Tipi di inverter fotovoltaici

Gli inverter fotovoltaici possono essere classificati principalmente in quattro tipi: inverter centralizzati, inverter di stringa, inverter decentralizzati e microinverter S Gli inverter centralizzati, che hanno una grande potenza totale del sistema, sono utilizzati principalmente in progetti su larga scala come i pannelli fotovoltaici montati a terra centrali elettriche in aree con buone condizioni di luce solare. Gli inverter distribuiti includono inverter di stringa e microinverter s, comunemente utilizzati in impianti fotovoltaici commerciali, industriali e residenziali di piccole e medie dimensioni, con gli inverter di stringa come tipologia predominante. Gli inverter decentralizzati combinano le caratteristiche sia degli inverter centralizzati che di quelli di stringa e sono stati applicati in una certa misura in progetti come quelli nelle regioni montuose. Microinverter S eseguire il tracciamento del picco di potenza massima (MPPT) per ogni singolo modulo fotovoltaico, quindi invertire e integrare nella rete CA, con una singola capacità in genere inferiore a 1 kW.

1. Inverter centralizzati

Gli inverter centralizzati collegano un gran numero di stringhe fotovoltaiche, con una singola capacità solitamente superiore a 500 kW. Gli inverter centralizzati sono un tipo di inverter fotovoltaico comune sul mercato, il cui principio di funzionamento prevede la raccolta e l'esecuzione di un MPPT sulla corrente continua generata da più moduli fotovoltaici, quindi l'inversione centralizzata per la conversione da CC a CA e l'aumento di tensione, ottenendo così la generazione di energia connessa alla rete. Gli inverter centralizzati utilizzano in genere un singolo MPPT, ciascuno collegato a 2-12 gruppi di stringhe fotovoltaiche. Ogni MPPT può gestire potenze comprese tra 125 e 1000 kW, con una singola capacità solitamente superiore a 500 kW, offrendo i vantaggi di elevata potenza e grande capacità.

Gli inverter centralizzati possono ridurre il numero di unità utilizzate, abbassare i costi e le perdite di sistema e facilitare la gestione centralizzata. Grazie all'elevata capacità di inverter centralizzati, le centrali fotovoltaiche della stessa scala che utilizzano inverter centralizzati possono ridurre significativamente il numero di inverter utilizzati, ridurre le perdite complessive del circuito e facilitare l'installazione e la gestione centralizzate. Allo stesso tempo, gli inverter centralizzati stessi presentano un elevato grado di integrazione, un controllo semplice, una tecnologia relativamente matura e un basso costo unitario. La combinazione di questi fattori può ridurre notevolmente i costi delle apparecchiature della centrale elettrica.

L'utilizzo di inverter centralizzati può ridurre efficacemente le armoniche e migliorare la qualità complessiva della generazione di energia del sistema. Le armoniche sono segnali elettrici con frequenze multiple della frequenza fondamentale, che possono distorcere le forme d'onda di tensione e causare danni alle apparecchiature. L'utilizzo di un minor numero di inverter centralizzati riduce il numero di collegamenti in serie-parallelo, riducendo efficacemente il contenuto armonico. Ciò garantisce una maggiore proporzione dell'onda fondamentale nella generazione di energia, migliorando la qualità complessiva dell'energia.

Gli inverter centralizzati hanno un intervallo di tensione MPPT ristretto, in genere compreso tra 500 e 850 V, che influisce sulle prestazioni complessive di generazione di energia. Gli inverter centralizzati con un singolo MPPT collegano un gran numero di stringhe fotovoltaiche, rendendo impossibile il controllo preciso di ogni gruppo di stringhe fotovoltaiche, non garantendo così che ciascuna stringa si trovi al punto di lavoro ottimale, il che riduce l'efficienza complessiva di generazione di energia del sistema. In condizioni di scarsa illuminazione, come durante la pioggia, la tensione del sistema può scendere al di sotto della tensione MPPT minima dell'inverter, impedendo la normale generazione di energia e riducendo il tempo di generazione complessivo. Allo stesso tempo, a causa della caratteristica di collegare più ingressi CC, il sistema fotovoltaico richiede una buona compatibilità tra i componenti e, in caso di guasto di un componente, ciò influirà sulla generazione di energia complessiva e sull'efficienza del sistema. Gli inverter centralizzati sono di grandi dimensioni e richiedono locali dedicati per il posizionamento, aumentando la difficoltà di installazione. A causa dell'elevata capacità singola, gli inverter centralizzati sono di grandi dimensioni e peso, richiedendo la realizzazione di locali dedicati all'esterno per il posizionamento. I locali dedicati occupano un'ampia area, aumentando il costo complessivo del terreno del sistema e aumentando anche la difficoltà di installazione. Inoltre, a causa del problema di tenuta stagna delle stanze, posizionare l'inverter nella stanza può causare una scarsa ventilazione all'interno della stanza, con conseguenti problemi di dissipazione del calore.

2. Inverter di stringa

Gli inverter di stringa adottano un design modulare, consentendo l'ottimizzazione distribuita dell'MPPT. I sistemi di centrali elettriche che utilizzano inverter fotovoltaici di stringa solitamente convertono la corrente continua generata dai componenti in corrente alternata attraverso l'inverter, per poi integrarla nella rete alternata dopo la raccolta, l'aumento di tensione e la distribuzione in corrente alternata. Rispetto agli inverter centralizzati, gli inverter di stringa adottano un design modulare con più MPPT; ogni MPPT si collega a un numero limitato di componenti fotovoltaici, solitamente da 1 a 4 gruppi, consentendo l'ottimizzazione distribuita dell'MPPT. Grazie al numero ridotto di connessioni, il guasto di un singolo componente influisce solo sulla generazione di energia del modulo corrispondente a quel componente, garantendo che l'efficienza complessiva della generazione di energia dell'impianto fotovoltaico non sia influenzata da un singolo componente, risolvendo il problema del mismatch delle centrali fotovoltaiche centralizzate.

L'ampio intervallo di tensione MPPT degli inverter di stringa migliora la durata e la potenza di generazione dell'energia del sistema. L'intervallo di tensione MPPT degli inverter di stringa è ampio, solitamente 200 V-1000 V, con una buona possibilità di regolazione. In condizioni di scarsa illuminazione o condizioni meteorologiche sfavorevoli per la generazione di energia, la tensione complessiva dei componenti fotovoltaici sarà bassa e l'ampio intervallo di tensione MPPT può coprire basse tensioni di ingresso, garantendo così la durata di generazione dell'energia del sistema e migliorando la produzione complessiva di energia.

Il collegamento in parallelo di più inverter aumenta le perdite di potenza e può causare problemi di risonanza. Rispetto agli inverter centralizzati, gli inverter di stringa hanno una capacità singola ridotta, solitamente pari o inferiore a 100 kW; costruendo una centrale fotovoltaica delle stesse dimensioni, la scelta di utilizzare inverter di stringa ne aumenterà il numero. Più inverter di stringa saranno collegati in parallelo e le perdite di potenza aumenteranno con il numero di inverter utilizzati. Allo stesso tempo, il collegamento in parallelo di più inverter comporterà un aumento delle armoniche totali, rendendo più difficile la soppressione, più gravi i problemi di risonanza e causando facilmente guasti e bruciature delle apparecchiature elettriche.

Decentralizzato Gli inverter sono una tipologia relativamente nuova di inverter fotovoltaici, che combina le caratteristiche degli inverter centralizzati e di stringa. Gli inverter decentralizzati possono essere intesi come sistemi di inversione centralizzata e ottimizzazione distribuita, eseguendo prima l'MPPT separatamente attraverso più inverter di stringa, quindi raccolgono e invertono centralmente in CA per la connessione alla rete. Rispetto agli inverter centralizzati, gli inverter decentralizzati offrono i vantaggi di eccellenti prestazioni indipendenti, elevata generazione di potenza e stabilità complessiva del sistema; rispetto agli inverter di stringa, gli inverter decentralizzati adottano l'inversione centralizzata dopo l'ottimizzazione distribuita, riducendo notevolmente i costi delle apparecchiature del sistema e sono attualmente utilizzati principalmente in alcuni progetti dimostrativi leader a livello nazionale. A causa dello sviluppo relativamente recente di soluzioni di inverter decentralizzati, l'esperienza progettuale è limitata e l'adozione su larga scala non è ancora stata raggiunta; allo stesso tempo, a causa dell'uso dell'inversione centralizzata, questa soluzione richiede l'utilizzo di locali appositi per la dissipazione del calore degli inverter centralizzati, aumentando l'area di utilizzo del sistema.

I microinverter possono eseguire il controllo MPPT su singoli componenti, con elevata efficienza di generazione e potenza. A differenza di altri inverter, i microinverter sono integrati in ciascun componente fotovoltaico, consentendo il controllo MPPT su un singolo componente, migliorando così significativamente l'efficienza complessiva di generazione e la potenza del sistema. I microinverter sono compatti e leggeri, non richiedono spazio aggiuntivo per il posizionamento, il che semplifica notevolmente l'installazione. Sono adatti principalmente per progetti residenziali e centrali elettriche di piccole e medie dimensioni. Per centrali elettriche di pari capacità, l'utilizzo di microinverter richiede più unità e il costo totale del sistema è significativamente superiore rispetto ai sistemi che utilizzano soluzioni con inverter centralizzati o di stringa.