दुनिया में सबसे कुशल ऑफ-ग्रिड सोलर इन्वर्टर: 3 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:18

सौर ऊर्जा भविष्य है। पैनल कई दशकों तक चल सकते हैं। मान लें कि आपके पास ऑफ-ग्रिड सौर मंडल है। आपके पास अपने खूबसूरत रिमोट केबिन में चलाने के लिए एक रेफ्रिजरेटर/फ्रीजर, और अन्य सामानों का एक गुच्छा है। आप ऊर्जा को फेंकने का जोखिम नहीं उठा सकते! तो, यह शर्म की बात है जब आपके 6000 वाट सौर पैनल अगले 40 वर्षों के लिए एसी आउटलेट पर 5200 वाट के रूप में समाप्त हो जाते हैं। क्या होगा यदि आप सभी ट्रांसफॉर्मर को खत्म कर सकते हैं, तो 6000 वाट शुद्ध साइन वेव सौर इन्वर्टर केवल कुछ पाउंड वजन करेगा? क्या होगा यदि आप सभी पल्स चौड़ाई मॉडुलन को समाप्त कर सकते हैं, और ट्रांजिस्टर के बिल्कुल नंगे न्यूनतम स्विचिंग कर सकते हैं, और अभी भी एक बहुत ही कम कुल हार्मोनिक विरूपण है?

इसके लिए हार्डवेयर बहुत जटिल नहीं है। आपको बस एक ऐसे सर्किट की आवश्यकता है जो स्वतंत्र रूप से 3 अलग-अलग एच-ब्रिजों को नियंत्रित कर सके। मेरे पास मेरे सर्किट के लिए सामग्री का बिल है, साथ ही मेरे पहले प्रोटोटाइप के लिए सॉफ्टवेयर और योजनाबद्ध/पीसीबी है। यदि आप मुझे [email protected] पर ईमेल करते हैं तो वे मुफ्त में उपलब्ध हैं। मैं उन्हें यहां संलग्न करने में सक्षम नहीं हूं क्योंकि वे आवश्यक डेटा प्रारूप में नहीं हैं।.sch और.pcb फ़ाइलों को पढ़ने के लिए, आपको Designspark PCB डाउनलोड करना होगा, जो मुफ़्त है।

यह निर्देश मुख्य रूप से ऑपरेशन के सिद्धांत की व्याख्या करने वाला है, इसलिए आप इसे तब तक भी बना सकते हैं जब तक आप उन एच-ब्रिज को आवश्यक अनुक्रमों में बदल सकते हैं।

नोट: मैं निश्चित रूप से नहीं जानता कि यह दुनिया में सबसे कुशल है, लेकिन यह बहुत अच्छी तरह से हो सकता है (99.5% शिखर बहुत अच्छा है), और यह काम करता है।

आपूर्ति:

13, या 13*2, या 13*3, या 13*4, … 12v डीप साइकिल बैटरी

एक बहुत ही बुनियादी इलेक्ट्रॉनिक सर्किट जो स्वतंत्र रूप से 3 एच-ब्रिज को नियंत्रित कर सकता है। मैंने एक प्रोटोटाइप बनाया है, और पीसीबी और योजनाबद्ध साझा करने में प्रसन्न हूं, लेकिन आप निश्चित रूप से इसे अलग तरीके से कर सकते हैं कि मैंने इसे कैसे किया। मैं पीसीबी का एक नया संस्करण भी बना रहा हूं जो कि अगर कोई चाहे तो बिक्री के लिए होगा।

चरण 1: संचालन का सिद्धांत

क्या आपने कभी गौर किया है कि आप पूर्णांक -13, -12, -11, …, 11, 12, 13 से पूर्णांक उत्पन्न कर सकते हैं

ए*1 + बी*3 + सी*9

जहां ए, बी और सी -1, 0 या +1 हो सकते हैं? उदाहरण के लिए, यदि ए = +1, बी = -1, सी = 1, आपको मिलता है

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

तो, हमें बैटरियों के 3 पृथक द्वीप बनाने की आवश्यकता है। पहले द्वीप में, आपके पास 9 12v बैटरी है। अगले द्वीप में आपके पास 3 12v बैटरी है। अंतिम द्वीप में आपके पास 1 12v बैटरी है। सोलर सेटअप में, इसका मतलब है कि 3 अलग-अलग एमपीपीटी भी हैं। (मेरे पास बहुत जल्द किसी भी वोल्टेज के लिए एक सस्ते एमपीपीटी पर एक निर्देश होगा)। यह इस पद्धति का एक ट्रेडऑफ है।

एक पूर्ण पुल पर +1 बनाने के लिए, आप 1L बंद करें, 1H चालू करें, 2H बंद करें और 2L चालू करें।

एक पूर्ण पुल पर 0 बनाने के लिए, आप 1L बंद करें, 1H चालू करें, 2L बंद करें और 2H चालू करें।

एक पूर्ण पुल पर -1 बनाने के लिए, आप 1H बंद करें, 1L चालू करें, 2L बंद करें और 2H चालू करें।

1H से, मेरा मतलब है कि पहला हाई साइड मॉसफ़ेट, 1L पहला लो साइड मॉसफ़ेट है, आदि…

अब, एक साइन वेव बनाने के लिए, आप बस अपने एच-ब्रिज को -13 से +13 तक, और वापस -13 पर, +13 तक, बार-बार स्विच करें। आपको बस इतना करना है कि स्विचिंग का समय इस तरह से किया जाता है कि आप -13, -12, …, +12, +13, +12, +11, …, -11, -12, - 13 1/60 सेकंड में (यूरोप में 1/50 सेकंड!), और आपको बस राज्यों के परिवर्तन करने होंगे ताकि यह वास्तव में साइन लहर के आकार के अनुरूप हो। आप मूल रूप से आकार 1 के लेगो से साइन वेव बना रहे हैं।

इस प्रक्रिया को वास्तव में बढ़ाया जा सकता है ताकि आप पूर्णांक -40, -39, …, +39, +40 उत्पन्न कर सकें

ए*1 + बी*3 + सी*9 + डी*27

जहां ए, बी, सी और डी -1, 0 या +1 हो सकते हैं। उस स्थिति में, आप कुल 40 निसान लीफ लिथियम बैटरी का उपयोग कर सकते हैं और 120vAC के बजाय 240vAC बना सकते हैं। और उस स्थिति में, लेगो का आकार बहुत छोटा होता है। इस मामले में आपको केवल 27 (-40, …, +40 बनाम -13, …, +13) के बजाय आपकी साइन वेव में कुल 81 चरण मिलते हैं।

यह सेटअप पावर फैक्टर के प्रति संवेदनशील है। 3 द्वीपों के बीच शक्ति कैसे विभाजित होती है यह शक्ति कारक से संबंधित है। यह प्रभावित कर सकता है कि आपको 3 द्वीप सौर पैनलों में से प्रत्येक के लिए कितने वाट अलग रखने चाहिए। इसके अलावा, यदि आपका पावर फैक्टर वास्तव में खराब है, तो यह संभव है कि एक द्वीप औसतन डिस्चार्ज होने से अधिक चार्ज कर रहा हो। इसलिए, यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है कि आपका पावर फैक्टर भयानक नहीं है। इसके लिए आदर्श स्थिति अनंत क्षमता वाले 3 द्वीप होंगे।

चरण 2: तो, यह इतना बदबूदार कुशल क्यों है ?

स्विचिंग आवृत्ति हास्यास्पद रूप से धीमी है। श्रृंखला में 9 बैटरियों को स्विच करने वाले एच-ब्रिज के लिए, आपके पास 1/60 सेकंड में केवल 4 राज्य परिवर्तन होते हैं। श्रृंखला में 3 बैटरियों को स्विच करने वाले एच-ब्रिज के लिए, आपके पास 1/60 सेकंड में केवल 16 राज्य परिवर्तन हैं। पिछले एच-ब्रिज के लिए, आपके पास 1/60 सेकंड में 52 राज्य परिवर्तन हैं। आमतौर पर, एक इन्वर्टर में, मस्जिद शायद 100KHz या उससे भी अधिक पर स्विच कर रहे हैं।

इसके बाद, आपको केवल उन मस्जिदों की आवश्यकता है जो उनकी संबंधित बैटरी के लिए रेट की गई हैं। तो, सिंगल बैटरी एच-ब्रिज के लिए, 40v का मस्जिद सुरक्षित से अधिक होगा। वहाँ ४०v MOSFETs हैं जिनका ०.००१ ओम से कम का प्रतिरोध है। 3 बैटरी एच-ब्रिज के लिए, आप सुरक्षित रूप से 60v मस्जिद का उपयोग कर सकते हैं। 9 बैटरी एच-ब्रिज के लिए, आप 150v मस्जिद का उपयोग कर सकते हैं। यह पता चला है कि उच्च वोल्टेज पुल कम से कम अक्सर स्विच करता है, जो नुकसान के मामले में बहुत ही गंभीर है।

क्या अधिक है, कोई बड़ा फिल्टर इंडक्टर्स नहीं है, कोई ट्रांसफॉर्मर नहीं है, और संबंधित कोर नुकसान आदि हैं …

चरण 3: प्रोटोटाइप

अपने प्रोटोटाइप पर, मैंने dsPIC30F4011 माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग किया। यह मूल रूप से उचित समय पर एच-ब्रिज को नियंत्रित करने वाले बंदरगाहों को टॉगल करता है। किसी दिए गए वोल्टेज को उत्पन्न करने के लिए कोई अंतराल नहीं है। आप जो भी वोल्टेज चाहते हैं वह लगभग 100 नैनोसेकंड में उपलब्ध है। आप MOSFETs की आपूर्ति को स्विच करने के लिए 12 1-वाट पृथक DC/DC का उपयोग कर सकते हैं। कुल बिजली रेटिंग लगभग 10kW चोटी है, और शायद 6 या 7kw निरंतर है। सब कुछ के लिए कुल लागत कुछ सौ डॉलर है।

वोल्टेज को भी विनियमित करना वास्तव में संभव है। मान लीजिए कि -13 से +13 तक 3 एच-ब्रिज को सीरीज में चलाने से एसी वेवफॉर्म बहुत बड़ा हो जाता है। आप इसके बजाय -12 से +12 तक, या -11 से +11, या जो कुछ भी चलाना चुन सकते हैं।

एक सॉफ्टवेयर चीज जो मैं बदलूंगा, वह है, जैसा कि आप आस्टसीलस्कप चित्र से देख सकते हैं, मेरे द्वारा चुने गए राज्य परिवर्तन समय ने साइन लहर को पूरी तरह से सममित नहीं बनाया। मैं तरंग के शीर्ष के पास के समय को थोड़ा सा समायोजित करूंगा। इस दृष्टिकोण की सुंदरता यह है कि आप अपनी इच्छानुसार किसी भी आकार का एसी तरंग बना सकते हैं।

यह भी एक बुरा विचार नहीं हो सकता है कि 2 एसी लाइनों में से प्रत्येक के आउटपुट पर एक छोटा प्रारंभ करनेवाला, और शायद 2 प्रेरकों के बाद एसी लाइनों में से एक से दूसरे में एक छोटा समाई हो। इंडक्टर्स वर्तमान आउटपुट को थोड़ा और धीरे-धीरे बदलने की अनुमति देते हैं, जिससे शॉर्ट सर्किट की स्थिति में हार्डवेयर ओवरकुरेंट सुरक्षा को ट्रिगर करने का मौका मिलता है।

ध्यान दें कि एक चित्र में 6 भारी तार हैं। वे 3 अलग बैटरी द्वीपों में जाते हैं। फिर 2 भारी तार हैं जो 120vAC शक्ति के लिए हैं।