Invertor solar - Solar inverter

Vedere internă a unui invertor solar. Rețineți numeroșii condensatori mari (cilindri albastri), folosiți pentru stocarea scurtă a energiei și îmbunătățirea formei de undă de ieșire.
Transformator de tensiune analogic Bobină de cupru
Foto Voltaic (Solar) Invertor Transformator de cupru

Un invertor solar sau invertor PV este un tip de convertor electric care convertește ieșirea de curent continuu variabil (DC) a unui panou solar fotovoltaic (PV) într-un curent alternativ de frecvență de utilitate (AC) care poate fi alimentat într-o rețea electrică comercială sau utilizat de o rețea electrică locală, în afara rețelei. Este un echilibru critic al sistemului (BOS) - component într-un sistem fotovoltaic , permițând utilizarea echipamentelor obișnuite alimentate cu curent alternativ. Invertoarele de energie solară au funcții speciale adaptate pentru utilizarea cu tablouri fotovoltaice, inclusiv urmărirea punctului de putere maximă și protecție anti- insulare .

Clasificare

Scheme simplificate ale unui sistem fotovoltaic rezidențial conectat la rețea

Invertoarele solare pot fi clasificate în patru mari tipuri:

  1. Invertoare de sine stătătoare , utilizate în sisteme izolate în care invertorul își extrage energia de curent continuu din bateriile încărcate de tablouri fotovoltaice. Multe invertoare de sine stătătoare încorporează, de asemenea, încărcătoare de baterii integratepentru a alimenta bateria de la osursă de curent alternativ , atunci când sunt disponibile. În mod normal, acestea nu interacționează în niciun fel cu rețeaua de utilități și, ca atare, nu trebuie să aibă protecție anti-insulare .
  2. Invertoare cu grilă , care se potrivesc fazei cu o undă sinusoidală furnizată de utilitate. Din motive de siguranță, invertoarele cu rețea sunt proiectate să se oprească automat la pierderea alimentării cu energie electrică. Acestea nu furnizează energie de rezervă în timpul întreruperilor de utilități.
  3. Invertoarele de rezervă ale bateriei sunt invertoare speciale care sunt proiectate pentru a extrage energia dintr-o baterie, pentru a gestiona încărcarea bateriei printr-un încărcător integrat și pentru a exporta excesul de energie către rețeaua de utilități. Aceste invertoare sunt capabile să furnizeze energie de curent alternativ sarcinilor selectate în timpul unei întreruperi ale utilității și trebuie să aibă protecție anti-insulare.
  4. Invertoare hibride inteligente , gestionează matricea fotovoltaică, stocarea bateriilor și rețeaua de utilități, care sunt toate cuplate direct la unitate. Aceste sisteme all-in-one moderne sunt de obicei extrem de versatile și pot fi utilizate pentru aplicații de rețea, de sine stătătoare sau de rezervă, dar funcția lor principală este autoconsumul cu utilizarea stocării.

Urmărirea punctului de putere maxim

Invertoarele solare utilizează urmărirea punctului de putere maxim (MPPT) pentru a obține puterea maximă posibilă de la panoul fotovoltaic. Celulele solare au o relație complexă între iradierea solară, temperatura și rezistența totală, care produce o eficiență de ieșire neliniară cunoscută sub numele de curba IV . Scopul sistemului MPPT este de a testa probele de ieșire ale celulelor și de a determina o rezistență (sarcină) pentru a obține puterea maximă pentru orice condiții de mediu date.

Factorul de umplere , mai frecvent cunoscut prin abrevierea FF , este un parametru care, împreună cu tensiunea de circuit deschis (V oc ) și curentul de scurtcircuit (I sc ) a panoului, determină puterea maximă dintr - o celulă solară. Factorul de umplere este definit ca raportul dintre puterea maximă de la celula solară la produsul V oc și I sc .

Există trei tipuri principale de algoritmi MPPT : perturbați și observați, conductanța incrementală și tensiunea constantă. Primele două metode sunt adesea denumite metode de alpinism ; se bazează pe curba puterii reprezentată împotriva tensiunii care crește la stânga punctului de putere maximă și cade la dreapta.

Micro-invertoare solare

Un micro-invertor solar în curs de instalare. Cablul de împământare este atașat la lug și conexiunile DC ale panoului sunt atașate la cablurile din dreapta jos. Cablul paralel de curent alternativ rulează în partea de sus (doar vizibil).

Micro-invertorul solar este un invertor proiectat să funcționeze cu un singur modul PV. Micro-invertorul convertește ieșirea de curent continuu de la fiecare panou în curent alternativ . Designul său permite conectarea în paralel a mai multor unități independente într-un mod modular.

Avantajele micro-invertorului includ optimizarea puterii unui singur panou, funcționarea independentă a fiecărui panou, instalarea plug-and-play, instalarea îmbunătățită și siguranța la incendiu, costurile reduse cu proiectarea sistemului și minimizarea stocului.

Un studiu din 2011 realizat la Universitatea de Stat din Appalachian raportează că configurarea individuală a invertorului a generat cu aproximativ 20% mai multă putere în condiții neumbrate și cu 27% mai multă putere în condiții umbrite, comparativ cu configurarea conectată cu șiruri folosind un singur invertor. Ambele setări foloseau panouri solare identice.

Invertoare solare legate de rețea

Rolul cheie al invertoarelor interactive sau sincrone de rețea sau, pur și simplu, al invertorului de rețea (GTI) este de a sincroniza faza, tensiunea și frecvența liniei electrice cu cea a rețelei. Invertoarele solare cu legătură la rețea sunt proiectate pentru a se deconecta rapid de la rețea dacă rețeaua de utilități cade. Aceasta este o cerință NEC care asigură faptul că, în caz de întrerupere, invertorul de rețea se va opri pentru a împiedica energia pe care o produce să dăuneze lucrătorilor de linie care sunt trimiși să repare rețeaua electrică .

Invertoarele cu rețea de rețea disponibile astăzi pe piață utilizează o serie de tehnologii diferite. Invertoarele pot utiliza mai noi de înaltă frecvență transformatoarelor electrice convenționale joasă frecvență transformatoare sau fără transformator. În loc să convertească curentul direct direct la 120 sau 240 volți c.a., transformatoarele de înaltă frecvență utilizează un proces computerizat în mai mulți pași care implică conversia puterii în c.a. de înaltă frecvență și apoi înapoi la c.c. și apoi la tensiunea de ieșire c.a.

Din punct de vedere istoric, au existat îngrijorări cu privire la alimentarea sistemelor electrice fără transformator în rețeaua de utilități publice. Îngrijorările provin din faptul că există o lipsă de izolare galvanică între circuitele de curent continuu și curent alternativ, care ar putea permite trecerea unor defecte DC periculoase către partea de curent alternativ. Din 2005, NEC-ul NFPA permite invertoare fără transformatoare (sau non-galvanice). VDE 0126-1-1 și IEC 6210 au fost, de asemenea, modificate pentru a permite și defini mecanismele de siguranță necesare pentru astfel de sisteme. În primul rând, detectarea curentului rezidual sau la sol este utilizată pentru a detecta posibile condiții de defecțiune. De asemenea, se efectuează teste de izolare pentru a asigura separarea de curent continuu la curent alternativ.

Multe invertoare solare sunt proiectate pentru a fi conectate la o rețea de utilități și nu vor funcționa atunci când nu detectează prezența rețelei. Acestea conțin circuite speciale pentru a se potrivi exact cu tensiunea, frecvența și faza rețelei.

Invertoare de pompare solară

Invertoarele avansate de pompare solară convertesc tensiunea continuă din rețeaua solară în tensiune alternativă pentru a acționa direct pompe submersibile fără a fi nevoie de baterii sau alte dispozitive de stocare a energiei. Prin utilizarea MPPT (urmărirea punctului de putere maximă), invertoarele de pompare solară reglează frecvența de ieșire pentru a controla viteza pompelor pentru a salva motorul pompei de la avarii.

Invertoarele de pompare solară au de obicei mai multe porturi pentru a permite introducerea curentului de curent continuu generat de tablourile fotovoltaice, un port pentru a permite ieșirea tensiunii de curent alternativ și un alt port pentru intrarea de la un senzor de nivel al apei.

Piaţă

Începând din 2019, eficiența conversiei pentru convertoarele solare de ultimă generație a ajuns la peste 98%. În timp ce invertoarele cu șir sunt utilizate în sistemele fotovoltaice comerciale rezidențiale și de dimensiuni medii , invertoarele centrale acoperă marea piață comercială și de utilități. Cota de piață a invertoarelor centrale și a șirurilor este de aproximativ 36 la sută și respectiv 61 la sută, lăsând mai puțin de 2 la sută microinvertoare.

Piața invertorilor / convertorilor în 2019
Tip Putere Eficiență (a)
Cota de piață
(b)
Observații
 Invertor de corzi până la 150 kW p (c) 98% 61,6% Cost (b) 0,05-0,17 EUR pe watt-vârf. Ușor de înlocuit.
 Invertor central peste 80 kW p 98,5% 36,7% 0,04 € pe watt-vârf. Fiabilitate ridicată. Adesea vândut împreună cu un contract de servicii.
 Micro-invertor gama de putere a modulului 90% –97% 1,7% 0,29 € pe watt-vârf. Preocupări privind ușurința înlocuirii.
 Convertor DC / DC
 ( optimizator de putere )
gama de putere a modulului 99,5% 5,1% 0,08 € per watt-peak. Preocupări privind ușurința înlocuirii. Invertorul este încă necesar.
Sursa: date de IHS Markit 2020, observații ale Fraunhofer ISE 2020, din: Raportul fotovoltaic 2020, p. 39,
Note PDF : (a) cele mai bune eficiențe afișate, (b) cota de piață și costul pe watt sunt estimate, (c) kW p = kilo watt-peak , (d) Cota de piață totală este mai mare de 100% deoarece DC / Convertoarele de curent continuu trebuie asociate cu invertoare de șiruri

Vezi si

Referințe