Il principio di funzionamento dell'inverter:
Il cuore del dispositivo inverter è il circuito di commutazione dell'inverter, abbreviato in "circuito inverter". Il circuito completa la funzione dell'inverter accendendo e spegnendo l'interruttore elettronico di potenza.
Caratteristiche:
(1) È richiesta un'elevata efficienza.
Dato l'elevato prezzo attuale delle celle solari, per massimizzare l'utilizzo delle stesse e migliorare l'efficienza del sistema, dobbiamo cercare di migliorare l'efficienza dell'inverter.
(2) È richiesta un'elevata affidabilità.
Attualmente, il sistema di centrali elettriche fotovoltaiche è utilizzato principalmente in aree remote e molte centrali elettriche non sono presidiate e sottoposte a manutenzione, il che richiede che l'inverter abbia una struttura circuitale ragionevole, una selezione rigorosa dei componenti e che abbia varie funzioni di protezione, come: protezione da inversione di polarità CC in ingresso, protezione da cortocircuito in uscita CA, surriscaldamento, protezione da sovraccarico, ecc.
(3) La tensione di ingresso deve avere un intervallo di adattamento più ampio.
Poiché la tensione ai terminali della cella solare varia in base al carico e all'intensità della luce solare, soprattutto quando la batteria invecchia, la sua tensione ai terminali varia notevolmente. Ad esempio, per una batteria da 12 V, la sua tensione ai terminali può variare tra 10 V e 16 V, il che richiede all'inverter di funzionare normalmente entro un ampio intervallo di tensione di ingresso CC.
Classificazione degli inverter fotovoltaici：
Esistono diversi modi per classificare gli inverter. Ad esempio, in base al numero di fasi della tensione CA in uscita dall'inverter, si possono distinguere inverter monofase e inverter trifase; inverter a transistor, inverter a tiristori e inverter a tiristori con spegnimento automatico. In base al principio di funzionamento del circuito inverter, si possono distinguere anche in inverter a oscillazione autoeccitata, inverter a sovrapposizione di onde a gradini e inverter a modulazione di larghezza di impulso. In base all'applicazione in sistemi connessi alla rete o in sistemi non connessi alla rete, si possono distinguere in inverter connessi alla rete e inverter non connessi alla rete. Per facilitare la scelta degli inverter da parte degli utenti di optoelettronica, qui di seguito vengono classificati solo gli inverter in base alle diverse applicazioni.
1. Inverter centralizzato
La tecnologia degli inverter centralizzati prevede il collegamento di diverse stringhe fotovoltaiche parallele all'ingresso CC dello stesso inverter centralizzato. Generalmente, per l'alta potenza vengono utilizzati moduli di potenza IGBT trifase, mentre per la bassa potenza vengono utilizzati transistor a effetto di campo. Il DSP converte il segnale del controller per migliorare la qualità dell'energia generata, rendendola molto vicina a una corrente sinusoidale, tipicamente utilizzata nei sistemi per grandi impianti fotovoltaici (>10 kW). La caratteristica principale è l'elevata potenza del sistema e il basso costo, ma poiché la tensione e la corrente di uscita delle diverse stringhe fotovoltaiche spesso non sono perfettamente compatibili (soprattutto quando le stringhe fotovoltaiche sono parzialmente bloccate a causa di cielo coperto, ombra, macchie, ecc.), viene adottato l'inverter centralizzato. Questo cambiamento di approccio porterà alla riduzione dell'efficienza del processo di inverter e alla diminuzione del consumo di energia elettrica da parte degli utenti. Allo stesso tempo, l'affidabilità della generazione di energia dell'intero sistema fotovoltaico è influenzata dal cattivo funzionamento di un gruppo di unità fotovoltaiche. L'ultima direzione della ricerca è l'uso del controllo della modulazione vettoriale spaziale e lo sviluppo di una nuova connessione topologica degli inverter per ottenere un'elevata efficienza in condizioni di carico parziale.
2. Inverter di stringa
L'inverter di stringa si basa sul concetto modulare. Ogni stringa FV (1-5 kW) passa attraverso un inverter, insegui il picco di potenza massimo sul lato CC ed è collegata in parallelo sul lato CA. È l'inverter più diffuso sul mercato.
Molti grandi impianti fotovoltaici utilizzano inverter di stringa. Il vantaggio è che non sono influenzati dalle differenze tra i moduli e dall'ombreggiamento tra le stringhe, e allo stesso tempo riducono la discrepanza tra il punto di funzionamento ottimale dei moduli fotovoltaici e l'inverter, aumentando così la produzione di energia. Questi vantaggi tecnici non solo riducono i costi di sistema, ma ne aumentano anche l'affidabilità. Allo stesso tempo, viene introdotto il concetto di "master-slave" tra le stringhe, in modo che il sistema possa collegare tra loro diversi gruppi di stringhe fotovoltaiche e farne funzionare una o più, a condizione che una singola stringa di energia non possa alimentare un singolo inverter, producendo così più elettricità.
L'ultima novità è che diversi inverter formano un "team" tra loro, anziché il concetto "master-slave", il che aumenta ulteriormente l'affidabilità del sistema. Attualmente, gli inverter di stringa senza trasformatore hanno prevalso.
3. Microinverter
In un sistema fotovoltaico tradizionale, l'ingresso CC di ciascun inverter di stringa è collegato in serie a circa 10 pannelli fotovoltaici. Quando 10 pannelli sono collegati in serie, se uno di essi non funziona correttamente, la stringa interessata ne risentirà. Se lo stesso MPPT viene utilizzato per più ingressi dell'inverter, anche tutti gli ingressi saranno interessati, riducendo notevolmente l'efficienza di generazione di energia. Nelle applicazioni pratiche, vari fattori di occlusione come nuvole, alberi, camini, animali, polvere, ghiaccio e neve causano i suddetti fattori, e questa situazione è molto comune. Nel sistema fotovoltaico con microinverter, ogni pannello è collegato a un microinverter. Quando uno dei pannelli non funziona correttamente, solo questo pannello ne risentirà. Tutti gli altri pannelli fotovoltaici funzioneranno in modo ottimale, rendendo il sistema complessivo più efficiente e generando più energia. Nelle applicazioni pratiche, un guasto dell'inverter di stringa causerà il malfunzionamento di diversi kilowatt di pannelli solari, mentre l'impatto del guasto del microinverter è piuttosto limitato.
4. Ottimizzatore di potenza
L'installazione di un ottimizzatore di potenza in un sistema di generazione di energia solare può migliorare notevolmente l'efficienza di conversione e semplificare le funzioni dell'inverter, riducendo i costi. Per realizzare un sistema di generazione di energia solare intelligente, l'ottimizzatore di potenza del dispositivo può effettivamente ottimizzare le prestazioni di ogni cella solare e monitorare lo stato di consumo della batteria in qualsiasi momento. L'ottimizzatore di potenza è un dispositivo tra il sistema di generazione di energia e l'inverter e il suo compito principale è sostituire la funzione originale di inseguimento del punto di potenza ottimale dell'inverter. L'ottimizzatore di potenza esegue una scansione estremamente rapida dell'inseguimento del punto di potenza ottimale per analogia, semplificando il circuito e una singola cella solare corrisponde a un ottimizzatore di potenza, in modo che ogni cella solare possa effettivamente raggiungere l'inseguimento del punto di potenza ottimale. Inoltre, lo stato della batteria può essere monitorato sempre e ovunque inserendo un chip di comunicazione e il problema può essere segnalato immediatamente in modo che il personale competente possa ripararlo il prima possibile.
La funzione dell'inverter fotovoltaico
L'inverter non solo ha la funzione di conversione CC-CA, ma anche quella di massimizzare le prestazioni della cella solare e di proteggere il sistema da guasti. In sintesi, sono disponibili funzioni di funzionamento e spegnimento automatico, funzione di controllo dell'inseguimento della potenza massima, funzione di protezione da funzionamento indipendente (per sistemi connessi alla rete), funzione di regolazione automatica della tensione (per sistemi connessi alla rete), funzione di rilevamento della corrente continua (per sistemi connessi alla rete), funzione di rilevamento della messa a terra della corrente continua (per sistemi connessi alla rete). Di seguito una breve introduzione alle funzioni di funzionamento e spegnimento automatico e alla funzione di controllo dell'inseguimento della potenza massima.
(1) Funzione di funzionamento e arresto automatico
Dopo l'alba, l'intensità della radiazione solare aumenta gradualmente e di conseguenza anche la potenza delle celle solari. Quando viene raggiunta la potenza di uscita richiesta dall'inverter, quest'ultimo si avvia automaticamente. Dopo l'avvio, l'inverter monitorerà costantemente la potenza del modulo solare. Finché la potenza di uscita del modulo solare è superiore a quella richiesta per il funzionamento dell'inverter, quest'ultimo continuerà a funzionare; si fermerà al tramonto, anche in caso di cielo nuvoloso o pioggia. L'inverter può anche funzionare. Quando la potenza del modulo solare diminuisce e la potenza dell'inverter è prossima a 0, l'inverter entrerà in modalità standby.
(2) Funzione di controllo del monitoraggio della potenza massima
La potenza di un modulo a celle solari varia in base all'intensità della radiazione solare e alla temperatura del modulo stesso (temperatura del chip). Inoltre, poiché il modulo a celle solari ha la caratteristica che la tensione diminuisce con l'aumentare della corrente, esiste un punto di funzionamento ottimale in cui è possibile ottenere la massima potenza. L'intensità della radiazione solare varia e, ovviamente, anche il punto di funzionamento ottimale varia. In relazione a queste variazioni, il punto di funzionamento del modulo a celle solari è sempre al punto di massima potenza e il sistema ottiene sempre la massima potenza in uscita dal modulo. Questo controllo è il controllo di inseguimento della potenza massima. La caratteristica principale degli inverter per impianti solari è la loro integrazione con la funzione di inseguimento del punto di massima potenza (MPPT).
Data di pubblicazione: 26 ottobre 2022
