O que é um inversor solar?

À medida que o mundo avança na busca por soluções de energia limpa e sustentável, a energia solar emergiu como pioneira na corrida por um futuro mais verde. Aproveitando a energia abundante e renovável do sol, os sistemas solares fotovoltaicos (FV) ganharam ampla popularidade, abrindo caminho para uma transformação notável na forma como geramos eletricidade. No coração de cada sistema solar fotovoltaico encontra-se um componente crucial que permite a conversão da luz solar em energia utilizável: oinversor solarAtuando como uma ponte entre os painéis solares e a rede elétrica, os inversores solares desempenham um papel vital na utilização eficiente da energia solar. Entender seu princípio de funcionamento e explorar seus vários tipos é fundamental para compreender a fascinante mecânica por trás da conversão de energia solar. HComo é que umSolarIinversorWtrabalho? Um inversor solar é um dispositivo eletrônico que converte a eletricidade de corrente contínua (CC) produzida por painéis solares em eletricidade de corrente alternada (CA), que pode ser usada para alimentar eletrodomésticos e alimentar a rede elétrica. O princípio de funcionamento de um inversor solar pode ser dividido em três etapas principais: conversão, controle e saída. Conversão: O inversor solar recebe primeiramente a eletricidade CC gerada pelos painéis solares. Essa eletricidade CC normalmente se apresenta na forma de uma tensão flutuante que varia com a intensidade da luz solar. A principal tarefa do inversor é converter essa tensão CC variável em uma tensão CA estável, adequada para consumo. O processo de conversão envolve dois componentes principais: um conjunto de chaves eletrônicas de potência (geralmente transistores bipolares de porta isolada ou IGBTs) e um transformador de alta frequência. As chaves são responsáveis ​​por ligar e desligar rapidamente a tensão CC, criando um sinal de pulso de alta frequência. O transformador então eleva a tensão até o nível de tensão CA desejado. Controlar: A etapa de controle de um inversor solar garante que o processo de conversão opere de forma eficiente e segura. Envolve o uso de algoritmos de controle sofisticados e sensores para monitorar e regular diversos parâmetros. Algumas funções de controle importantes incluem: a. Rastreamento do Ponto de Máxima Potência (MPPT): Os painéis solares têm um ponto operacional ideal, denominado ponto de máxima potência (MPP), onde produzem a potência máxima para uma determinada intensidade solar. O algoritmo MPPT ajusta continuamente o ponto operacional dos painéis solares para maximizar a potência gerada, rastreando o MPP. b. Regulação de Tensão e Frequência: O sistema de controle do inversor mantém uma tensão e frequência de saída CA estáveis, normalmente seguindo os padrões da rede elétrica. Isso garante a compatibilidade com outros dispositivos elétricos e permite uma integração perfeita com a rede. c. Sincronização com a rede: Inversores solares conectados à rede sincronizam a fase e a frequência da saída CA com a rede elétrica. Essa sincronização permite que o inversor retorne o excesso de energia à rede ou extraia energia da rede quando a produção solar for insuficiente. Saída: Na fase final, o inversor solar fornece a eletricidade CA convertida para as cargas elétricas ou para a rede. A saída pode ser utilizada de duas maneiras: a. Sistemas conectados à rede ou à rede: Em sistemas conectados à rede, o inversor solar alimenta a energia CA diretamente na rede elétrica. Isso reduz a dependência de usinas de energia movidas a combustíveis fósseis e permite a medição líquida, onde o excesso de eletricidade gerado durante o dia pode ser creditado e utilizado durante períodos de baixa produção solar. b. Sistemas Off-Grid: Em sistemas off-grid, o inversor solar carrega um banco de baterias, além de fornecer energia às cargas elétricas. As baterias armazenam o excesso de energia solar, que pode ser utilizado em períodos de baixa produção solar ou à noite, quando os painéis solares não estão gerando eletricidade. Características dos inversores solares: Eficiência: Os inversores solares são projetados para operar com alta eficiência, maximizando o rendimento energético do sistema solar fotovoltaico. Maior eficiência resulta em menor perda de energia durante o processo de conversão, garantindo que uma proporção maior da energia solar seja efetivamente utilizada. Potência de saída: Os inversores solares estão disponíveis em diversas potências, desde pequenos sistemas residenciais até instalações comerciais de grande porte. A potência de saída de um inversor deve ser adequadamente compatível com a capacidade dos painéis solares para atingir o desempenho ideal. Durabilidade e confiabilidade: Os inversores solares são expostos a condições ambientais variáveis, incluindo flutuações de temperatura, umidade e potenciais picos de energia. Portanto, os inversores devem ser construídos com materiais robustos e projetados para suportar essas condições, garantindo confiabilidade a longo prazo. Monitoramento e Comunicação: Muitos inversores solares modernos vêm equipados com sistemas de monitoramento que permitem aos usuários acompanhar o desempenho do seu sistema solar fotovoltaico. Alguns inversores também podem se comunicar com dispositivos externos e plataformas de software, fornecendo dados em tempo real e permitindo monitoramento e controle remotos. Recursos de segurança: Os inversores solares incorporam diversos recursos de segurança para proteger tanto o sistema quanto as pessoas que trabalham com ele. Esses recursos incluem proteção contra sobretensão, proteção contra sobrecorrente, detecção de falha à terra e proteção anti-ilhamento, que impede o inversor de alimentar a rede durante quedas de energia. Classificação de inversores solares por potência nominal Inversores fotovoltaicos, também conhecidos como inversores solares, podem ser classificados em diferentes tipos com base em seu design, funcionalidade e aplicação. Compreender essas classificações pode ajudar na seleção do inversor mais adequado para um sistema fotovoltaico solar específico. A seguir, os principais tipos de inversores fotovoltaicos classificados por nível de potência: Inversor de acordo com o nível de potência: principalmente dividido em inversor distribuído (inversor de string e microinversor), inversor centralizado Inversão de sequência de caracteresers: Inversores de string são o tipo de inversor fotovoltaico mais comumente usado em instalações solares residenciais e comerciais. Eles são projetados para lidar com múltiplos painéis solares conectados em série, formando uma "string". A string fotovoltaica (1-5 kW) se tornou o inversor mais popular no mercado internacional atualmente por meio de um inversor com rastreamento de pico de potência máxima no lado CC e conexão de rede paralela no lado CA. A eletricidade CC gerada pelos painéis solares é alimentada no inversor de string, que a converte em eletricidade CA para uso imediato ou para exportação para a rede. Os inversores de string são conhecidos por sua simplicidade, custo-benefício e facilidade de instalação. No entanto, o desempenho de toda a string depende do painel com menor desempenho, o que pode afetar a eficiência geral do sistema. Microinversores: Microinversores são pequenos inversores instalados em cada painel solar de um sistema fotovoltaico. Ao contrário dos inversores de string, os microinversores convertem a eletricidade CC em CA diretamente no painel. Este design permite que cada painel opere de forma independente, otimizando a produção geral de energia do sistema. Os microinversores oferecem diversas vantagens, incluindo rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT) no painel, melhor desempenho do sistema em painéis sombreados ou com descasamento, maior segurança devido a tensões CC mais baixas e monitoramento detalhado do desempenho individual do painel. No entanto, o custo inicial mais alto e a potencial complexidade da instalação são fatores a serem considerados. Inversores Centralizados: Inversores centralizados, também conhecidos como inversores de grande porte ou de grande porte (> 10 kW), são comumente utilizados em instalações solares fotovoltaicas de grande porte, como parques solares ou projetos solares comerciais. Esses inversores são projetados para lidar com altas entradas de energia CC de múltiplas sequências ou conjuntos de painéis solares e convertê-las em energia CA para conexão à rede. A maior característica é a alta potência e o baixo custo do sistema, mas como a tensão e a corrente de saída de diferentes strings fotovoltaicas geralmente não são exatamente iguais (especialmente quando as strings fotovoltaicas estão parcialmente sombreadas devido à nebulosidade, sombra, manchas, etc.), o uso do inversor centralizado levará a uma menor eficiência do processo de inversão e a um menor consumo de energia elétrica residencial. Inversores centralizados geralmente têm uma capacidade de potência maior em comparação com outros tipos, variando de vários quilowatts a vários megawatts. Eles são instalados em um local central ou estação inversora, e várias sequências ou conjuntos de painéis solares são conectados a eles em paralelo. O que um inversor solar faz? Os inversores fotovoltaicos desempenham múltiplas funções, incluindo conversão de CA, otimização do desempenho das células solares e proteção do sistema. Essas funções abrangem operação e desligamento automáticos, controle de rastreamento de potência máxima, anti-ilhamento (para sistemas conectados à rede), ajuste automático de tensão (para sistemas conectados à rede), detecção de CC (para sistemas conectados à rede) e detecção de aterramento CC (para sistemas conectados à rede). Vamos explorar brevemente a função de operação e desligamento automáticos e a função de controle de rastreamento de potência máxima. 1) Operação automática e função de desligamento Após o nascer do sol, a intensidade da radiação solar aumenta gradualmente e a saída das células solares aumenta proporcionalmente. Quando a potência de saída exigida pelo inversor é atingida, o inversor começa a funcionar automaticamente. Após entrar em operação, o inversor monitorará a saída dos componentes da célula solar o tempo todo. Enquanto a potência de saída dos componentes da célula solar for maior que a potência de saída exigida pelo inversor, o inversor continuará a funcionar; até o pôr do sol parar, mesmo que esteja chovendo, o inversor também funciona. Quando a saída do módulo da célula solar diminui e a saída do inversor se aproxima de 0, o inversor entra em modo de espera. 2) Função de controle de rastreamento de potência máxima A saída do módulo de célula solar varia com a intensidade da radiação solar e a temperatura do próprio módulo (temperatura do chip). Além disso, como o módulo de célula solar tem a característica de que a tensão diminui com o aumento da corrente, existe um ponto de operação ideal para obter a potência máxima. A intensidade da radiação solar muda, e obviamente o melhor ponto de operação também muda. Em relação a essas mudanças, o ponto de operação do módulo de célula solar está sempre no ponto de potência máxima, e o sistema sempre obtém a potência máxima de saída do módulo de célula solar. Esse tipo de controle é o controle de rastreamento de potência máxima. A principal característica do inversor usado no sistema de geração de energia solar é a função de rastreamento do ponto de potência máxima (MPPT). Os Principais Indicadores Técnicos do Inversor Fotovoltaico 1. Estabilidade da tensão de saída No sistema fotovoltaico, a energia elétrica gerada pela célula solar é primeiramente armazenada pela bateria e, em seguida, convertida em corrente alternada de 220 V ou 380 V através do inversor. No entanto, a bateria é afetada por sua própria carga e descarga, e sua tensão de saída varia em uma ampla faixa. Por exemplo, a bateria nominal de 12 V tem um valor de tensão que pode variar entre 10,8 e 14,4 V (além dessa faixa pode causar danos à bateria). Para um inversor qualificado, quando a tensão do terminal de entrada muda dentro dessa faixa, a variação de sua tensão de saída em estado estacionário não deve exceder 5% do valor nominal. Ao mesmo tempo, quando a carga muda repentinamente, seu desvio de tensão de saída não deve exceder ±10% do valor nominal. 2. Distorção da forma de onda da tensão de saída Para inversores de onda senoidal, a distorção máxima permitida da forma de onda (ou conteúdo harmônico) deve ser especificada. Geralmente, ela é expressa pela distorção total da forma de onda da tensão de saída, e seu valor não deve exceder 5% (10% é permitido para saída monofásica). Como a corrente harmônica de alta ordem emitida pelo inversor gerará perdas adicionais, como correntes parasitas, na carga indutiva, se a distorção da forma de onda do inversor for muito grande, causará aquecimento severo dos componentes da carga, o que não contribui para a segurança do equipamento elétrico e afeta seriamente a eficiência operacional do sistema. 3. Frequência de saída nominal Para cargas que incluem motores, como máquinas de lavar, geladeiras, etc., como o ponto de operação de frequência ideal dos motores é 50 Hz, frequências muito altas ou muito baixas farão com que o equipamento aqueça, reduzindo a eficiência operacional e a vida útil do sistema. Portanto, a frequência de saída do inversor deve ser um valor relativamente estável, geralmente frequência de energia 50 Hz, e seu desvio deve estar dentro de Plusmn;1% em condições normais de trabalho. 4. Fator de potência de carga Caracterize a capacidade do inversor com carga indutiva ou capacitiva. O fator de potência de carga do inversor senoidal é de 0,7 a 0,9, e o valor nominal é de 0,9. No caso de uma determinada potência de carga, se o fator de potência do inversor for baixo, a capacidade do inversor necessário aumentará. Por um lado, o custo aumentará e, ao mesmo tempo, a potência aparente do circuito CA do sistema fotovoltaico aumentará. À medida que a corrente aumenta, as perdas inevitavelmente aumentarão e a eficiência do sistema também diminuirá. 5. Eficiência do inversor A eficiência do inversor refere-se à relação entre sua potência de saída e a potência de entrada sob condições de trabalho especificadas, expressa em porcentagem. Em geral, a eficiência nominal de um inversor fotovoltaico refere-se a uma carga de resistência pura. Sob a condição de 80% de eficiência da carga. Como o custo total do sistema fotovoltaico é alto, a eficiência do inversor fotovoltaico deve ser maximizada para reduzir o custo do sistema e melhorar o desempenho de custo do sistema fotovoltaico. Atualmente, a eficiência nominal dos inversores convencionais está entre 80% e 95%, e a eficiência dos inversores de baixa potência deve ser de no mínimo 85%. No processo real de projeto de um sistema fotovoltaico, não apenas um inversor de alta eficiência deve ser selecionado, mas também uma configuração razoável do sistema deve ser usada para fazer com que a carga do sistema fotovoltaico funcione o mais próximo possível do melhor ponto de eficiência. 6. Corrente de saída nominal (ou capacidade de saída nominal) Indica a corrente nominal de saída do inversor dentro da faixa de fator de potência de carga especificada. Alguns inversores fornecem a capacidade nominal de saída, e sua unidade é expressa em VA ou kVA. A capacidade nominal do inversor é o produto da tensão nominal de saída pela corrente nominal de saída quando o fator de potência de saída é 1 (ou seja, carga puramente resistiva). 7. Medidas de proteção Um inversor com excelente desempenho também deve ter funções ou medidas de proteção completas para lidar com várias situações anormais que ocorrem durante o uso real, de modo a proteger o próprio inversor e outros componentes do sistema contra danos. 1) Insira a conta do seguro de subtensão: Quando a tensão do terminal de entrada for inferior a 85% da tensão nominal, o inversor deverá ter proteção e exibição. 2) Protetor de sobretensão de entrada: Quando a tensão do terminal de entrada for maior que 130% da tensão nominal, o inversor deverá ter proteção e exibição. 3) Proteção contra sobrecorrente: A proteção contra sobrecorrente do inversor deve ser capaz de garantir uma ação rápida quando a carga estiver em curto-circuito ou a corrente exceder o valor permitido, a fim de evitar danos causados ​​por surtos de corrente. Quando a corrente de trabalho exceder 150% do valor nominal, o inversor deve ser capaz de proteger automaticamente. 4) proteção contra curto-circuito de saída O tempo de ação da proteção contra curto-circuito do inversor não deve exceder 0,5 s. 5) Proteção contra inversão de polaridade de entrada: Quando os polos positivo e negativo do terminal de entrada são invertidos, o inversor deve ter função de proteção e exibição. 6) Proteção contra raios: O inversor deve ter proteção contra raios. 7) Proteção contra superaquecimento, etc. Além disso, para inversores sem medidas de estabilização de tensão, o inversor também deve ter medidas de proteção contra sobretensão de saída para proteger a carga contra danos por sobretensão. 8. Características iniciais Caracterizar a capacidade do inversor de partir com carga e o desempenho durante a operação dinâmica. O inversor deve garantir uma partida confiável sob carga nominal. 9. Ruído Componentes como transformadores, indutores de filtro, interruptores eletromagnéticos e ventiladores em equipamentos eletrônicos de potência geram ruído. Em condições normais de operação, o ruído do inversor não deve exceder 80 dB, enquanto o ruído de um inversor pequeno não deve exceder 65 dB. Habilidades de seleção de inversores solares