Come apparecchiatura principale dei sistemi di generazione di energia fotovoltaica, gli inverter vengono utilizzati per convertire la tensione CC variabile generata dai moduli fotovoltaici in potenza CA alla frequenza di rete, che è uno degli importanti equilibri di sistema nei sistemi di array fotovoltaici. Attualmente gli inverter più comuni sul mercato sono inverter centralizzati, inverter di stringa e micro inverter. Di seguito confronteremo e analizzeremo questi tre tipi di inverter.
1 inverter centralizzato
La tecnologia inverter consiste nel collegamento di più stringhe fotovoltaiche in parallelo al terminale di ingresso DC dello stesso inverter centralizzato. In genere, i moduli di potenza IGBT trifase vengono utilizzati per i sistemi ad alta potenza, mentre i transistor ad effetto di campo vengono utilizzati per i sistemi a bassa potenza. Allo stesso tempo, i controller di conversione DSP vengono utilizzati per migliorare la qualità dell'energia elettrica generata, rendendola molto vicina alla corrente dell'onda sinusoidale. Viene generalmente utilizzato in grandi impianti fotovoltaici di potenza superiore a 10KW.
Gli inverter centralizzati sono generalmente utilizzati in sistemi di generazione di energia su larga scala come fabbriche, centrali elettriche nel deserto e centrali elettriche a terra con luce solare uniforme. La potenza totale del sistema è elevata, solitamente superiore al livello del megawatt.
I principali vantaggi sono:
1. Il numero ridotto di inverter ne facilita la gestione;
2. L'inverter ha un numero ridotto di componenti ed elevata affidabilità;
3. Basso contenuto armonico, bassa componente CC e alta qualità di potenza;
4. L'inverter ha un'elevata integrazione, un'elevata densità di potenza e un basso costo;
5. L'inverter ha funzioni di protezione complete e alta sicurezza della centrale elettrica;
6. Ha la funzione di regolazione del fattore di potenza e la funzione di passaggio a bassa tensione, con buone prestazioni di regolazione della rete.
I principali svantaggi sono:
1. Il tasso di guasto del quadro combinatore CC è elevato e influisce sull'intero sistema;
2. L'intervallo di tensione MPPT degli inverter centralizzati è ristretto, generalmente 450-820V, e la configurazione dei componenti non è flessibile. Il tempo di generazione dell'energia è breve nelle aree con tempo nuvoloso e nebbioso;
3. L'installazione e l'implementazione delle sale macchine degli inverter sono difficili e richiedono sale macchine e attrezzature dedicate;
4. L'inverter stesso consuma molta energia e la ventilazione e la dissipazione del calore nella sala computer consumano molta elettricità, rendendo la manutenzione del sistema relativamente complessa;
5. In un sistema di inverter centralizzato collegato alla rete, l'array dei componenti raggiunge l'inverter attraverso due confluenze. La funzione di inseguimento della potenza massima (MPPT) dell'inverter non può monitorare il funzionamento di ciascun componente, quindi è impossibile mantenere ciascun componente al suo punto di lavoro ottimale. Quando un componente si guasta o è bloccato da ombre, ciò influenzerà l'efficienza di generazione di energia dell'intero sistema;
6. Non esiste alcuna capacità di ridondanza nel sistema di inverter collegato alla rete centralizzata. In caso di spegnimento per guasto, l’intero sistema smetterà di produrre energia elettrica.
2 inverter di stringa
L'inverter di stringa si basa sul concetto modulare, in cui ciascuna stringa fotovoltaica (1-5kw) passa attraverso un inverter con tracciamento del picco di potenza massimo sul lato CC e connessione alla rete parallela sul lato CA. È diventato oggi l'inverter più popolare nel mercato internazionale.
Gli inverter di stringa vengono utilizzati principalmente per sistemi di generazione di energia fotovoltaica su tetto di piccole e medie dimensioni e piccole centrali elettriche a terra.
I principali vantaggi sono:
1. L'inverter di stringa adotta un design modulare, in cui ciascuna stringa fotovoltaica corrisponde a un inverter. L'estremità CC ha la funzione di tracciamento della potenza massima e l'estremità CA è collegata in parallelo alla rete. Il suo vantaggio è che non è influenzato dalle differenze dei moduli tra le stringhe e dall'ombra, riducendo al contempo il disadattamento tra il punto di funzionamento ottimale dei moduli fotovoltaici e dell'inverter e massimizzando la produzione di energia;
2. L'intervallo di tensione MPPT degli inverter di stringa è ampio e generalmente varia da 250-800V. Il compola configurazione nt è più flessibile e il tempo di generazione di energia è più lungo in aree con tempo nuvoloso e nebbioso;
3. L'inverter collegato alla rete di tipo stringa ha un volume ridotto, è leggero ed è molto facile da trasportare e installare. Non richiede strumenti e attrezzature professionali, né richiede una sala di distribuzione dedicata. Può semplificare la costruzione e ridurre l'occupazione del suolo in varie applicazioni. Inoltre, i collegamenti della linea CC non richiedono quadri di distribuzione CC o armadi di distribuzione CC. Il tipo a stringa presenta inoltre vantaggi quali un basso consumo energetico, un impatto minimo sui guasti e una facile sostituzione e manutenzione.
I principali svantaggi sono:
1. Esistono molti componenti elettronici, con dispositivi di alimentazione e circuiti di segnale sulla stessa scheda, il che ne rende difficile la progettazione e la produzione e risulta leggermente meno affidabile;
2. L'isolamento elettrico dei dispositivi di potenza è ridotto, il che li rende inadatti alle aree ad alta quota e all'installazione all'aperto. L'esposizione al vento e al sole può facilmente causare l'invecchiamento dell'involucro e del dissipatore di calore;
3. Senza un trasformatore di isolamento, la sicurezza elettrica è leggermente scarsa e non adatta al sistema di messa a terra negativo dei componenti a film sottile. La componente DC è elevata e ha un impatto significativo sulla rete elettrica;
4. Quando più inverter sono collegati in parallelo, l'armonica totale è elevata e il THDI di un singolo inverter può essere controllato oltre il 2%. Tuttavia, se si collegano in parallelo più di 40 inverter, l'armonica totale sarà sovrapposta e difficilmente eliminabile;
5. Con un numero elevato di inverter, il tasso di guasto totale aumenterà, rendendo difficile il monitoraggio del sistema;
6. Senza interruttori automatici CC e interruttori automatici CA e senza fusibili CC, non è facile disconnettersi in caso di malfunzionamento del sistema;
7. Un singolo inverter può ottenere la funzione ride through a tensione zero, ma quando più macchine sono collegate in parallelo, è difficile ottenere la funzione ride through a tensione zero, la regolazione della potenza reattiva, la regolazione della potenza attiva e altre funzioni.
3 Microinverter
I micro inverter possono ottenere il massimo inseguimento del punto di potenza a livello di pannello, con vantaggi rispetto agli inverter centrali. Ciò può ottimizzare la potenza di uscita di ciascun modulo per massimizzare la potenza di uscita complessiva.
I principali vantaggi sono:
1. Quando uno o anche più moduli si guastano, il sistema può comunque continuare a fornire elettricità alla rete con elevata disponibilità; È possibile configurare facoltativamente più moduli ridondanti per migliorare l'affidabilità del sistema;
2. Configurazione flessibile, che consente agli utenti di installare celle fotovoltaiche in base alla loro capacità finanziaria nel mercato interno;
3. Ridurre efficacemente l'impatto delle ombre causate dal mascheramento locale sulla potenza di uscita;
4. Nessuna elettricità ad alta tensione, installazione più sicura, più semplice e veloce, costi di manutenzione e installazione inferiori e dipendenza ridotta dai fornitori di servizi di installazione;
5. Aumentando la produzione di energia di ciascun modulo inverter e monitorando la potenza massima, è possibile monitorare il punto di potenza massima di un singolo componente, il che può aumentare notevolmente la produzione di energia del sistema fotovoltaico del 25%.
I principali svantaggi sono:
1. Gli scenari applicativi dei micro inverter sono generalmente adatti per le case sui tetti, ma le loro applicazioni sono limitate;
2. Il costo dei micro inverter è relativamente più elevato rispetto agli inverter centralizzati e agli inverter di stringa.
Attraverso l'analisi comparativa, gli inverter di stringa presentano vantaggi rispetto agli inverter centralizzati e ai micro inverter in termini di tasso di guasto, sicurezza del sistema e costi di funzionamento e manutenzione. Hanno una migliore affidabilità del sistema e possono garantire il funzionamento sicuro e affidabile a lungo termine delle centrali elettriche.