạo ra một làn sóng sin, bạn chỉ cần chuyển cầu H của mình từ -13 lên +13, và lùi xuống -13, lên đến +13, lặp đi lặp lại. Tất cả những gì bạn phải làm là đảm bảo rằng thời gian chuyển đổi được thực hiện để bạn đi từ -13, -12,…, +12, +13, +12, +11,…, -11, -12, - 13 trong 1/60 giây (1/50 giây ở châu Âu!), Và bạn chỉ cần thực hiện các thay đổi của trạng thái để nó thực sự phù hợp với hình dạng của một sóng sin. Về cơ bản, bạn đang xây dựng một làn sóng hình sin từ legos có kích thước 1.

Quá trình này thực sự có thể được mở rộng để bạn có thể tạo ra các số nguyên -40, -39,…, +39, +40 từ

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

trong đó A, B, C và D có thể là -1, 0 hoặc +1. Trong trường hợp đó, bạn có thể sử dụng tổng cộng 40 pin lithium Nissan Leaf và tạo ra 240vAC thay vì 120vAC. Và trong trường hợp đó, kích thước lego nhỏ hơn nhiều. Trong trường hợp này, bạn nhận được tổng cộng 81 bước trong sóng sin của mình thay vì chỉ 27 (-40,…, +40 so với -13,…, +13).

Thiết lập này nhạy cảm với hệ số công suất. Cách phân chia sức mạnh giữa 3 hòn đảo có liên quan đến hệ số công suất. Điều đó có thể ảnh hưởng đến việc bạn nên dành bao nhiêu watt cho mỗi tấm pin mặt trời trong số 3 hòn đảo. Ngoài ra, nếu hệ số công suất của bạn thực sự kém, trung bình có thể xảy ra đảo, sạc nhiều hơn xả. Vì vậy, điều quan trọng là phải đảm bảo hệ số công suất của bạn không quá khủng khiếp. Tình huống lý tưởng cho việc này sẽ là 3 hòn đảo có sức chứa vô hạn.

Bước 2: Vì vậy, tại sao điều này lại hiệu quả đến vậy ?

Tần số chuyển đổi rất chậm. Đối với cầu H đang chuyển đổi 9 pin nối tiếp, bạn chỉ có 4 lần thay đổi trạng thái trong 1/60 giây. Đối với H-brirdge đang chuyển đổi 3 pin nối tiếp, bạn chỉ có 16 lần thay đổi trạng thái trong 1/60 giây. Đối với cầu chữ H cuối cùng, bạn có 52 lần thay đổi trạng thái trong 1/60 giây. Thông thường, trong một biến tần, các mosfet đang chuyển đổi ở tần số 100KHz hoặc thậm chí hơn.

Tiếp theo, bạn chỉ cần các mosfet được đánh giá cho các loại pin tương ứng. Vì vậy, đối với cầu H pin đơn, một mosfet 40v sẽ an toàn hơn. Có MOSFET 40v ngoài kia có điện trở BẬT nhỏ hơn 0,001 Ohms. Đối với 3 pin H-bridge, bạn có thể yên tâm sử dụng mosfet 60v. Đối với 9 pin H-bridge, bạn có thể sử dụng mosfet 150v. Nó chỉ ra rằng cầu điện áp cao hơn chuyển mạch ít thường xuyên nhất, điều này rất ngẫu nhiên về tổn thất.

Hơn nữa, không có cuộn cảm lọc lớn, không có máy biến áp và tổn thất lõi liên quan, v.v.

Bước 3: Nguyên mẫu

Trên nguyên mẫu của mình, tôi đã sử dụng vi điều khiển dsPIC30F4011. Về cơ bản, nó chỉ chuyển đổi các cổng điều khiển cầu H vào thời điểm thích hợp. Không có độ trễ khi tạo ra một điện áp nhất định. Bất kỳ điện áp nào bạn muốn đều có sẵn trong khoảng 100 nano giây. Bạn có thể sử dụng 12 DC / DC cách ly 1 watt để chuyển đổi nguồn cung cấp MOSFET. Tổng công suất định mức khoảng 10kW cao nhất, và có thể 6 hoặc 7kw liên tục. Tổng chi phí là vài trăm đô la cho mọi thứ.

Trên thực tế, nó cũng có thể điều chỉnh điện áp. Giả sử rằng việc chạy 3 cầu H nối tiếp từ -13 đến +13 làm cho dạng sóng AC quá lớn. Thay vào đó, bạn chỉ có thể chọn chạy từ -12 đến +12, hoặc -11 đến +11, hoặc bất cứ điều gì.

Một phần mềm mà tôi sẽ thay đổi là, như bạn có thể thấy từ hình ảnh máy hiện sóng, thời gian thay đổi trạng thái mà tôi chọn không làm cho sóng sin hoàn toàn đối xứng. Tôi chỉ cần điều chỉnh thời gian gần đỉnh của dạng sóng một chút. Cái hay của phương pháp này là bạn có thể tạo ra một dạng sóng AC với bất kỳ hình dạng nào bạn muốn.

Cũng có thể là một ý kiến không tồi nếu có một cuộn cảm nhỏ trên đầu ra của mỗi trong số 2 dòng AC, và có lẽ một điện dung nhỏ từ một trong các dòng AC này sang dòng kia, sau 2 cuộn cảm. Các cuộn cảm sẽ cho phép đầu ra hiện tại thay đổi chậm hơn một chút, tạo cơ hội cho bảo vệ quá dòng của phần cứng kích hoạt trong trường hợp đoản mạch.

Chú ý rằng có 6 sợi dây nặng trong một trong các hình. Chúng đi đến 3 hòn đảo pin riêng biệt. Khi đó có 2 dây nặng là nguồn 120vAC.