Inverter Tenaga Surya Off-Grid Paling Efisien di Dunia: 3 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:53

Tenaga surya adalah masa depan. Panel dapat bertahan selama beberapa dekade. Katakanlah Anda memiliki tata surya off-grid. Anda memiliki lemari es/freezer, dan banyak barang lain untuk dijalankan di kabin terpencil Anda yang indah. Anda tidak bisa membuang energi! Jadi, sayang sekali jika panel surya 6000 watt Anda berakhir, katakanlah, 5200 watt di stopkontak AC selama 40 tahun ke depan. Bagaimana jika Anda dapat menghilangkan semua transformator, sehingga inverter surya gelombang sinus murni 6000 Watt hanya memiliki berat beberapa pon? Bagaimana jika Anda dapat menghilangkan semua modulasi lebar pulsa, dan memiliki peralihan transistor yang benar-benar minimal, dan masih memiliki distorsi harmonik total yang sangat kecil?

Perangkat kerasnya tidak terlalu rumit untuk ini. Anda hanya perlu sirkuit yang dapat mengontrol 3 jembatan H terpisah secara independen. Saya memiliki daftar bahan untuk sirkuit saya, serta perangkat lunak dan skema / PCB untuk prototipe pertama saya. Itu tersedia secara gratis jika Anda mengirim email kepada saya di [email protected]. Saya tidak dapat melampirkannya di sini karena tidak dalam format data yang diperlukan. Untuk membaca file.sch dan.pcb, Anda perlu mengunduh Designspark PCB, yang gratis.

Instruksi ini terutama akan menjelaskan teori operasi, sehingga Anda dapat membuatnya juga selama Anda dapat mengganti jembatan-H tersebut dalam urutan yang diperlukan.

Catatan: Saya tidak tahu pasti apakah ini yang paling efisien di dunia, tetapi mungkin saja (puncak 99,5% cukup bagus), dan itu berhasil.

Perlengkapan:

13, atau 13*2, atau 13*3, atau 13*4, … baterai siklus dalam 12v

Sirkuit elektronik yang sangat dasar yang dapat mengontrol 3 H-bridge secara mandiri. Saya membuat prototipe, dan dengan senang hati membagikan PCB dan Skema, tetapi Anda pasti dapat melakukannya dengan cara yang berbeda dari yang saya lakukan. Saya juga sedang membuat versi baru dari PCB yang akan dijual jika ada yang menginginkannya.

Langkah 1: Teori Operasi

Pernahkah Anda memperhatikan bahwa Anda dapat menghasilkan bilangan bulat -13, -12, -11, …, 11, 12, 13 dari

A*1 + B*3 + C*9

di mana A, B, dan C dapat menjadi -1, 0, atau +1? Misalnya, jika A = +1, B = -1, C = 1, Anda mendapatkan

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

Jadi, yang perlu kita lakukan adalah membuat 3 pulau baterai yang terisolasi. Di pulau pertama, Anda memiliki 9 baterai 12v. Di pulau berikutnya Anda memiliki 3 baterai 12v. Di pulau terakhir Anda memiliki 1 baterai 12v. Dalam pengaturan surya, itu berarti juga memiliki 3 MPPT terpisah. (Saya akan memiliki instruksi pada MPPT murah untuk tegangan apa pun segera). Itu adalah tradeoff dari metode ini.

Untuk membuat +1 di jembatan penuh, Anda mematikan 1L, hidupkan 1H, matikan 2H, dan hidupkan 2L.

Untuk membuat 0 di jembatan penuh, Anda mematikan 1L, hidupkan 1H, matikan 2L, dan nyalakan 2H.

Untuk membuat -1 di jembatan penuh, Anda mematikan 1H, menghidupkan 1L, mematikan 2L, dan menghidupkan 2H.

Dengan 1H, maksud saya mosfet sisi tinggi pertama, 1L adalah mosfet sisi rendah pertama, dll…

Sekarang, untuk membuat gelombang sinus, Anda cukup mengganti H-bridge dari -13 hingga +13, dan kembali ke -13, hingga +13, berulang-ulang. Yang harus Anda lakukan adalah memastikan bahwa waktu pengalihan dilakukan sehingga Anda beralih dari -13, -12, …, +12, +13, +12, +11, …, -11, -12, - 13 dalam 1/60 detik (1/50 detik di eropa!), dan Anda hanya perlu membuat perubahan status sehingga benar-benar sesuai dengan bentuk gelombang sinus. Anda pada dasarnya membangun gelombang sinus dari lego ukuran 1.

Proses ini sebenarnya dapat diperpanjang sehingga Anda dapat menghasilkan bilangan bulat -40, -39, …, +39, +40 dari

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

di mana A, B, C, dan D dapat berupa -1, 0, atau +1. Dalam hal ini, Anda dapat menggunakan total, katakanlah, 40 baterai lithium Nissan Leaf dan menghasilkan 240vAC, bukan 120vAC. Dan dalam hal ini, ukuran lego jauh lebih kecil. Anda mendapatkan total 81 langkah dalam gelombang sinus Anda dalam kasus ini daripada hanya 27 (-40, …, +40 vs -13, …, +13).

Pengaturan ini sensitif terhadap faktor daya. Bagaimana daya membagi di antara 3 pulau terkait dengan faktor daya. Itu dapat memengaruhi berapa watt yang harus Anda sisihkan untuk masing-masing dari 3 panel surya pulau. Juga, jika faktor daya Anda benar-benar buruk, mungkin saja sebuah pulau, rata-rata, mengisi daya lebih banyak daripada mengosongkan. Jadi, penting untuk memastikan faktor daya Anda tidak buruk. Situasi ideal untuk ini adalah 3 pulau dengan kapasitas tak terbatas.

Langkah 2: Jadi, Mengapa Ini Sangat Efisien?

Frekuensi switching sangat lambat. Untuk H-bridge yang mengganti 9 baterai secara seri, Anda hanya memiliki 4 perubahan status dalam 1/60 detik. Untuk H-brirdge yang mengganti 3 baterai secara seri, Anda hanya memiliki 16 perubahan status dalam 1/60 detik. Untuk H-bridge terakhir, Anda memiliki 52 perubahan status dalam 1/60 detik. Biasanya, dalam inverter, MOSFET beralih pada mungkin 100KHz atau bahkan lebih.

Selanjutnya, Anda hanya perlu MOSFET yang dinilai untuk baterainya masing-masing. Jadi, untuk jembatan H baterai tunggal, MOSFET 40v akan lebih dari aman. Ada MOSFET 40v di luar sana yang memiliki resistansi ON kurang dari 0,001 Ohm. Untuk 3 baterai H-jembatan, Anda dapat menggunakan MOSFET 60V dengan aman. Untuk H-bridge 9 baterai, Anda dapat menggunakan MOSFET 150v. Ternyata jembatan tegangan tinggi paling jarang beralih, yang sangat kebetulan dalam hal kerugian.

Terlebih lagi, tidak ada induktor filter besar, tidak ada transformator, dan kerugian inti terkait, dll…

Langkah 3: Prototipe

Pada prototipe saya, saya menggunakan mikrokontroler dsPIC30F4011. Ini pada dasarnya hanya mengaktifkan port yang mengontrol jembatan-H pada waktu yang tepat. Tidak ada lag untuk menghasilkan tegangan yang diberikan. Tegangan apa pun yang Anda inginkan tersedia dalam waktu sekitar 100 nanodetik. Anda dapat menggunakan 12 DC/DC terisolasi 1 watt untuk mengganti suplai MOSFET. Peringkat daya total sekitar 10kW puncak, dan mungkin 6 atau 7kw terus menerus. Total biaya adalah beberapa ratus dolar untuk semuanya.

Sebenarnya dimungkinkan untuk mengatur tegangan juga. Katakanlah menjalankan 3 H-jembatan secara seri dari -13 hingga +13 membuat bentuk gelombang AC terlalu besar. Anda hanya dapat memilih untuk menjalankan dari -12 hingga +12 sebagai gantinya, atau -11 hingga +11, atau apa pun.

Satu hal perangkat lunak yang akan saya ubah adalah, seperti yang Anda lihat dari gambar osiloskop, waktu perubahan keadaan yang saya pilih tidak membuat gelombang sinus benar-benar simetris. Saya hanya akan menyesuaikan waktu di dekat bagian atas bentuk gelombang sedikit. Keindahan dari pendekatan ini adalah, Anda dapat membuat bentuk gelombang AC dalam bentuk apa pun yang Anda inginkan.

Ini juga mungkin bukan ide yang buruk untuk memiliki induktor kecil pada output dari masing-masing 2 saluran AC, dan mungkin kapasitansi kecil dari salah satu saluran AC ke yang lain, setelah 2 induktor. Induktor akan memungkinkan output arus berubah sedikit lebih lambat, memberikan perlindungan arus lebih perangkat keras kesempatan untuk memicu jika terjadi korsleting.

Perhatikan bahwa ada 6 kabel berat di salah satu gambar. Mereka pergi ke 3 pulau baterai terpisah. Lalu ada 2 kabel berat yang untuk daya 120vAC.