cos'è un inverter solare?

Mentre il mondo avanza nella ricerca di soluzioni energetiche sostenibili e pulite, l'energia solare si è affermata come una delle principali protagoniste nella corsa verso un futuro più verde. Sfruttando l'energia abbondante e rinnovabile del sole, i sistemi solari fotovoltaici (FV) hanno guadagnato una popolarità diffusa, aprendo la strada a una straordinaria trasformazione nel modo in cui generiamo elettricità. Al centro di ogni impianto fotovoltaico si trova un componente cruciale che consente la conversione della luce solare in energia utilizzabile: ilinverter solareAgendo da 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 esplorare le loro diverse tipologie è fondamentale per comprendere gli affascinanti meccanismi alla base della conversione dell'energia solare. Hcome fa ASsolareIinverterWorco? Un inverter solare è un dispositivo elettronico che converte l'elettricità a corrente continua (CC) prodotta dai pannelli solari in elettricità a corrente alternata (CA) utilizzabile per alimentare elettrodomestici e per essere immessa nella rete elettrica. Il principio di funzionamento di un inverter solare può essere suddiviso in tre fasi principali: conversione, controllo e uscita. Conversione: L'inverter solare riceve innanzitutto l'elettricità continua generata dai pannelli solari. Questa elettricità continua si presenta tipicamente sotto forma di una tensione variabile 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: un set 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 continua, creando un segnale impulsivo ad alta frequenza. Il trasformatore quindi aumenta la tensione fino al livello di tensione alternata desiderato. Controllare: La fase di controllo di un inverter solare garantisce che il processo di conversione funzioni in modo efficiente e sicuro. Si avvale di sofisticati algoritmi di controllo e sensori per monitorare e regolare diversi parametri. Alcune importanti funzioni di controllo includono: a. Inseguimento del Punto di Massima Potenza (MPPT): i pannelli solari hanno un punto di funzionamento ottimale, chiamato punto di massima potenza (MPP), in cui producono la massima potenza per una data intensità di luce solare. L'algoritmo MPPT regola costantemente il punto di funzionamento dei pannelli solari per massimizzare la potenza in uscita, inseguendo l'MPP. b. Regolazione di tensione e frequenza: il sistema di controllo dell'inverter mantiene stabili la tensione e la frequenza di uscita CA, generalmente in linea con gli standard della rete elettrica. Ciò garantisce la compatibilità con altri dispositivi elettrici e consente una perfetta integrazione con la rete. c. Sincronizzazione della rete: gli inverter solari connessi alla rete sincronizzano la fase e la frequenza dell'uscita CA con la rete elettrica. Questa sincronizzazione consente all'inverter di immettere in rete l'energia in eccesso o di prelevarla quando la produzione solare è insufficiente. Produzione: Nella fase finale, l'inverter solare fornisce l'elettricità CA convertita ai carichi elettrici o alla rete elettrica. L'uscita può essere utilizzata in due modi: a. Sistemi connessi alla rete o alla rete elettrica: nei sistemi connessi alla rete elettrica, l'inverter solare immette l'elettricità CA direttamente nella rete elettrica. Ciò riduce la dipendenza dalle centrali elettriche a combustibili fossili e consente lo scambio sul posto, dove l'elettricità prodotta in eccesso durante il giorno può essere accreditata e utilizzata nei periodi di bassa produzione solare. b. Sistemi off-grid: nei sistemi off-grid, l'inverter solare carica un banco batterie oltre a fornire energia ai carichi elettrici. Le batterie immagazzinano l'energia solare in eccesso, che può essere utilizzata nei 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 ad alta efficienza e massimizzare la resa energetica dell'impianto fotovoltaico. Una maggiore efficienza si traduce in minori perdite di energia durante il processo di conversione, garantendo che una percentuale maggiore dell'energia solare venga effettivamente utilizzata. Potenza in uscita: Gli inverter solari sono disponibili in diverse potenze, dai piccoli impianti residenziali alle grandi installazioni commerciali. La potenza di un inverter deve essere adeguatamente bilanciata con la capacità dei pannelli solari per ottenere prestazioni ottimali. Durata e affidabilità: Gli inverter solari sono esposti a diverse condizioni ambientali, tra cui fluttuazioni di temperatura, umidità e potenziali sovratensioni. Pertanto, è fondamentale che siano realizzati con materiali robusti e progettati per resistere a queste condizioni, garantendone l'affidabilità a lungo termine. Monitoraggio e comunicazione: Molti inverter solari moderni sono dotati di sistemi di monitoraggio che consentono agli utenti di monitorare le prestazioni del proprio impianto fotovoltaico. Alcuni inverter possono anche comunicare con dispositivi esterni e piattaforme software, fornendo dati in tempo reale e consentendo il monitoraggio e il controllo a distanza. Caratteristiche di sicurezza: Gli inverter solari integrano diverse funzioni di sicurezza per proteggere sia il sistema che le persone che vi lavorano. Queste funzioni includono la protezione da sovratensione, sovracorrente, rilevamento guasti a terra e protezione anti-isola, 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 diverse tipologie in base al design, alla funzionalità e all'applicazione. Comprendere queste classificazioni può aiutare a scegliere l'inverter più adatto per uno specifico impianto fotovoltaico. Di seguito sono riportati i principali tipi di inverter fotovoltaici classificati in base al livello di potenza: Inverter in base al livello di potenza: principalmente suddiviso in inverter distribuiti (inverter di stringa e micro inverter), inverter centralizzati Inverti stringaers: Gli inverter di stringa sono il tipo di inverter fotovoltaico 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 (1-5 kW) è diventata l'inverter più diffuso sul mercato internazionale grazie a un inverter con inseguimento del picco di potenza massima sul lato CC e collegamento in parallelo alla rete sul lato CA. L'elettricità continua generata dai pannelli solari viene immessa nell'inverter di stringa, che la converte in elettricità alternata per l'uso immediato o per l'immissione in rete. Gli inverter di stringa sono noti per la loro semplicità, economicità 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. Microinverter: I microinverter sono piccoli inverter installati su ogni singolo pannello solare di un impianto fotovoltaico. A differenza degli inverter di stringa, i microinverter convertono l'elettricità CC in CA direttamente a livello di pannello. Questa progettazione consente a ciascun pannello di funzionare in modo indipendente, ottimizzando la produzione energetica complessiva del sistema. I microinverter offrono diversi vantaggi, tra cui l'inseguimento del punto di massima potenza (MPPT) a livello di pannello, il miglioramento delle prestazioni del sistema in caso di pannelli ombreggiati o non perfettamente allineati, una maggiore sicurezza grazie a tensioni CC inferiori e un monitoraggio dettagliato delle prestazioni dei singoli pannelli. Tuttavia, il costo iniziale più elevato e la potenziale complessità dell'installazione sono fattori da considerare. Inverter centralizzati: Gli inverter centralizzati, noti anche come inverter di grandi dimensioni o di potenza (>10 kW), sono comunemente utilizzati in impianti fotovoltaici su larga scala, come parchi solari o progetti solari commerciali. Questi inverter sono progettati per gestire elevati ingressi di corrente continua da più stringhe o array di pannelli solari e convertirli in corrente alternata per la connessione alla rete. La caratteristica principale è l'elevata potenza e il basso costo del sistema, ma poiché la tensione e la corrente di uscita delle diverse stringhe FV spesso non corrispondono esattamente (soprattutto quando le stringhe FV sono parzialmente ombreggiate a causa di nuvolosità, ombra, macchie, ecc.), l'uso di un inverter centralizzato comporterà una minore efficienza del processo di inversione e una riduzione del consumo di energia elettrica domestica. Gli inverter centralizzati hanno in genere una potenza maggiore rispetto ad altri tipi, che va da diversi kilowatt a diversi megawatt. Vengono installati in una postazione centralizzata o in una stazione inverter, e più stringhe o gruppi di pannelli solari sono collegati in parallelo. A cosa serve un inverter solare? Gli inverter fotovoltaici svolgono molteplici funzioni, tra cui la conversione della corrente alternata (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 i sistemi connessi alla rete), la regolazione automatica della tensione (per i sistemi connessi alla rete), il rilevamento della corrente continua (CC) (per i sistemi connessi alla rete) e il rilevamento della terra CC (per i sistemi connessi alla rete). Analizziamo brevemente le funzioni di funzionamento e spegnimento automatici e di controllo dell'inseguimento della potenza massima. 1) Funzione di funzionamento e spegnimento automatico Dopo l'alba, l'intensità della radiazione solare aumenta gradualmente e la potenza 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 costantemente la potenza dei componenti delle celle solari, finché la potenza di uscita dei componenti delle celle solari è superiore alla potenza di uscita richiesta dall'inverter, l'inverter continuerà a funzionare; fino al tramonto, anche in caso di pioggia. L'inverter funziona anche quando la potenza del modulo delle celle solari diminuisce e la potenza dell'inverter è prossima a 0, l'inverter entrerà in stato di standby. 2) Funzione di controllo del monitoraggio della potenza massima La potenza erogata dal modulo solare varia in base all'intensità della radiazione solare e alla temperatura del modulo stesso (temperatura del chip). Inoltre, poiché il modulo solare ha la caratteristica che la tensione diminuisce con l'aumentare della corrente, esiste un punto di funzionamento ottimale che consente di ottenere la massima potenza. L'intensità della radiazione solare varia, quindi anche il punto di funzionamento ottimale varia. In relazione a queste variazioni, il punto di funzionamento del modulo solare è sempre al punto di massima potenza e il sistema ottiene sempre la massima potenza erogata dal modulo. Questo tipo di controllo è il controllo di inseguimento della potenza massima. La caratteristica principale dell'inverter utilizzato nei sistemi 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 In un sistema fotovoltaico, l'energia elettrica generata dalla cella solare viene inizialmente immagazzinata nella batteria e poi convertita in corrente alternata a 220 V o 380 V tramite l'inverter. Tuttavia, la batteria è influenzata dal proprio processo di carica e scarica e la sua tensione di uscita varia in un ampio intervallo. Ad esempio, la batteria nominale da 12 V ha un valore di tensione che può variare tra 10,8 e 14,4 V (oltre questo intervallo può causare danni alla batteria). Per un inverter qualificato, quando la tensione del terminale di ingresso varia entro questo intervallo, la variazione della sua tensione di uscita a regime stazionario non deve superare il 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, è necessario specificare la distorsione di forma d'onda massima consentita (o contenuto armonico). Di solito, questa è espressa dalla distorsione di forma d'onda totale 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 in uscita dall'inverter genera perdite aggiuntive, come correnti parassite, sul carico induttivo, una distorsione di forma d'onda eccessiva dell'inverter causerà un notevole surriscaldamento dei componenti del carico, compromettendo la sicurezza delle apparecchiature elettriche e compromettendo seriamente l'efficienza operativa del sistema. 3. Frequenza di uscita nominale Per 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 una frequenza di rete di 50 Hz, e la sua deviazione dovrebbe essere entro Plusmn;l% in normali condizioni di lavoro. 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 compreso tra 0,7 e 0,9 e il valore nominale è 0,9. In caso di una determinata potenza del carico, se il fattore di potenza dell'inverter è basso, la capacità dell'inverter richiesto aumenterà. Da un lato, i costi aumenteranno e, allo stesso tempo, la potenza apparente del circuito CA dell'impianto fotovoltaico aumenterà. All'aumentare della corrente, le perdite aumenteranno inevitabilmente e anche l'efficienza del sistema diminuirà. 5. Efficienza dell'inverter L'efficienza dell'inverter si riferisce al rapporto tra la sua potenza in uscita e la potenza in ingresso in specifiche condizioni di lavoro, espresso in percentuale. In generale, l'efficienza nominale di un inverter fotovoltaico si riferisce a un carico puramente resistivo. In condizioni di carico dell'80%, l'efficienza è pari a s. Poiché il costo complessivo dell'impianto fotovoltaico è elevato, l'efficienza dell'inverter fotovoltaico dovrebbe essere massimizzata per ridurre i costi del sistema e migliorarne il rapporto costi-prestazioni. 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%. Nella progettazione effettiva di un impianto fotovoltaico, non solo si dovrebbe scegliere un inverter ad alta efficienza, ma si dovrebbe anche utilizzare una configurazione ragionevole del sistema per far funzionare il carico dell'impianto fotovoltaico il più vicino possibile al punto di massima efficienza. 6. Corrente di uscita nominale (o capacità di uscita nominale) Indica la corrente di uscita nominale dell'inverter entro l'intervallo di fattore di potenza del carico specificato. Alcuni inverter indicano la capacità di uscita nominale, espressa in VA o kVA. La capacità nominale dell'inverter è il prodotto della tensione di uscita nominale per la 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 disporre di funzioni o misure di protezione complete per gestire varie situazioni anomale che si verificano durante l'uso effettivo, in modo da proteggere l'inverter stesso e gli altri componenti del sistema da eventuali danni. 1) Inserire il conto dell'assicurazione di 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 deve essere in grado di garantire un intervento tempestivo in caso di cortocircuito del carico o di superamento della corrente consentita, in modo da evitare danni causati da sovracorrenti. Quando la corrente di esercizio supera il 150% del valore nominale, l'inverter deve essere in grado di proteggere automaticamente. 4) protezione da cortocircuito in uscita Il tempo di intervento 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 vengono invertiti, l'inverter dovrebbe disporre di una funzione di protezione e di un display. 6) Protezione contro i fulmini: L'inverter dovrebbe essere dotato di protezione contro i fulmini. 7) Protezione da sovratemperatura, ecc. Inoltre, per gli inverter privi di misure di stabilizzazione della tensione, l'inverter dovrebbe disporre anche di misure di protezione da sovratensione in uscita per salvaguardare il carico da danni da sovratensione. 8. Caratteristiche iniziali Per caratterizzare la capacità dell'inverter di avviarsi sotto carico e le prestazioni durante il funzionamento dinamico. L'inverter deve garantire un avviamento affidabile sotto 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 dovrebbe superare gli 80 dB, mentre il rumore di un inverter di piccole dimensioni non dovrebbe superare i 65 dB. Abilità di selezione degli inverter solari