cos'è un inverter solare?

Mentre il mondo avanza nella ricerca di soluzioni energetiche sostenibili e pulite, l’energia solare è emersa come capofila nella corsa verso un futuro più verde. Sfruttando l’energia abbondante e rinnovabile del sole, i sistemi solari fotovoltaici (PV) hanno guadagnato una popolarità diffusa, aprendo la strada a una notevole trasformazione nel modo in cui generiamo elettricità. Al centro di ogni sistema solare fotovoltaico si trova un componente cruciale che consente la conversione della luce solare in energia utilizzabile: ilinverter solare. Agendo come ponte tra i pannelli solari e la rete elettrica, gli inverter solari svolgono un ruolo fondamentale nell'utilizzo efficiente dell'energia solare. Comprendere il loro principio di funzionamento ed esplorarne le varie tipologie è fondamentale per comprendere gli affascinanti meccanismi dietro la conversione dell’energia solare. How lo fa ASolarIinverterWok? Un inverter solare è un dispositivo elettronico che converte l'elettricità in corrente continua (CC) prodotta dai pannelli solari in elettricità in corrente alternata (CA) che può essere utilizzata per alimentare elettrodomestici ed essere immessa nella rete elettrica. Il principio di funzionamento di un inverter solare può essere suddiviso in tre fasi principali: conversione, controllo e potenza. Conversione: L'inverter solare riceve innanzitutto l'elettricità CC generata dai pannelli solari. Questa elettricità CC è tipicamente sotto forma di una tensione fluttuante che varia con l'intensità della luce solare. Il compito principale dell'inverter è convertire questa tensione continua variabile in una tensione alternata stabile adatta al consumo. Il processo di conversione coinvolge due componenti chiave: una serie di interruttori elettronici di potenza (solitamente transistor bipolari a gate isolato o IGBT) e un trasformatore ad alta frequenza. Gli interruttori sono responsabili della rapida accensione e spegnimento della tensione CC, creando un segnale di impulso ad alta frequenza. Il trasformatore aumenta quindi la tensione al livello di tensione CA desiderato. Controllare: La fase di controllo di un inverter solare garantisce che il processo di conversione funzioni in modo efficiente e sicuro. Implica l’uso di sofisticati algoritmi di controllo e sensori per monitorare e regolare vari parametri. Alcune importanti funzioni di controllo includono: UN. Inseguimento del punto di massima potenza (MPPT): i pannelli solari hanno un punto operativo ottimale chiamato punto di massima potenza (MPP), dove producono la massima potenza per una determinata intensità di luce solare. L'algoritmo MPPT regola continuamente il punto operativo dei pannelli solari per massimizzare la potenza in uscita monitorando l'MPP. B. Regolazione di tensione e frequenza: il sistema di controllo dell'inverter mantiene una tensione e una frequenza di uscita CA stabili, in genere seguendo gli standard della rete pubblica. Ciò garantisce la compatibilità con altri dispositivi elettrici e consente una perfetta integrazione con la rete. C. Sincronizzazione della rete: gli inverter solari collegati alla rete sincronizzano la fase e la frequenza dell'uscita CA con la rete pubblica. Questa sincronizzazione consente all'inverter di reimmettere nella rete l'energia in eccesso o di prelevare energia dalla rete quando la produzione solare è insufficiente. Produzione: Nella fase finale, l'inverter solare fornisce l'elettricità CA convertita ai carichi elettrici o alla rete. L'output può essere utilizzato in due modi: UN. Sistemi on-grid o collegati alla rete: nei sistemi collegati alla rete, l'inverter solare immette l'elettricità CA direttamente nella rete pubblica. Ciò riduce la dipendenza dalle centrali elettriche basate sui combustibili fossili e consente lo scambio sul posto, dove l’elettricità in eccesso generata durante il giorno può essere accreditata e utilizzata durante i periodi di bassa produzione solare. B. Sistemi off-grid: nei sistemi off-grid, l'inverter solare carica un banco di batterie oltre a fornire energia ai carichi elettrici. Le batterie immagazzinano l'energia solare in eccesso, che può essere utilizzata durante i periodi di bassa produzione solare o di notte quando i pannelli solari non generano elettricità. Caratteristiche degli inverter solari: Efficienza: Gli inverter solari sono progettati per funzionare con alta efficienza per massimizzare la resa energetica del sistema solare fotovoltaico. Una maggiore efficienza si traduce in una minore perdita di energia durante il processo di conversione, garantendo che una percentuale maggiore di energia solare venga effettivamente utilizzata. Potenza in uscita: Gli inverter solari sono disponibili in varie potenze nominali, che vanno dai piccoli sistemi residenziali alle installazioni commerciali su larga scala. La potenza di un inverter deve essere opportunamente abbinata alla capacità dei pannelli solari per ottenere prestazioni ottimali. Durata e affidabilità: Gli inverter solari sono esposti a condizioni ambientali variabili, comprese fluttuazioni di temperatura, umidità e potenziali sovratensioni elettriche. Pertanto, gli inverter dovrebbero essere costruiti con materiali robusti e progettati per resistere a queste condizioni, garantendo affidabilità a lungo termine. Monitoraggio e comunicazione: Molti moderni inverter solari sono dotati di sistemi di monitoraggio che consentono agli utenti di monitorare le prestazioni del proprio sistema solare fotovoltaico. Alcuni inverter possono anche comunicare con dispositivi esterni e piattaforme software, fornendo dati in tempo reale e consentendo il monitoraggio e il controllo remoto. Caratteristiche di sicurezza: Gli inverter solari incorporano varie caratteristiche di sicurezza per proteggere sia il sistema che le persone che lavorano con esso. Queste funzionalità includono la protezione da sovratensione, protezione da sovracorrente, rilevamento dei guasti a terra e protezione anti-island, che impedisce all'inverter di immettere energia nella rete durante le interruzioni di corrente. Classificazione degli inverter solari in base alla potenza nominale Gli inverter fotovoltaici, noti anche come inverter solari, possono essere classificati in diversi tipi in base al design, alla funzionalità e all'applicazione. Comprendere queste classificazioni può aiutare a selezionare l'inverter più adatto per uno specifico sistema solare fotovoltaico. Di seguito le principali tipologie di inverter FV classificati per livello di potenza: Inverter in base al livello di potenza: principalmente suddiviso in inverter distribuiti (inverter di stringa e micro inverter), inverter centralizzato Inverti stringaehm: Gli inverter di stringa sono il tipo di inverter fotovoltaici più comunemente utilizzato negli impianti solari residenziali e commerciali, sono progettati per gestire più pannelli solari collegati in serie, formando una "stringa". La stringa fotovoltaica (1-5kw) è diventata oggi l'inverter più popolare nel mercato internazionale grazie a un inverter con inseguimento del picco di potenza massima sul lato CC e connessione alla rete parallela sul lato CA. L'elettricità DC generata dai pannelli solari viene immessa nell'inverter di stringa, che la converte in elettricità AC per l'uso immediato o per l'esportazione nella rete. Gli inverter di stringa sono noti per la loro semplicità, convenienza e facilità di installazione. Tuttavia, le prestazioni dell'intera stringa dipendono dal pannello con le prestazioni più basse, il che può influire sull'efficienza complessiva del sistema. Micro inverter: I micro inverter sono piccoli inverter installati su ogni singolo pannello solare di un impianto fotovoltaico. A differenza degli inverter di stringa, i micro inverter convertono l'elettricità CC in CA direttamente a livello del pannello. Questo design consente a ciascun pannello di funzionare in modo indipendente, ottimizzando la produzione energetica complessiva del sistema. I micro inverter offrono numerosi vantaggi, tra cui il monitoraggio del punto di massima potenza (MPPT) a livello di pannello, migliori prestazioni del sistema in pannelli ombreggiati o non corrispondenti, maggiore sicurezza grazie a tensioni CC inferiori e monitoraggio dettagliato delle prestazioni dei singoli pannelli. Tuttavia, i costi iniziali più elevati e la potenziale complessità dell’installazione sono fattori da considerare. inverter centralizzati: Gli inverter centralizzati, noti anche come inverter di grandi dimensioni o su scala industriale (>10 kW), sono comunemente utilizzati in installazioni solari fotovoltaiche su larga scala, come parchi solari o progetti solari commerciali. Questi inverter sono progettati per gestire elevati input di potenza CC da più stringhe o serie di pannelli solari e convertirli in potenza CA per la connessione alla rete. La caratteristica più importante è l'elevata potenza e il basso costo del sistema, ma poiché la tensione di uscita e la corrente delle diverse stringhe FV spesso non sono esattamente corrispondenti (specialmente quando le stringhe FV sono parzialmente ombreggiate a causa di nuvolosità, ombra, macchie, ecc.) , l'uso di inverter centralizzati comporterà una minore efficienza del processo di inversione e una minore energia elettrica domestica. Gli inverter centralizzati hanno in genere una capacità di potenza maggiore rispetto ad altri tipi, che va da diversi kilowatt a diversi megawatt. Sono installati in una posizione centrale o in una stazione inverter e più stringhe o matrici di pannelli solari sono collegate ad essi in parallelo. Cosa fa un inverter solare? Gli inverter fotovoltaici svolgono molteplici funzioni, tra cui la conversione CA, l'ottimizzazione delle prestazioni delle celle solari e la protezione del sistema. Queste funzioni comprendono il funzionamento e lo spegnimento automatici, il controllo dell'inseguimento della potenza massima, l'anti-islanding (per sistemi collegati alla rete), la regolazione automatica della tensione (per sistemi collegati alla rete), il rilevamento CC (per sistemi collegati alla rete) e il rilevamento della terra CC (per sistemi collegati alla rete). per sistemi connessi alla rete). Esploriamo brevemente la funzione di funzionamento e spegnimento automatico e la funzione di controllo del tracciamento della potenza massima. 1) Funzione di funzionamento e spegnimento automatico Dopo l'alba del mattino, l'intensità della radiazione solare aumenta gradualmente e la resa delle celle solari aumenta di conseguenza. Quando viene raggiunta la potenza di uscita richiesta dall'inverter, l'inverter inizia a funzionare automaticamente. Dopo essere entrato in funzione, l'inverter monitorerà continuamente l'uscita dei componenti della cella solare, finché la potenza di uscita dei componenti della cella solare è maggiore della potenza di uscita richiesta dall'inverter, l'inverter continuerà a funzionare; fino al tramonto, anche se piove. Funziona anche l'inverter. Quando l'uscita del modulo della cella solare diminuisce e l'uscita dell'inverter è vicina allo 0, l'inverter entrerà in uno stato di standby. 2) Funzione di controllo dell'inseguimento della potenza massima La potenza del modulo a cella solare varia in base all'intensità della radiazione solare e alla temperatura del modulo a cella solare stesso (temperatura del chip). Inoltre, poiché il modulo a celle solari ha la caratteristica che la tensione diminuisce con l'aumento della corrente, esiste un punto di funzionamento ottimale in grado di ottenere la massima potenza. Cambia l'intensità della radiazione solare, cambia ovviamente anche il punto di lavoro ottimale. Rispetto a questi cambiamenti, il punto di funzionamento del modulo a cella solare è sempre al punto di massima potenza e il sistema ottiene sempre la massima potenza in uscita dal modulo a cella solare. Questo tipo di controllo è il controllo di inseguimento della potenza massima. La caratteristica più importante dell'inverter utilizzato nel sistema di generazione di energia solare è la funzione di inseguimento del punto di massima potenza (MPPT). I principali indicatori tecnici dell'inverter fotovoltaico 1. Stabilità della tensione di uscita Nell'impianto fotovoltaico l'energia elettrica generata dalla cella solare viene prima immagazzinata dalla batteria, e poi convertita in corrente alternata a 220V o 380V tramite l'inverter. Tuttavia, la batteria è influenzata dalla propria carica e scarica e la sua tensione di uscita varia in un ampio intervallo. Ad esempio la batteria da 12V nominali ha un valore di tensione che può variare tra 10,8 e 14,4V (oltre questo intervallo si potrebbero causare danni alla batteria). Per un inverter qualificato, quando la tensione del terminale di ingresso cambia all'interno di questo intervallo, la variazione della tensione di uscita a regime non deve superare Plusmn; 5% del valore nominale. Allo stesso tempo, quando il carico cambia improvvisamente, la deviazione della tensione di uscita non deve superare il ±10% rispetto al valore nominale. 2. Distorsione della forma d'onda della tensione di uscita Per gli inverter sinusoidali, deve essere specificata la distorsione massima consentita della forma d'onda (o contenuto armonico). Di solito è espresso dalla distorsione totale della forma d'onda della tensione di uscita e il suo valore non deve superare il 5% (il 10% è consentito per l'uscita monofase). Poiché la corrente armonica di ordine superiore emessa dall'inverter genererà ulteriori perdite come correnti parassite sul carico induttivo, se la distorsione della forma d'onda dell'inverter è troppo grande, causerà un grave riscaldamento dei componenti del carico, il che non è favorevole al la sicurezza delle apparecchiature elettriche e pregiudica gravemente il sistema. efficienza operativa. 3. Frequenza di uscita nominale Per i carichi che includono motori, come lavatrici, frigoriferi, ecc., poiché il punto di funzionamento della frequenza ottimale dei motori è 50 Hz, frequenze troppo alte o troppo basse causeranno il surriscaldamento dell'apparecchiatura, riducendo l'efficienza operativa e la durata del sistema. quindi la frequenza di uscita dell'inverter dovrebbe essere un valore relativamente stabile, solitamente la frequenza di alimentazione 50 Hz, e la sua deviazione dovrebbe essere entro Plusmn;l% in condizioni di funzionamento normali. 4. Fattore di potenza del carico Caratterizzare la capacità dell'inverter con carico induttivo o capacitivo. Il fattore di potenza del carico dell'inverter sinusoidale è 0,7~0,9 e il valore nominale è 0,9. Nel caso di una certa potenza di carico, se il fattore di potenza dell'inverter è basso, la capacità dell'inverter richiesto aumenterà. Da un lato aumenterà il costo e allo stesso tempo aumenterà la potenza apparente del circuito AC dell'impianto fotovoltaico. All’aumentare della corrente, inevitabilmente aumenteranno le perdite e diminuirà anche l’efficienza del sistema. 5. Efficienza dell'inverter L'efficienza dell'inverter si riferisce al rapporto tra la sua potenza in uscita e la potenza in ingresso in condizioni di lavoro specificate, espresse in percentuale. In generale l'efficienza nominale di un inverter fotovoltaico si riferisce ad un carico puramente resistivo. A condizione che l'efficienza del carico sia pari all'80%. Poiché il costo complessivo del sistema fotovoltaico è elevato, l'efficienza dell'inverter fotovoltaico dovrebbe essere massimizzata per ridurre il costo del sistema e migliorare il rapporto costo-prestazioni del sistema fotovoltaico. Attualmente, l’efficienza nominale degli inverter tradizionali è compresa tra l’80% e il 95%, mentre l’efficienza degli inverter a bassa potenza non deve essere inferiore all’85%. Nel processo di progettazione vera e propria di un impianto fotovoltaico, non solo si dovrebbe scegliere un inverter ad alta efficienza, ma si dovrebbe anche utilizzare una ragionevole configurazione del sistema per far lavorare il carico dell'impianto fotovoltaico il più vicino possibile al punto di migliore efficienza . 6. Corrente di uscita nominale (o capacità di uscita nominale) Indica la corrente di uscita nominale dell'inverter entro l'intervallo del fattore di potenza del carico specificato. Alcuni prodotti inverter forniscono la capacità di uscita nominale e la sua unità è espressa in VA o kVA. La capacità nominale dell'inverter è il prodotto della tensione di uscita nominale e della corrente di uscita nominale quando il fattore di potenza di uscita è 1 (ovvero carico puramente resistivo). 7. Misure di protezione Un inverter con prestazioni eccellenti dovrebbe anche avere funzioni di protezione complete o misure per far fronte a varie situazioni anomale che si verificano durante l'uso effettivo, in modo da proteggere l'inverter stesso e altri componenti del sistema da eventuali danni. 1) Accedi al conto dell'assicurazione sottotensione: Quando la tensione del terminale di ingresso è inferiore all'85% della tensione nominale, l'inverter deve essere dotato di protezione e display. 2) Protezione da sovratensione in ingresso: Quando la tensione del terminale di ingresso è superiore al 130% della tensione nominale, l'inverter deve essere dotato di protezione e display. 3) Protezione da sovracorrente: La protezione da sovracorrente dell'inverter dovrebbe essere in grado di garantire un'azione tempestiva quando il carico è in cortocircuito o la corrente supera il valore consentito, in modo da evitare che venga danneggiato dalla sovracorrente. Quando la corrente di lavoro supera il 150% del valore nominale, l'inverter dovrebbe essere in grado di proteggersi automaticamente. 4) protezione da cortocircuito in uscita Il tempo di azione della protezione da cortocircuito dell'inverter non deve superare 0,5 s. 5) Protezione da inversione di polarità in ingresso: Quando i poli positivo e negativo del terminale di ingresso sono invertiti, l'inverter dovrebbe avere funzioni di protezione e display. 6) Protezione contro i fulmini: L'inverter dovrebbe avere una protezione contro i fulmini. 7) Protezione da sovratemperatura, ecc. Inoltre, per gli inverter senza misure di stabilizzazione della tensione, l'inverter dovrebbe anche disporre di misure di protezione da sovratensione in uscita per proteggere il carico dai danni da sovratensione. 8. Caratteristiche iniziali Caratterizzare la capacità dell'inverter di avviarsi con carico e le prestazioni durante il funzionamento dinamico. L'inverter dovrebbe garantire un avviamento affidabile sotto il carico nominale. 9. Rumore Componenti come trasformatori, induttori di filtro, interruttori elettromagnetici e ventole nelle apparecchiature elettroniche di potenza generano rumore. Quando l'inverter funziona normalmente, il rumore non deve superare gli 80 dB, mentre il rumore di un piccolo inverter non deve superare i 65 dB. Capacità di selezione degli inverter solari