Què és un inversor solar?

A mesura que el món avança en la seva recerca de solucions energètiques sostenibles i netes, l'energia solar ha emergit com a pionera en la cursa cap a un futur més verd. Aprofitant l'energia abundant i renovable del sol, els sistemes solars fotovoltaics (FV) han guanyat una gran popularitat, obrint el camí per a una transformació notable en la manera com generem electricitat. Al cor de cada sistema solar fotovoltaic hi ha un component crucial que permet la conversió de la llum solar en energia utilitzable: lainversor solarActuant com a pont entre els panells solars i la xarxa elèctrica, els inversors solars tenen un paper vital en l'ús eficient de l'energia solar. Comprendre el seu principi de funcionament i explorar els seus diversos tipus és clau per comprendre la fascinant mecànica que hi ha darrere de la conversió d'energia solar. HCom fa A?SolarIinversorWork? Un inversor solar és un dispositiu electrònic que converteix l'electricitat de corrent continu (CC) produïda pels panells solars en electricitat de corrent altern (CA) que es pot utilitzar per alimentar electrodomèstics i introduir a la xarxa elèctrica. El principi de funcionament d'un inversor solar es pot dividir en tres etapes principals: conversió, control i sortida. Conversió: L'inversor solar primer rep l'electricitat de CC generada pels panells solars. Aquesta electricitat de CC sol ser en forma de voltatge fluctuant que varia amb la intensitat de la llum solar. La tasca principal de l'inversor és convertir aquest voltatge de CC variable en un voltatge de CA estable adequat per al consum. El procés de conversió implica dos components clau: un conjunt d'interruptors electrònics de potència (normalment transistors bipolars de porta aïllada o IGBT) i un transformador d'alta freqüència. Els interruptors són responsables de commutar ràpidament el voltatge de CC, creant un senyal de pols d'alta freqüència. El transformador augmenta el voltatge fins al nivell de voltatge de CA desitjat. Control: L'etapa de control d'un inversor solar garanteix que el procés de conversió funcioni de manera eficient i segura. Implica l'ús d'algoritmes de control i sensors sofisticats per monitoritzar i regular diversos paràmetres. Algunes funcions de control importants inclouen: a. Seguiment del punt de màxima potència (MPPT): Els panells solars tenen un punt de funcionament òptim anomenat punt de màxima potència (MPP), on produeixen la màxima potència per a una intensitat solar determinada. L'algoritme MPPT ajusta contínuament el punt de funcionament dels panells solars per maximitzar la potència de sortida mitjançant el seguiment del MPP. b. Regulació de voltatge i freqüència: El sistema de control de l'inversor manté un voltatge i una freqüència de sortida de CA estables, normalment seguint els estàndards de la xarxa elèctrica. Això garanteix la compatibilitat amb altres dispositius elèctrics i permet una integració perfecta amb la xarxa. c. Sincronització de la xarxa: Els inversors solars connectats a la xarxa sincronitzen la fase i la freqüència de la sortida de CA amb la xarxa elèctrica. Aquesta sincronització permet a l'inversor retornar l'excés d'energia a la xarxa o extreure energia de la xarxa quan la producció solar és insuficient. Sortida: A la fase final, l'inversor solar subministra l'electricitat de CA convertida a les càrregues elèctriques o a la xarxa. La sortida es pot utilitzar de dues maneres: a. Sistemes connectats a la xarxa o a la xarxa: En els sistemes connectats a la xarxa, l'inversor solar alimenta l'electricitat de CA directament a la xarxa elèctrica. Això redueix la dependència de les centrals elèctriques basades en combustibles fòssils i permet la mesura neta, on l'excés d'electricitat generada durant el dia es pot acreditar i utilitzar durant els períodes de baixa producció solar. b. Sistemes fora de xarxa: En els sistemes fora de xarxa, l'inversor solar carrega un banc de bateries a més de subministrar energia a les càrregues elèctriques. Les bateries emmagatzemen l'excés d'energia solar, que es pot utilitzar durant els moments de baixa producció solar o a la nit quan els panells solars no generen electricitat. Característiques dels inversors solars: Eficiència: Els inversors solars estan dissenyats per funcionar amb alta eficiència per maximitzar el rendiment energètic del sistema solar fotovoltaic. Una major eficiència es tradueix en una menor pèrdua d'energia durant el procés de conversió, garantint que una proporció més gran de l'energia solar s'utilitzi de manera efectiva. Potència de sortida: Els inversors solars estan disponibles en diverses potències, des de petits sistemes residencials fins a instal·lacions comercials a gran escala. La potència de sortida d'un inversor ha de coincidir adequadament amb la capacitat dels panells solars per aconseguir un rendiment òptim. Durabilitat i fiabilitat: Els inversors solars estan exposats a diverses condicions ambientals, com ara fluctuacions de temperatura, humitat i possibles sobretensions elèctriques. Per tant, els inversors s'han de construir amb materials robustos i dissenyar per suportar aquestes condicions, garantint una fiabilitat a llarg termini. Monitorització i comunicació: Molts inversors solars moderns vénen equipats amb sistemes de monitorització que permeten als usuaris fer un seguiment del rendiment del seu sistema solar fotovoltaic. Alguns inversors també es poden comunicar amb dispositius externs i plataformes de programari, proporcionant dades en temps real i permetent la monitorització i el control remots. Característiques de seguretat: Els inversors solars incorporen diverses funcions de seguretat per protegir tant el sistema com les persones que hi treballen. Aquestes funcions inclouen protecció contra sobretensions, protecció contra sobrecorrents, detecció de fallades a terra i protecció anti-illa, que impedeix que l'inversor subministra energia a la xarxa durant els talls de corrent. Classificació d'inversors solars per potència nominal Els inversors fotovoltaics, també coneguts com a inversors solars, es poden classificar en diferents tipus segons el seu disseny, funcionalitat i aplicació. Comprendre aquestes classificacions pot ajudar a seleccionar l'inversor més adequat per a un sistema solar fotovoltaic específic. Els següents són els principals tipus d'inversors fotovoltaics classificats per nivell de potència: Inversor segons el nivell de potència: principalment dividit en inversor distribuït (inversor de cadena i microinversor), inversor centralitzat Inversió de cadenaers: Els inversors de cadena són el tipus d'inversors fotovoltaics més utilitzat en instal·lacions solars residencials i comercials, estan dissenyats per gestionar múltiples panells solars connectats en sèrie, formant una "cadena". La cadena fotovoltaica (1-5 kW) s'ha convertit en l'inversor més popular al mercat internacional actualment gràcies a un inversor amb seguiment de pics de potència màxima al costat de CC i connexió a la xarxa en paral·lel al costat de CA. L'electricitat de CC generada pels panells solars s'alimenta a l'inversor de cadena, que la converteix en electricitat de CA per al seu ús immediat o per a l'exportació a la xarxa. Els inversors de cadena són coneguts per la seva simplicitat, rendibilitat i facilitat d'instal·lació. Tanmateix, el rendiment de tota la cadena depèn del panell de menor rendiment, cosa que pot afectar l'eficiència general del sistema. Microinversors: Els microinversors són petits inversors que s'instal·len a cada panell solar individual d'un sistema fotovoltaic. A diferència dels inversors de cadena, els microinversors converteixen l'electricitat de CC a CA directament a nivell de panell. Aquest disseny permet que cada panell funcioni de manera independent, optimitzant la producció d'energia global del sistema. Els microinversors ofereixen diversos avantatges, com ara el seguiment del punt de màxima potència (MPPT) a nivell de panell, un millor rendiment del sistema en panells ombrejats o no coincidents, una major seguretat a causa de voltatges de CC més baixos i una supervisió detallada del rendiment de cada panell. Tanmateix, el cost inicial més elevat i la complexitat potencial de la instal·lació són factors a tenir en compte. Inversors centralitzats: Els inversors centralitzats, també coneguts com a inversors de gran escala o d'utilitat (>10 kW), s'utilitzen habitualment en instal·lacions solars fotovoltaiques a gran escala, com ara parcs solars o projectes solars comercials. Aquests inversors estan dissenyats per gestionar entrades de potència de CC elevades de múltiples cadenes o conjunts de panells solars i convertir-les en alimentació de CA per a la connexió a la xarxa. La característica més important és l'alta potència i el baix cost del sistema, però com que la tensió i el corrent de sortida de les diferents cadenes fotovoltaiques sovint no coincideixen exactament (sobretot quan les cadenes fotovoltaiques estan parcialment a l'ombra a causa de la nuvolositat, l'ombra, les taques, etc.), l'ús d'un inversor centralitzat comportarà una menor eficiència del procés d'inversió i una menor energia elèctrica domèstica. Els inversors centralitzats solen tenir una capacitat de potència més alta en comparació amb altres tipus, que va des de diversos quilowatts fins a diversos megawatts. S'instal·len en una ubicació central o estació inversora, i s'hi connecten diverses cadenes o conjunts de panells solars en paral·lel. Què fa un inversor solar? Els inversors fotovoltaics tenen múltiples funcions, com ara la conversió de CA, l'optimització del rendiment de les cèl·lules solars i la protecció del sistema. Aquestes funcions inclouen el funcionament i l'apagada automàtics, el control del seguiment de màxima potència, l'anti-illa (per a sistemes connectats a la xarxa), l'ajust automàtic de la tensió (per a sistemes connectats a la xarxa), la detecció de CC (per a sistemes connectats a la xarxa) i la detecció de terra de CC (per a sistemes connectats a la xarxa). Explorem breument la funció de funcionament i apagada automàtics i la funció de control del seguiment de màxima potència. 1) Funcionament automàtic i funció d'apagada Després de la sortida del sol al matí, la intensitat de la radiació solar augmenta gradualment i la producció de les cèl·lules solars augmenta en conseqüència. Quan s'assoleix la potència de sortida requerida per l'inversor, l'inversor comença a funcionar automàticament. Després d'entrar en funcionament, l'inversor controlarà la producció dels components de la cèl·lula solar tot el temps, sempre que la potència de sortida dels components de la cèl·lula solar sigui superior a la potència de sortida requerida per l'inversor, l'inversor continuarà funcionant; fins que s'aturi la posta de sol, fins i tot si plou. L'inversor també funciona. Quan la producció del mòdul de cèl·lules solars disminueix i la producció de l'inversor és propera a 0, l'inversor passarà a un estat d'espera. 2) Funció de control de seguiment de potència màxima La potència del mòdul de cèl·lules solars varia amb la intensitat de la radiació solar i la temperatura del mateix mòdul de cèl·lules solars (temperatura del xip). A més, com que el mòdul de cèl·lules solars té la característica que el voltatge disminueix amb l'augment del corrent, hi ha un punt de funcionament òptim que pot obtenir la màxima potència. La intensitat de la radiació solar canvia, òbviament també canvia el millor punt de funcionament. En relació amb aquests canvis, el punt de funcionament del mòdul de cèl·lules solars sempre es troba al punt de màxima potència i el sistema sempre obté la màxima potència de sortida del mòdul de cèl·lules solars. Aquest tipus de control és el control de seguiment de màxima potència. La característica més important de l'inversor utilitzat en el sistema de generació d'energia solar és la funció de seguiment del punt de màxima potència (MPPT). Els principals indicadors tècnics de l'inversor fotovoltaic 1. Estabilitat de la tensió de sortida En el sistema fotovoltaic, l'energia elèctrica generada per la cèl·lula solar primer s'emmagatzema a la bateria i després es converteix en corrent altern de 220 V o 380 V a través de l'inversor. Tanmateix, la bateria es veu afectada per la seva pròpia càrrega i descàrrega, i la seva tensió de sortida varia en un ampli rang. Per exemple, una bateria nominal de 12 V té un valor de tensió que pot variar entre 10,8 i 14,4 V (més enllà d'aquest rang es pot causar danys a la bateria). Per a un inversor qualificat, quan la tensió del terminal d'entrada canvia dins d'aquest rang, la variació de la seva tensió de sortida en estat estacionari no ha de superar el ±10% del valor nominal. Al mateix temps, quan la càrrega canvia sobtadament, la desviació de la tensió de sortida no ha de superar el ±10% sobre el valor nominal. 2. Distorsió de la forma d'ona de la tensió de sortida Per als inversors d'ona sinusoidal, s'ha d'especificar la distorsió màxima admissible de la forma d'ona (o contingut harmònic). Normalment s'expressa com la distorsió total de la forma d'ona de la tensió de sortida, i el seu valor no ha de superar el 5% (es permet el 10% per a la sortida monofàsica). Com que el corrent harmònic d'ordre alt que surt de l'inversor generarà pèrdues addicionals, com ara corrents paràsits, a la càrrega inductiva. Si la distorsió de la forma d'ona de l'inversor és massa gran, provocarà un escalfament important dels components de la càrrega, cosa que no afavoreix la seguretat dels equips elèctrics i afecta greument l'eficiència operativa del sistema. 3. Freqüència de sortida nominal Per a càrregues que inclouen motors, com ara rentadores, neveres, etc., atès que el punt de funcionament de freqüència òptim dels motors és de 50 Hz, unes freqüències massa altes o massa baixes faran que l'equip s'escalfi, cosa que reduirà l'eficiència operativa i la vida útil del sistema. Per tant, la freqüència de sortida de l'inversor ha de ser un valor relativament estable, normalment una freqüència de potència de 50 Hz, i la seva desviació ha d'estar dins del Plusmn;1% en condicions de treball normals. 4. Factor de potència de càrrega Caracteritzeu la capacitat de l'inversor amb càrrega inductiva o capacitativa. El factor de potència de càrrega de l'inversor d'ona sinusoidal és de 0,7 a 0,9, i el valor nominal és de 0,9. En el cas d'una determinada potència de càrrega, si el factor de potència de l'inversor és baix, la capacitat de l'inversor requerit augmentarà. D'una banda, augmentarà el cost i, alhora, augmentarà la potència aparent del circuit de CA del sistema fotovoltaic. A mesura que augmenta el corrent, inevitablement augmentarà la pèrdua i l'eficiència del sistema també disminuirà. 5. Eficiència de l'inversor L'eficiència de l'inversor es refereix a la relació entre la seva potència de sortida i la potència d'entrada en condicions de treball específiques, expressada en percentatge. En general, l'eficiència nominal d'un inversor fotovoltaic es refereix a una càrrega de resistència pura. Sota la condició d'una càrrega del 80%, l'eficiència és important. Com que el cost global del sistema fotovoltaic és alt, s'ha de maximitzar l'eficiència de l'inversor fotovoltaic per reduir el cost del sistema i millorar el rendiment del sistema fotovoltaic. Actualment, l'eficiència nominal dels inversors convencionals es troba entre el 80% i el 95%, i l'eficiència dels inversors de baixa potència no ha de ser inferior al 85%. En el procés de disseny real d'un sistema fotovoltaic, no només s'ha de seleccionar un inversor d'alta eficiència, sinó que també s'ha d'utilitzar una configuració raonable del sistema per fer que la càrrega del sistema fotovoltaic funcioni a prop del millor punt d'eficiència tant com sigui possible. 6. Corrent de sortida nominal (o capacitat de sortida nominal) Indica el corrent de sortida nominal de l'inversor dins del rang de factor de potència de càrrega especificat. Alguns productes inversors donen la capacitat de sortida nominal, i la seva unitat s'expressa en VA o kVA. La capacitat nominal de l'inversor és el producte de la tensió de sortida nominal i el corrent de sortida nominal quan el factor de potència de sortida és 1 (és a dir, càrrega purament resistiva). 7. Mesures de protecció Un inversor amb un rendiment excel·lent també hauria de tenir funcions o mesures de protecció completes per fer front a diverses situacions anormals que es produeixen durant l'ús real, per tal de protegir l'inversor en si i altres components del sistema de danys. 1) Introduïu el compte de l'assegurança de subtensió: Quan la tensió del terminal d'entrada és inferior al 85% de la tensió nominal, l'inversor ha de tenir protecció i pantalla. 2) Protector de sobretensió d'entrada: Quan la tensió del terminal d'entrada és superior al 130% de la tensió nominal, l'inversor ha de tenir protecció i visualització. 3) Protecció contra sobrecorrent: La protecció contra sobrecorrent de l'inversor ha de poder garantir una acció oportuna quan la càrrega es curtcircuiti o el corrent superi el valor permès, per tal d'evitar que es faci malbé per la sobrecorrent. Quan el corrent de treball superi el 150% del valor nominal, l'inversor ha de poder protegir-se automàticament. 4) protecció contra curtcircuits de sortida El temps d'acció de la protecció contra curtcircuits de l'inversor no ha de superar els 0,5 s. 5) Protecció contra polaritat inversa d'entrada: Quan els pols positiu i negatiu del terminal d'entrada s'inverteixen, l'inversor hauria de tenir funció de protecció i visualització. 6) Protecció contra llamps: L'inversor ha de tenir protecció contra llamps. 7) Protecció contra sobretemperatura, etc. A més, per als inversors sense mesures d'estabilització de tensió, l'inversor també hauria de tenir mesures de protecció contra sobretensions de sortida per protegir la càrrega de danys per sobretensió. 8. Característiques inicials Per caracteritzar la capacitat de l'inversor per arrencar amb càrrega i el rendiment durant el funcionament dinàmic. L'inversor ha de garantir un arrencada fiable sota càrrega nominal. 9. Soroll Els components com ara transformadors, inductors de filtre, interruptors electromagnètics i ventiladors en equips electrònics de potència generen soroll. Quan l'inversor funciona normalment, el seu soroll no ha de superar els 80 dB, i el soroll d'un inversor petit no ha de superar els 65 dB. Habilitats de selecció d'inversors solars