Tipi di inverter per l'accumulo di energia Percorso tecnologico degli inverter per l'accumulo di energia: esistono due percorsi principali di accoppiamento CC e accoppiamento CA Sistema di accumulo fotovoltaico, inclusi moduli solari, regolatori, inverter, batterie al litio per uso domestico, carichi e altre apparecchiature. Attualmente,inverter per l'accumulo di energiaEsistono principalmente due percorsi tecnici: accoppiamento in corrente continua (CC) e accoppiamento in corrente alternata (CA). L'accoppiamento in corrente alternata (CA) o in corrente continua (CC) si riferisce al modo in cui i pannelli solari sono accoppiati o collegati al sistema di accumulo o alla batteria. Il tipo di collegamento tra i moduli solari e le batterie può essere in corrente alternata (CA) o in corrente continua (CC). La maggior parte dei circuiti elettronici utilizza corrente continua (CC), con il modulo solare che genera corrente continua e la batteria che la immagazzina; tuttavia, la maggior parte degli elettrodomestici funziona in corrente alternata (CA). 
Sistema solare ibrido + sistema di accumulo di energia Sistemi ibridi di inverter solare + accumulo di energia, in cui l'energia CC proveniente dai moduli fotovoltaici viene immagazzinata, tramite un controller, in unbatteria domestica al litioe la rete può anche caricare la batteria tramite un convertitore CC-CA bidirezionale. Il punto di convergenza dell'energia è sul lato CC della batteria. Durante il giorno, l'energia fotovoltaica viene prima fornita al carico, quindi la batteria domestica al litio viene caricata dal regolatore MPPT e il sistema di accumulo di energia viene collegato alla rete, in modo che l'energia in eccesso possa essere immessa nella rete; di notte, la batteria viene scaricata sul carico e la carenza viene ripristinata dalla rete; quando la rete è fuori rete, l'energia fotovoltaica e la batteria domestica al litio vengono fornite solo al carico fuori rete e il carico sul lato rete non può essere utilizzato. Quando la potenza del carico è superiore a quella del fotovoltaico, la rete e il fotovoltaico possono fornire energia al carico contemporaneamente. Poiché né l'energia fotovoltaica né quella del carico sono stabili, il bilanciamento dell'energia del sistema si basa sulla batteria domestica al litio. Inoltre, il sistema supporta anche l'utente nella configurazione dei tempi di carica e scarica per soddisfare la domanda di elettricità dell'utente. Principio di funzionamento del sistema di accoppiamento CC 
L'inverter ibrido è dotato di una funzione off-grid integrata per una migliore efficienza di ricarica. Gli inverter connessi alla rete elettrica interrompono automaticamente l'alimentazione del sistema di pannelli solari durante un'interruzione di corrente per motivi di sicurezza. Gli inverter ibridi, invece, consentono agli utenti di utilizzare sia la funzionalità off-grid che quella connessa alla rete elettrica, garantendo la disponibilità di energia anche in caso di interruzioni di corrente. Gli inverter ibridi semplificano il monitoraggio energetico, consentendo di controllare dati importanti come le prestazioni e la produzione di energia tramite il pannello dell'inverter o i dispositivi intelligenti collegati. Se il sistema è dotato di due inverter, è necessario monitorarli separatamente. L'accoppiamento in corrente continua riduce le perdite nella conversione CA-CC. L'efficienza di carica della batteria è di circa il 95-99%, mentre l'accoppiamento in corrente alternata è del 90%. Gli inverter ibridi sono economici, compatti e facili da installare. Installare un nuovo inverter ibrido con batterie accoppiate in CC può essere più economico che installare batterie accoppiate in CA su un sistema esistente, poiché il controller è leggermente più economico di un inverter connesso alla rete, l'interruttore di commutazione è leggermente più economico di un quadro di distribuzione e la soluzione accoppiata in CC può essere trasformata in un inverter di controllo all-in-one, risparmiando sia sui costi delle apparecchiature che sui costi di installazione. Soprattutto per i sistemi off-grid di piccola e media potenza, i sistemi accoppiati in CC sono estremamente convenienti. L'inverter ibrido è altamente modulare ed è facile aggiungere nuovi componenti e controller, e componenti aggiuntivi possono essere facilmente aggiunti utilizzando controller solari CC relativamente economici. Gli inverter ibridi sono progettati per integrare l'accumulo in qualsiasi momento, semplificando l'aggiunta di banchi di batterie. Il sistema di inverter ibrido è più compatto e utilizza celle ad alta tensione, con cavi di dimensioni inferiori e perdite inferiori. 
Composizione del sistema di accoppiamento DC 
Composizione del sistema di accoppiamento CA Tuttavia, gli inverter solari ibridi non sono adatti per l'aggiornamento di impianti solari esistenti e sono più costosi da installare per sistemi ad alta potenza. Se un cliente desidera aggiornare un impianto solare esistente per includere una batteria domestica al litio, la scelta di un inverter solare ibrido potrebbe complicare la situazione. Al contrario, un inverter a batteria potrebbe essere più conveniente, poiché la scelta di installare un inverter solare ibrido richiederebbe una rielaborazione completa e costosa dell'intero sistema di pannelli solari. Gli impianti ad alta potenza sono più complessi da installare e possono essere più costosi a causa della necessità di più controller ad alta tensione. Se si consuma più energia durante il giorno, si verifica una leggera diminuzione dell'efficienza dovuta alla conversione da CC (fotovoltaico) a CC (batteria) a CA. 
Sistema solare accoppiato + sistema di accumulo di energia Un sistema accoppiato fotovoltaico+accumulo, noto anche come sistema fotovoltaico+accumulo retrofit CA, consente di convertire l'energia continua emessa dai moduli fotovoltaici in energia alternata tramite un inverter connesso alla rete, e di accumulare l'energia in eccesso in energia continua tramite un inverter di accumulo accoppiato alla rete. Il punto di convergenza dell'energia si trova sul lato CA. Include un sistema di alimentazione fotovoltaica e un sistema di alimentazione con batterie al litio per uso domestico. Il sistema fotovoltaico è costituito da un array fotovoltaico e da un inverter connesso alla rete, mentre il sistema con batterie al litio per uso domestico è costituito da un banco batterie e da un inverter bidirezionale. Questi due sistemi possono funzionare in modo indipendente senza interferire tra loro oppure possono essere separati dalla rete per formare un sistema di microrete. Principio di funzionamento del sistema di accoppiamento CA 
I sistemi accoppiati in corrente alternata (CA) sono compatibili al 100% con la rete, facili da installare e facilmente espandibili. Sono disponibili componenti standard per l'installazione domestica e anche sistemi di grandi dimensioni (da 2 kW a MW) sono facilmente espandibili per l'uso in combinazione con gruppi elettrogeni collegati alla rete e autonomi (gruppi diesel, turbine eoliche, ecc.). La maggior parte degli inverter solari di stringa di potenza superiore a 3 kW dispone di doppi ingressi MPPT, consentendo il montaggio di pannelli di stringa lunghi con orientamenti e angoli di inclinazione diversi. A tensioni CC più elevate, l'accoppiamento in corrente alternata è più semplice e meno complesso da installare in sistemi di grandi dimensioni rispetto ai sistemi accoppiati in CC che richiedono più regolatori di carica MPPT, e quindi meno costosi. L'accoppiamento CA è adatto per il retrofitting del sistema ed è più efficiente durante il giorno con carichi CA. Gli impianti fotovoltaici esistenti connessi alla rete possono essere trasformati in sistemi di accumulo di energia con bassi costi di input. Può fornire energia sicura agli utenti in caso di assenza di rete elettrica. Compatibile con impianti fotovoltaici connessi alla rete di diversi produttori. I sistemi avanzati con accoppiamento CA sono in genere utilizzati per impianti off-grid su larga scala e utilizzano inverter solari di stringa in combinazione con inverter multimodali avanzati o inverter/caricabatterie per gestire le batterie e la rete/i generatori. Sebbene relativamente semplici e potenti da installare, sono leggermente meno efficienti (90-94%) nella ricarica delle batterie rispetto ai sistemi con accoppiamento CC (98%). Tuttavia, questi sistemi sono più efficienti quando alimentano carichi CA elevati durante il giorno, raggiungendo il 97% o più, e alcuni possono essere espansi con più inverter solari per formare microreti. La ricarica con accoppiamento in corrente alternata (CA) è molto meno efficiente e più costosa per i sistemi più piccoli. L'energia che entra nella batteria con accoppiamento in corrente alternata (CA) deve essere convertita due volte e, quando l'utente inizia a utilizzarla, deve essere convertita nuovamente, aggiungendo ulteriori perdite al sistema. Di conseguenza, l'efficienza dell'accoppiamento in corrente alternata scende all'85-90% quando si utilizza un sistema a batteria. Gli inverter con accoppiamento in corrente alternata (CA) sono più costosi per i sistemi più piccoli. 
Sistema solare fuori rete + sistema di accumulo di energia Sistema solare fuori reteI sistemi di accumulo sono in genere costituiti da moduli fotovoltaici, batterie al litio domestiche, inverter per l'accumulo off-grid, carico e generatore diesel. Il sistema può realizzare la carica diretta della batteria tramite fotovoltaico tramite conversione CC-CC, o conversione bidirezionale CC-CA per la carica e la scarica della batteria. Durante il giorno, l'energia fotovoltaica viene prima fornita al carico, per poi caricare la batteria; di notte, la batteria viene scaricata sul carico e, quando la batteria è insufficiente, il generatore diesel viene alimentato al carico. Può soddisfare il fabbisogno elettrico giornaliero in aree prive di rete. Può essere combinato con generatori diesel per alimentare carichi o caricare batterie. La maggior parte degli inverter per l'accumulo di energia off-grid non è certificata per la connessione alla rete; anche se il sistema è collegato alla rete, non può esserlo. Scenari applicabili degli inverter di accumulo di energia Gli inverter con accumulo di energia svolgono tre funzioni principali: regolazione dei picchi, alimentazione in standby e alimentazione indipendente. A livello regionale, il picco di domanda è in Europa; ad esempio, in Germania il prezzo dell'elettricità ha raggiunto 0,46 dollari/kWh nel 2023, posizionandosi al primo posto a livello mondiale. Negli ultimi anni, i prezzi dell'elettricità in Germania hanno continuato ad aumentare e il costo totale di emissione (LCOE) del fotovoltaico/accumulo fotovoltaico è di soli 10,2/15,5 centesimi per grado, ovvero il 78%/66% in meno rispetto ai prezzi dell'elettricità residenziale. La differenza tra i prezzi dell'elettricità residenziale e i costi dell'accumulo fotovoltaico continuerà ad aumentare. I sistemi di distribuzione e accumulo fotovoltaico domestici possono ridurre il costo dell'elettricità, quindi nelle aree con prezzi elevati gli utenti sono fortemente incentivati a installare sistemi di accumulo domestici. Nel mercato del picco, gli utenti tendono a scegliere inverter ibridi e sistemi di batterie accoppiati in corrente alternata (CA), più convenienti e facili da produrre. Gli inverter-caricabatterie off-grid con trasformatori ad alta potenza sono più costosi, mentre gli inverter ibridi e i sistemi di batterie accoppiati in corrente alternata utilizzano inverter senza trasformatore con transistor di commutazione. Questi inverter compatti e leggeri hanno potenze di uscita di picco e sovratensione inferiori, ma sono più convenienti, economici e facili da produrre. Negli Stati Uniti e in Giappone è necessaria un'alimentazione di riserva, e l'alimentazione autonoma è proprio ciò di cui il mercato ha bisogno, anche in regioni come il Sudafrica. Secondo l'EIA, la durata media delle interruzioni di corrente negli Stati Uniti nel 2020 è stata di oltre 8 ore, principalmente a causa dei residenti statunitensi che vivono in zone isolate, parte di una rete obsoleta e a causa di calamità naturali. L'applicazione di sistemi di distribuzione e accumulo fotovoltaici domestici può ridurre la dipendenza dalla rete e aumentare l'affidabilità dell'approvvigionamento energetico lato cliente. Il sistema di accumulo fotovoltaico statunitense è più grande e dotato di più batterie, a causa della necessità di immagazzinare energia in risposta a calamità naturali. L'alimentazione elettrica indipendente è la domanda immediata del mercato. Sudafrica, Pakistan, Libano, Filippine, Vietnam e altri paesi nella tensione della catena di approvvigionamento globale, le infrastrutture del paese non sono sufficienti a fornire elettricità alla popolazione, quindi gli utenti devono dotarsi di sistemi di accumulo fotovoltaici domestici. Gli inverter ibridi utilizzati come alimentazione di backup presentano delle limitazioni. Rispetto agli inverter dedicati con batteria fuori rete, gli inverter ibridi presentano alcune limitazioni, principalmente una limitata potenza di picco o di sovratensione in caso di interruzioni di corrente. Inoltre, alcuni inverter ibridi non hanno alcuna capacità di alimentazione di backup o la hanno limitata, quindi solo carichi piccoli o essenziali come l'illuminazione e i circuiti di alimentazione di base possono essere alimentati durante un'interruzione di corrente, e molti sistemi subiscono un ritardo di 3-5 secondi durante un'interruzione di corrente. Gli inverter fuori rete, d'altra parte, forniscono una potenza di picco e di sovratensione molto elevata e possono gestire carichi induttivi elevati. Se l'utente prevede di alimentare dispositivi ad alta sovratensione come pompe, compressori, lavatrici e utensili elettrici, l'inverter deve essere in grado di gestire carichi di sovratensione ad alta induttanza. Inverter ibridi accoppiati in CC L'industria sta attualmente utilizzando sempre più sistemi di accumulo fotovoltaico con accoppiamento in corrente continua per ottenere una progettazione integrata dell'accumulo fotovoltaico, soprattutto nei nuovi impianti in cui gli inverter ibridi sono facili e meno costosi da installare. Nell'aggiunta di nuovi impianti, l'utilizzo di inverter ibridi per l'accumulo di energia fotovoltaica può ridurre i costi delle apparecchiature e di installazione, poiché un inverter di accumulo può realizzare l'integrazione controllo-inverter. Il controller e l'interruttore di commutazione nei sistemi accoppiati in corrente continua sono meno costosi degli inverter collegati alla rete e dei quadri di distribuzione nei sistemi accoppiati in corrente alternata, quindi le soluzioni accoppiate in corrente continua sono meno costose di quelle accoppiate in corrente alternata. Il controller, la batteria e l'inverter nei sistemi accoppiati in corrente continua sono seriali, collegati più strettamente e meno flessibili. Per i nuovi impianti installati, il fotovoltaico, la batteria e l'inverter sono progettati in base alla potenza del carico e al consumo energetico dell'utente, quindi è più adatto un inverter ibrido accoppiato in corrente continua. 
I prodotti inverter ibridi accoppiati in CC sono la tendenza dominante, BSLBATT ha anche lanciato il proprioInverter solare ibrido da 5 kWalla fine dell'anno scorso e lancerà successivamente inverter solari ibridi da 6kW e 8kW quest'anno! I principali prodotti dei produttori di inverter per l'accumulo di energia sono destinati principalmente ai tre principali mercati di Europa, Stati Uniti e Australia. Nel mercato europeo, Germania, Austria, Svizzera, Svezia, Paesi Bassi e altri mercati tradizionali del fotovoltaico sono principalmente trifase, più favorevoli alla potenza di prodotti di grandi dimensioni. Italia, Spagna e altri paesi dell'Europa meridionale necessitano principalmente di prodotti monofase a bassa tensione. Repubblica Ceca, Polonia, Romania, Lituania e altri paesi dell'Europa orientale richiedono principalmente prodotti trifase, ma il prezzo di accettazione è inferiore. Gli Stati Uniti dispongono di un sistema di accumulo di energia più ampio e preferiscono prodotti di maggiore potenza. Gli inverter con batteria e accumulo di energia di tipo split sono più popolari tra gli installatori, ma l'inverter con batteria all-in-one è la tendenza di sviluppo futura. Gli inverter ibridi con accumulo di energia fotovoltaica si dividono ulteriormente in inverter ibridi venduti separatamente e sistemi di accumulo di energia a batteria (BESS) che vendono inverter e batteria insieme. Attualmente, nel caso dei rivenditori che controllano il canale, ogni cliente diretto è più concentrato, i prodotti con batteria e inverter split sono più popolari, soprattutto al di fuori della Germania, principalmente per la facilità di installazione e di espansione, e la facilità di riduzione dei costi di approvvigionamento. La batteria o l'inverter non possono essere forniti da un secondo fornitore, la consegna è più sicura. In Germania, Stati Uniti e Giappone la tendenza è quella di un dispositivo all-in-one. Un dispositivo all-in-one può risparmiare molti problemi post-vendita e ci sono fattori di certificazione, come la certificazione antincendio degli Stati Uniti che deve essere collegata all'inverter. L'attuale tendenza tecnologica si sta orientando verso i dispositivi all-in-one, ma dal mercato delle vendite di tipo split, l'installatore sta accettando un po' di più. Nei sistemi accoppiati in corrente continua, i sistemi di batterie ad alta tensione sono più efficienti, ma più costosi in caso di carenza di batterie ad alta tensione. Rispetto aSistemi di batterie a 48 VLe batterie ad alta tensione operano nell'intervallo 200-500 V CC, presentano minori perdite nei cavi e una maggiore efficienza poiché i pannelli solari operano tipicamente a 300-600 V, una tensione simile a quella della batteria, consentendo l'utilizzo di convertitori CC-CC ad alta efficienza con perdite molto basse. I sistemi di batterie ad alta tensione sono più costosi di quelli a bassa tensione, mentre gli inverter sono meno costosi. Attualmente, la domanda di batterie ad alta tensione è elevata e l'offerta è limitata, quindi le batterie ad alta tensione sono difficili da acquistare e, in caso di carenza di batterie ad alta tensione, è più economico utilizzare un sistema di batterie a bassa tensione. Accoppiamento CC tra pannelli solari e inverter 
Accoppiamento diretto CC a un inverter ibrido compatibile 
Inverter accoppiati in corrente alternata I sistemi accoppiati in corrente continua (CC) non sono adatti per il retrofitting di sistemi esistenti connessi alla rete. Il metodo di accoppiamento in corrente continua (CC) presenta principalmente i seguenti problemi: in primo luogo, il sistema che utilizza l'accoppiamento in corrente continua presenta problemi di cablaggio complicato e progettazione ridondante dei moduli in caso di retrofitting di sistemi esistenti connessi alla rete; in secondo luogo, il ritardo nella commutazione tra la connessione alla rete e la modalità off-grid è elevato, il che peggiora l'esperienza di fornitura di energia elettrica dell'utente; in terzo luogo, la funzione di controllo intelligente non è sufficientemente completa e la risposta del controllo non è sufficientemente tempestiva, il che rende più difficile realizzare l'applicazione della micro-rete per l'alimentazione elettrica dell'intera casa. Pertanto, alcune aziende hanno scelto la tecnologia di accoppiamento in corrente alternata (CA), come Rene. Il sistema di accoppiamento CA semplifica l'installazione del prodotto. ReneSola utilizza l'accoppiamento lato CA e sistema fotovoltaico per ottenere un flusso di energia bidirezionale, eliminando la necessità di accedere al bus CC del fotovoltaico e semplificando l'installazione del prodotto; attraverso una combinazione di controllo software in tempo reale e miglioramenti nella progettazione hardware per ottenere la commutazione da e verso la rete in millisecondi; attraverso l'innovativa combinazione di controllo dell'uscita dell'inverter per l'accumulo di energia e progettazione del sistema di alimentazione e distribuzione per ottenere un'alimentazione elettrica per l'intera casa sotto il controllo automatico della centralina. Applicazione del controllo automatico della centralina in micro-reti. L'efficienza di conversione massima dei prodotti accoppiati in corrente alternata è leggermente inferiore a quella diinverter ibridiL'efficienza di conversione massima dei prodotti accoppiati in corrente alternata è del 94-97%, leggermente inferiore a quella degli inverter ibridi, principalmente perché i moduli devono essere convertiti due volte prima di poter essere immagazzinati nella batteria dopo la generazione di energia, il che riduce l'efficienza di conversione.
Data di pubblicazione: 08-05-2024