Разработка и сборка прототипа высокоэффективного солнечного инвертора на нитридгаллиевых транзисторах

Цель исследования - разработка прототипа солнечного инвертора на нитрид-галлиевых транзисторах с высокими технико- эксплуатационными характеристиками. Осуществлен выбор компонентной базы для разработки солнечного инвертора. Разработаны: функциональная схема двухстадийного преобразования электрической энергии в солнечном инверторе; принципиальная схема трекера отслеживания максимальной мощности; принципиальная схема инвертора. Выбрана для практической реализации модель управления преобразования на раздельных микроконтроллерах. Выполнены разводка и изготовление печатных плат солнечного инвертора. Разработана система индикации режимов работы солнечного инвертора. Определены наиболее эффективные производственные технологии изготовления корпуса прототипа инвертора. Выполнена непосредственная проверка всех изысканий на практике путем изготовления печатных плат и корпуса прототипа инвертора с системой индикации. Проведены: испытание прототипов инвертора и конвертера солнечной панели, доработка конструкторской документации, оформление всего комплекта технической документации для производства. На основании результатов проведенных исследований были сделаны выводы об использовании в качестве базового схемотехнического решения, основанного на отладочном наборе от компании Transphorm, но с рядом важных изменений: добавлено реле для переключения между домашней сетью питания и линией цепи инвертора; добавлена обратная связь для измерения тока в цепи; добавлена обратная связь для измерения входного и выходного напряжений; изменен принцип измерения входных и выходных параметров, обеспечивающий большую надежность и точность. Выбран используемый микроконтроллер - TMS320F28035, который предназначен для использования в устройствах где критичным параметром является время срабатывания системы, также он обладает встроенным математическим сопроцессором, необходимым для реализации работы системы управления устройством. Добавлены системы защиты инвертора от превышения максимального тока, перенапряжения, низкого напряжения и anti-islanding (противоостровная защита). Добавлены системы управления MPPT-конвертером с учетом реализации стратегии управления для повышения отдаваемой мощности. Проработана целесообразность использования схемотехнического решения, разработанного на первом этапе НИР, а также прошли практическую проверку тезисы о реализуемости силового преобразователя высокой мощности до 5 КВт в ограниченных массогабаритных параметрах. Изготовлены прототипы печатных плат для дальнейшего монтажа силовых и пассивных компонентов бестрансформаторного преобразователя солнечной энергии. Протестирована и признана удобной и интуитивно понятной система индикации режимов работы солнечного инвертора. На заключительном этапе работы скомпонованы и собраны основные системы устройства. На основании результатов проведенных исследований сделаны выводы о работоспособности инвертора, разработанного на предыдущих этапах НИР, и соответствии его заданным параметрам. Изучены возможные методики проведения испытания, и выбрана наиболее подходящая для испытаний данного инвертора. Изготовлен тестовый стенд для реализации выбранной ранее методики. Проведены испытания по утверждённой методике. Выполнен анализ результатов испытаний для формирования рекомендаций для оптимизации модели прототипа. Доработана конструкторская документация в соответствии с выработанными рекомендациями с учетом обеспечения технологичности производства и специфических требований по теплоотводу, компактности, компоновки с системой индикации. Оформлен комплект конструкторской документации, необходимый для подготовки прототипа инвертора к применению в массовом производстве. На основании полученных результатов сделано заключение, что работа выполнена успешно. Решение задач этапов работы создает необходимый задел для завершения НИОКР по созданию прототипа инвертора солнечного инвертора и продолжения дальнейших работ по доведению его до серийного производства. Данный прототип может быть доработан до серийной модели для использования в области альтернативной энергетики для конвертации энергии, вырабатываемой солнечными панелями в переменный электрический ток 230 В, 50 Гц бытовой электрической сети. Экономический эффект достигается за счет повышения частоты силового преобразования, что приводит к уменьшению массогабаритов и стоимостных показателей для аналогичных моделей, реализованных на кремниевых транзисторах. Достигаемая экономия на материалах может составить до 30% от себестоимости аналогов. В результате работы подана заявка в Роспатент на полезную модель.