العاكس الشمسي الأكثر كفاءة خارج الشبكة في العالم: 3 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

الطاقة الشمسية هي المستقبل. يمكن أن تستمر اللوحات لعدة عقود. لنفترض أن لديك نظامًا شمسيًا خارج الشبكة. لديك ثلاجة / فريزر ، ومجموعة من الأشياء الأخرى لتشغيلها في مقصورتك البعيدة الجميلة. لا يمكنك التخلص من الطاقة! لذلك ، من المؤسف أن ينتهي الأمر بـ 6000 واط من الألواح الشمسية ، على سبيل المثال ، 5200 واط في منفذ التيار المتردد على مدار الأربعين عامًا القادمة. ماذا لو استطعت التخلص من جميع المحولات ، لذا فإن العاكس الشمسي ذو الموجة الجيبية النقية بقوة 6000 وات يزن بضعة أرطال فقط؟ ماذا لو استطعت التخلص من جميع أشكال تعديل عرض النبضة ، ولديك حد أدنى تمامًا من التبديل للترانزستورات ، ولا يزال لديك تشوه متناسق كلي صغير للغاية؟

الأجهزة ليست معقدة للغاية لهذا الغرض. أنت فقط بحاجة إلى دائرة يمكنها التحكم بشكل مستقل في 3 جسور على شكل حرف H. لدي فاتورة مواد لدارتي ، بالإضافة إلى البرنامج والتخطيطي / ثنائي الفينيل متعدد الكلور لنموذجي الأولي. هذه متاحة مجانًا إذا قمت بإرسال بريد إلكتروني إلي على [email protected]. لا يمكنني إرفاقها هنا لأنها ليست بتنسيق البيانات المطلوب. لقراءة ملفات.sch و. pcb ، ستحتاج إلى تنزيل Designspark PCB ، وهو مجاني.

ستشرح هذه التعليمات بشكل أساسي نظرية التشغيل ، لذا يمكنك جعلها أكثر من اللازم طالما يمكنك تبديل تلك الجسور H في التسلسلات الضرورية.

ملحوظة: لا أعرف على وجه اليقين ما إذا كان هذا هو الأكثر كفاءة في العالم ، لكنه قد يكون جيدًا جدًا (99.5 ٪ الذروة جيدة جدًا) ، وهي تعمل.

اللوازم:

13 ، أو 13 * 2 ، أو 13 * 3 ، أو 13 * 4 ، … بطاريات الدورة العميقة بجهد 12 فولت

دائرة إلكترونية أساسية للغاية يمكنها التحكم بشكل مستقل في 3 جسور H. لقد صنعت نموذجًا أوليًا ، ويسعدني مشاركة PCB و Schematic ، لكن يمكنك بالتأكيد القيام بذلك بشكل مختلف عن الطريقة التي قمت بها. أقوم أيضًا بصنع نسخة جديدة من ثنائي الفينيل متعدد الكلور والتي ستكون معروضة للبيع إذا أراد أي شخص ذلك.

الخطوة 1: نظرية العملية

هل لاحظت أنه يمكنك إنشاء الأعداد الصحيحة -13 ، -12 ، -11 ، … ، 11 ، 12 ، 13 من

أ * 1 + ب * 3 + ج * 9

حيث يمكن أن تكون A و B و C -1 أو 0 أو +1؟ على سبيل المثال ، إذا كان A = +1 ، B = -1 ، C = 1 ، تحصل على

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

لذا ، ما علينا فعله هو صنع ثلاث جزر معزولة من البطاريات. في الجزيرة الأولى ، لديك 9 بطاريات بجهد 12 فولت. في الجزيرة التالية لديك 3 بطاريات 12 فولت. في الجزيرة الأخيرة لديك 1 بطارية 12 فولت. في الإعداد الشمسي ، هذا يعني أيضًا وجود 3 MPPTs منفصلة. (سأحصل على تعليمات حول MPPT رخيصة لأي جهد كهربائي قريبًا). هذه مقايضة لهذه الطريقة.

لإجراء +1 على جسر كامل ، عليك إيقاف تشغيل 1L وتشغيل 1H وإيقاف تشغيل 2H وتشغيل 2L.

لجعل 0 على جسر كامل ، قم بإيقاف تشغيل 1L ، وتشغيل 1H ، وإيقاف 2L ، وتشغيل 2H.

لعمل -1 على جسر كامل ، قم بإيقاف تشغيل 1H ، وتشغيل 1L ، وإيقاف 2L ، وتشغيل 2H.

بحلول الساعة 1 ، أعني أول mosfet عالي الجانب ، 1L هو أول mosfet منخفض الجانب ، إلخ …

الآن ، لعمل موجة جيبية ، ما عليك سوى تبديل الجسور الأفقية من -13 إلى +13 ، والعودة إلى -13 ، وحتى +13 ، مرارًا وتكرارًا. كل ما عليك فعله هو التأكد من أن توقيت التبديل قد تم بحيث تنتقل من -13 ، -12 ، … ، +12 ، +13 ، +12 ، +11 ، … ، -11 ، -12 ، - 13 في 1/60 ثانية (1/50 ثانية في أوروبا!) ، وعليك فقط إجراء التغييرات في الحالات بحيث تتوافق في الواقع مع شكل موجة جيبية. أنت تقوم بشكل أساسي ببناء موجة جيبية من حجم 1.

يمكن بالفعل تمديد هذه العملية بحيث يمكنك إنشاء الأعداد الصحيحة -40 ، -39 ، … ، +39 ، +40 من

أ * 1 + ب * 3 + ج * 9 + د * 27

حيث يمكن أن تكون A و B و C و D -1 أو 0 أو +1. في هذه الحالة ، يمكنك استخدام ما مجموعه 40 بطارية من بطاريات الليثيوم من طراز Nissan Leaf ، وتصنيع 240 فولت تيار متردد بدلاً من 120 فولت تيار متردد. وفي هذه الحالة ، تكون أحجام ليغو أصغر بكثير. تحصل على إجمالي 81 خطوة في الموجة الجيبية في هذه الحالة بدلاً من 27 فقط (-40 ، … ، +40 مقابل -13 ، … ، +13).

هذا الإعداد حساس لعامل الطاقة. ترتبط كيفية تقسيم القوة بين الجزر الثلاث بعامل الطاقة. يمكن أن يؤثر ذلك على عدد الواط التي يجب أن تخصصها لكل لوحة من الألواح الشمسية الثلاثة للجزيرة. أيضًا ، إذا كان عامل الطاقة الخاص بك سيئًا حقًا ، فمن الممكن أن تكون الجزيرة ، في المتوسط ، تشحن أكثر من التفريغ. لذا ، من المهم أن تتأكد من أن عامل الطاقة لديك ليس مروعًا. سيكون الوضع المثالي لذلك هو 3 جزر ذات سعة لانهائية.

الخطوة 2: إذن ، لماذا هذا فعال جدا النتن ؟

تردد التبديل بطيء بشكل يبعث على السخرية. بالنسبة للجسر H الذي يقوم بتبديل 9 بطاريات متسلسلة ، لديك فقط 4 تغييرات حالة في 1/60 ثانية. بالنسبة إلى H-brirdge التي تقوم بتبديل البطاريات الثلاث في سلسلة ، لديك فقط 16 حالة تغيير في 1/60 ثانية. بالنسبة لآخر جسر H ، لديك 52 تغييرًا للحالة في 1/60 ثانية. عادة ، في العاكس ، يتم تبديل mosfets ربما 100 كيلو هرتز أو أكثر.

بعد ذلك ، تحتاج فقط إلى موزفيت تم تصنيفها لبطارياتها الخاصة. لذلك ، بالنسبة للجسر H للبطارية الفردية ، فإن جهاز mosfet بقوة 40 فولت سيكون أكثر من آمن. هناك 40 فولت MOSFETs لديها مقاومة تشغيل أقل من 0.001 أوم. بالنسبة لجسر H للبطارية 3 ، يمكنك استخدام 60v mosfets بأمان. بالنسبة لجسر H للبطارية 9 ، يمكنك استخدام 150 فولت موسفيت. اتضح أن جسر الجهد العالي يتم تبديله على أقل تقدير ، وهو أمر مصادفة للغاية من حيث الخسائر.

علاوة على ذلك ، لا توجد محاثات مرشح كبيرة ، ولا محولات ، وما يرتبط بها من خسائر أساسية ، إلخ …

الخطوة 3: النموذج الأولي

في النموذج الأولي الخاص بي ، استخدمت متحكم dsPIC30F4011. إنه يقوم في الأساس بتبديل المنافذ التي تتحكم في الجسور H في الوقت المناسب. لا يوجد تأخر في توليد جهد معين. مهما كان الجهد الذي تريده متاح في حوالي 100 نانوثانية. يمكنك استخدام 12 وحدة DC / DC معزولة بقدرة 1 وات لتبديل تجهيزات MOSFETs. يبلغ إجمالي معدل الطاقة حوالي 10 كيلو واط ، وربما 6 أو 7 كيلو واط مستمر. التكلفة الإجمالية هي بضع مئات من الدولارات لكل شيء.

من الممكن في الواقع تنظيم الجهد أيضًا. لنفترض أن تشغيل 3 جسور H على التوالي من -13 إلى +13 يجعل شكل موجة التيار المتردد أكبر من اللازم. يمكنك فقط اختيار التشغيل من -12 إلى +12 بدلاً من ذلك ، أو -11 إلى +11 ، أو أيًا كان.

أحد البرامج التي أود تغييرها هو ، كما ترون من صورة الذبذبات ، توقيت تغيير الحالة الذي اخترته لم يجعل الموجة الجيبية متماثلة تمامًا. سأقوم فقط بضبط التوقيت بالقرب من أعلى شكل الموجة قليلاً. يكمن جمال هذا الأسلوب في أنه يمكنك إنشاء شكل موجة AC من أي شكل تريده.

قد لا تكون فكرة سيئة أيضًا أن يكون لديك محث صغير على خرج كل من خطي التيار المتردد ، وربما سعة صغيرة من أحد خطوط التيار المتردد إلى الآخر ، بعد المحاثين. ستسمح المحاثات للناتج الحالي بالتغير بشكل أبطأ قليلاً ، مما يمنح حماية التيار الزائد للجهاز فرصة للتشغيل في حالة حدوث ماس كهربائي.

لاحظ أن هناك 6 أسلاك ثقيلة في إحدى الصور. هؤلاء يذهبون إلى جزر البطارية الثلاثة المنفصلة. ثم هناك 2 من الأسلاك الثقيلة للطاقة 120vAC.