Come funziona un inverter solare?

Come funziona un inverter solare per fornire elettricità CA dopo aver assorbito la corrente CC di un campo solare? Ecco, di seguito, la risposta e molto altro ancora.

Il funzionamento di un inverter solare illustrato in un diagramma
Il funzionamento di un inverter solare illustrato in un diagramma
Risorsa: https://youtu.be/x-05gKrdg3U

Nella vostra ricerca di informazioni sugli inverter solari, probabilmente vi starete chiedendo: come funziona un inverter solare? I diversi inverter funzionano in modo diverso? E così via. Questo articolo intende rispondere a tutte queste e ad altre domande sugli inverter solari, in modo semplice e chiaro.

Come funziona un inverter solare?

Un sistema di inverter solare è composto principalmente da un inverter, da pannelli solari e (più spesso) da batterie di accumulo insieme al regolatore di carica. L'inverter converte la corrente continua in alimentazione CA utile. D'altra parte, il regolatore di carica regola la carica della batteria.

Il funzionamento di base dell'inverter solare è piuttosto semplice: quando i pannelli solari sono in eccesso, l'energia in eccesso viene immagazzinata nelle batterie. Quando la potenza è insufficiente, l'energia viene prelevata dalle batterie. In questo modo, l'inverter garantisce una fornitura costante di energia anche quando i pannelli solari non generano elettricità.

Tuttavia, diversi tipi di inverter solari possono funzionare in modo diverso e adattarsi a scopi diversi. Ad esempio, alcuni si collegano direttamente alla rete e possono utilizzare o meno le batterie di accumulo. Gli inverter solari collegati alla rete sono in grado di vendere l'energia in eccesso all'azienda elettrica, mentre gli inverter non collegati alla rete possono utilizzare solo l'energia immagazzinata nelle batterie. Per saperne di più, leggi qui sotto.

Il funzionamento dell'inverter solare dipende dai componenti e dai circuiti utilizzati.
Il funzionamento dell'inverter solare dipende dai componenti e dai circuiti utilizzati.
Risorsa: https://www.mdpi.com

Principio di funzionamento dell'inverter solare

Vediamo ora come gli inverter fotovoltaici riescono a fornire un'uscita in corrente alternata o, in altre parole, il principio di funzionamento degli inverter solari. Visto dall'esterno, un inverter fotovoltaico può sembrare una semplice scatola. Tuttavia, all'interno sono presenti diversi circuiti elettronici che lavorano insieme per realizzare la conversione da corrente continua a corrente alternata.

Componenti dell'inverter solare

I diversi tipi di inverter fotovoltaici possono utilizzare componenti diversi per ottenere la conversione CC-AC. Di seguito sono riportati alcuni dei principali componenti dell'inverter solare che contribuiscono a convertire la corrente continua in corrente alternata:

  • Diodi
  • Trasformatori (negli inverter basati su trasformatori)
  • Condensatori e induttori
  • MOSFET o IGBT
  • Software di monitoraggio

Il funzionamento dell'inverter solare

Il funzionamento dell'inverter solare, basato sui componenti citati, prevede la commutazione rapida della corrente continua all'interno di un circuito per produrre una corrente alternata. A tal fine, vengono utilizzati dispositivi di commutazione ad alta frequenza. Di solito si tratta di MOSFET (transistor ad effetto di campo a semiconduttore a ossido metallico) o IGBT (transistor bipolari a griglia isolata).

I condensatori e gli induttori, invece, immagazzinano l'energia sotto forma di carica elettrica e campo elettrico, che viene poi rilasciata quando è necessario per uniformare l'uscita risultante dall'azione di commutazione. I diodi, se utilizzati nella tecnologia degli inverter solari, forniscono principalmente un percorso per le correnti di carico induttive, mentre i trasformatori cambiano la tensione al livello richiesto.

Infine, il software di monitoraggio presente in quasi tutti gli inverter oggi serve a monitorare il funzionamento dell'inverter e a rilevare i guasti prima (o quando) si verificano. Come accennato in precedenza, inverter diversi possono utilizzare modi diversi per produrre corrente alternata.

Funzionamento degli inverter solari per tipo

Il principio di funzionamento degli inverter solari dipende principalmente dal fatto che siano basati su trasformatore o senza trasformatore, a onda sinusoidale pura o modificata, e che si tratti di inverter solari monofase o trifase. Per comprendere queste differenze, diamo un'occhiata a ciascun tipo di inverter solare, al suo funzionamento e ad altro ancora.

Componenti dell'inverter solare senza trasformatore
Componenti dell'inverter solare senza trasformatore
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Inverter solare Trasformatore vs. Senza trasformatore

In poche parole, un inverter solare basato su trasformatore utilizza un trasformatore di isolamento per convertire la tensione secondo le necessità. Un inverter senza trasformatore non ne utilizza uno e si affida a componenti elettronici. Come ci si può aspettare, questo può comportare alcuni vantaggi e svantaggi per ciascun tipo: di seguito troverete maggiori informazioni su questi inverter.

Inverter solare basato su trasformatore

È l'inverter solare tradizionale o standard. Utilizza un normale trasformatore per la conversione da corrente continua a corrente alternata, insieme a diversi componenti elettronici, quali condensatori e transistor. Uno dei suoi principali vantaggi è l'isolamento elettrico tra i circuiti di ingresso e di uscita, con conseguente maggiore sicurezza elettrica.

Tuttavia, un inverter solare basato su trasformatore è più costoso di un inverter senza trasformatore. Questo perché il trasformatore è un componente costoso. Inoltre, il trasformatore aggiunge peso e ingombro all'inverter, rendendolo più grande e meno comodo da installare.

Un altro svantaggio è che il trasformatore può introdurre perdite di potenza. Queste perdite si aggirano in genere intorno a 2-3%, ma possono arrivare a 5%. Ciò significa che l'inverter sarà meno efficiente di un inverter senza trasformatore, oltre a produrre un ronzio caratteristico durante il funzionamento.

Inverter senza trasformatore

Gli inverter solari senza trasformatore sono un tipo di dispositivo più recente. Invece di trasformatori fisici, utilizzano dispositivi a semiconduttore per cambiare la corrente continua in corrente alternata e la tensione al livello richiesto. Ciò comporta diversi vantaggi rispetto agli inverter basati su trasformatori.

In primo luogo, gli inverter senza trasformatore sono più efficienti perché non perdono energia nel processo di trasformazione. In secondo luogo, gli inverter senza trasformatore sono più piccoli e leggeri di quelli basati su trasformatore e quindi più facili da installare. Sono anche meno costosi, dato che non utilizzano un trasformatore.

La maggior parte degli inverter TL oggi viene installata anche con MPPT, che li rende piuttosto efficaci per quanto riguarda l'erogazione di energia. Tuttavia, gli inverter solari senza trasformatore non dispongono della sicurezza di isolamento offerta dai trasformatori, il che può costituire un problema. Tuttavia, i modelli moderni sono dotati di tecnologie in grado di risolvere questo problema.

Parte di un circuito di inverter solare a onda sinusoidale pura
Parte di un circuito di inverter solare a onda sinusoidale pura
Risorsa: https://www.youtube.com/watch?v=LVstIU2l5E4

Inverter a onda sinusoidale pura contro inverter modificati

La forma d'onda dell'uscita di un inverter fotovoltaico ne determina anche il funzionamento. I due tipi più comuni di forme d'onda sono l'onda sinusoidale pura e l'onda sinusoidale modificata. Sebbene sia raro, si possono incontrare anche inverter a onda quadra. Qui di seguito troverete maggiori informazioni sui 3 tipi di inverter e sul loro funzionamento.

Inverter a onda sinusoidale pura

L'uscita di un inverter solare ad onda sinusoidale pura è una onda sinusoidale perfetta. Si tratta dello stesso tipo di forma d'onda prodotta dalle aziende elettriche (a volte anche meglio). Gli inverter a onda sinusoidale pura sono più costosi di altri tipi di inverter (e più complessi), ma sono anche più efficienti e hanno una migliore qualità dell'energia.

Un inverter a onda sinusoidale pura per impianti solari è la scelta migliore per un sistema di alimentazione di riserva: fornisce energia pulita e affidabile per tutti i dispositivi elettronici sensibili. Sono particolarmente indicati quando si tratta di alimentare elettrodomestici sensibili o apparecchiature motorizzate come pompe e ventilatori.

Inverter a onda sinusoidale modificata

L'uscita di un inverter solare a onda sinusoidale modificata assume una forma a scala. Questo tipo di forma d'onda è meno costoso di un inverter solare sinusoidale puro, ma è anche meno efficiente e ha una qualità dell'energia inferiore. Gli inverter a onda sinusoidale modificata sono quindi tipicamente utilizzati in applicazioni in cui la qualità dell'energia non è così importante.

Il vantaggio principale degli inverter solari a onda sinusoidale modificata è che di solito sono meno costosi di quelli a onda sinusoidale pura. Tuttavia, la loro forma d'onda modificata può causare un funzionamento meno efficiente di alcune apparecchiature elettroniche o generare più calore. In generale, sono utilizzabili in applicazioni a bassa potenza.

Inverter solare a onda quadra

In questo caso, la tensione di uscita dell'inverter solare cambia bruscamente da un picco positivo a un picco negativo, producendo una forma d'onda quadrata. Questo tipo di forma d'onda è il più semplice ed economico da produrre. Tuttavia, proprio come i tipi di onda sinusoidale modificata, questi inverter possono provocare il surriscaldamento di molti apparecchi elettrici o un funzionamento meno efficiente.

All'interno di un PCB di un inverter solare trifase
All'interno di un PCB di un inverter solare trifase
Risorsa: https://www.eeworldonline.com

Inverter solare monofase vs trifase

Un inverter solare è un dispositivo monofase o trifase. L'inverter solare monofase ha una sola tensione di ingresso, mentre l'inverter solare trifase ne ha tre. Gli inverter monofase sono più comunemente utilizzati nei sistemi solari residenziali perché sono meno costosi e più che sufficienti per l'alimentazione di una casa. Gli inverter solari trifase sono utilizzati in genere nei sistemi solari commerciali o nei sistemi residenziali di grandi dimensioni.

Inverter solare monofase

L'inverter solare monofase è il tipo più semplice e comune. Produce un'uscita monofase dalla corrente del campo solare, che lo rende adatto a piccoli carichi come quelli di una casa o di un piccolo ufficio. Lo svantaggio di utilizzare un inverter solare monofase è che può alimentare solo alcuni tipi di apparecchiature.

Inverter solare trifase

Un inverter solare trifase è più complesso di un inverter solare monofase e funziona producendo tre diverse correnti di uscita dall'ingresso CC. Questi inverter producono una maggiore potenza e sono più adatti per carichi più grandi, come quelli di un ambiente industriale. Come ci si può aspettare, l'inverter solare trifase è solitamente più costoso e complesso da progettare e costruire.

Conclusione

Il funzionamento responsabile della conversione da CC a CA dell'inverter solare può assumere varie forme e richiedere diversi componenti. In generale, la tecnologia degli inverter solari oggi prevede l'uso di dispositivi a semiconduttore. I diversi principi di funzionamento degli inverter presentano vantaggi e svantaggi diversi. Questi sono descritti in questo post. Utilizzate queste informazioni per trovare il tipo di inverter più appropriato per il vostro sistema di energia solare.

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