Invertorul solar este o componentă fundamentală a sistemului solar fotovoltaic, gândit pentru a alimenta aparate casnice care funcționează prin curent alternativ (AC). Conectat cât mai aproape de panourile solare, invertorul fotovoltaic influențează buna funcționare a unui sistem fotovoltaic, indiferent de mărimea acestuia.
Ce este invertorul solar? Care este rolul său în performanța sistemului solar fotovoltaic?
Invertorul solar este una dintre cele mai importante componente ale sistemului solar fotovoltaic. Este o componentă care convertește curentul continuu DC (generat de panourile solare) în curent alternativ AC, pe care rețelele de electricitate îl folosesc. În curentul DC, electricitatea este menținută la voltaj constant într-o singură direcție. În curentul AC, electricitatea circulă în ambele direcții în circuit, voltajul trecând de la pozitiv la negativ. Invertoarele reprezintă doar un exemplu de dispozitive denumite dispozitive electronice de energie, care reglează fluxul energiei electrice.
În mod fundamental, un invertor reușește să realizeze conversia din DC în AC prin schimbarea direcției intrării DC înainte și înapoi extrem de rapid. Prin urmare, intrarea DC devine o ieșire AC. În plus, filtrele și alte dispozitive electronice pot fi folosite pentru a produce voltaj care variază ca o undă sinusoidală curată, repetitivă ce poate fi injectată în rețeaua de energie. Unda sinusoidală este o formă sau un pattern pe care voltajul îl realizează în timp și este patternul pe care o rețea îl poate realiza fără să altereze echipamentul electric, care este realizat pentru opera la anumite frecvențe și voltaje.
Când au apărut primele invertoare?
Primele invertoare au fost create în secolul XIX și erau mecanice. Spre exemplu, un motor rotativ era folosit pentru a schimba continuu daca o sursă DC era conectată înainte sau înapoi. Astăzi se folosesc întrerupătoare electrice din tranzistori, dispozitive solide fără componente care să se miște. Tranzistorii sunt realizați din materiale semiconductoare (silicon) pentru a controla fluxul electricității ca răspuns la semnalele electrice.
Daca aveți un sistem solar, probabil că invertorul îndeplinește mai multe funcții. Pe lângă convertirea energiei solare în curent AC, invertorul solar va monitoriza sistemul și asigura un portal pentru comunicarea cu rețeaua de calculator. Sistemele cu baterii solare se bazează pe invertoare avansate pentru a opera fără suport de la rețeaua electrică în cazul căderilor de tensiune, doar dacă sunt gândite în acest sens.
Un invertor solar funcționează prin convertirea curentului continuu DC generat de panourile solar în curent alternativ AC, necesar pentru alimentarea aparatelor casnice și a celor mai multe mașini industriale. Componentele electronice, IGBT, taie curentul DC în pulsații și alte circuite modelează pulsațiile în undă sinusoidală.
Un invertor convertește curentul DC în energie AC
Electricitatea din panourile solare și baterii este cunoscută ca și electricitate DC, deoarece este un tip de curent care curge într-o singură direcție. El curge de la un terminal direct la celălalt terminal. Dacă ar trebui să inversăm bateria, electronii vor curge în direcția opusă.
Invertorul operează prin preluarea curentului continuu variabil generat de panourile solar și transformă acest curent în curent alternativ de 120 sau 240V. Cele mai multe aparate electrocasnice sunt alimentate prin curent alternativ și nu continuu, de aceea este necesar ca să aibă loc această convertire a energiei produse de panourile solare.
Tehnic vorbind, soarele va trimite raze pe celulele fotovoltaice (panourile solare), realizate cu straturi semiconductoare de siliciu cristalin. Straturile reprezintă o îmbinare de straturi negative și pozitive, conectate cu ajutorul unei joncțiuni. Straturile vor capta lumina și transmite energia solară spre celulele fotovoltaice. Electronii circulă între straturile negative și pozitive, ducând la apariția unui curent electric (cunoscut sub denumirea de curent continuu).
După producerea energiei, ea va fi transmisă la invertor sau înmagazinată într-o baterie pentru a fi folosită la o dată ulterioară. Utilizarea depinde de tipul de invertor folosit și sistemul solar montat. Dacă este trimisă spre invertor, va avea forma curentului continuu. Dar cele mai multe aparate electrocasnice folosesc curent alternativ. Invertorul va prelua energia și trece prin transformator, rezultând curent alternativ.
Invertorul practic rulează constant curentul continuu prind două sau mai multe tranzistoare ce se declanșează și se opresc rapid, alimentând cele două componente ale transformatorului. Invertoarele acționează ca un creier pentru un sistem de energie solară, fiind indispensabile funcționării lor.
Cum funcționează un invertor solar trifazic?
Cele mai multe reședințe din lume folosesc electricitate cu o singură fază. Clădirile comerciale de mari dimensiuni și unele case în Europe folosesc, însă, curent trifazic. Casele din America de Nord utilizează electricitate cu fază split, în care un transformator împarte o fază singură în două, ceea duce la formarea a două cabluri fierbinți și a unuia neutru.
Cu electricitatea tri-fazică, există conexiune la fiecare dintre aceste trei faze. Fazele sunt bobine de fire care sunt introduse într-un generator 120 grade distanță de cel anterior. Aceasta înseamnă că bobinele vor experimenta vârful câmpului magnetic rotative în momente diferite. Astfel rezultă cele trei faze, fiecare dintre ele cu unde sinusoidale care sunt ușor desincronizate de cea anterioară.
Nu uitați, electricitatea vrea să intre înapoi în sursă pentru un circuit complet. Pe măsură ce curentul curge înainte și înapoi, la momente diferite în fiecare dintre faze, putem practic conecta fazele între ele și curentul va circula între diversele faze.
Pe măsură ce polaritatea fiecărei faze se mișcă înainte și înapoi la momente diferite, orice exces va curge în zona neutră posterioară dacă este necesar, dar numai dacă sursa de pe oricare dintre faze nu este balansată.
Cu o singură fază, se produc goluri mari între vârfuri, în timp ce la curentul trifazic, acestea pot fi combinate pentru a umple diferențele și, astfel, să ofere mai multă energie.
Aplicațiile de mari dimensiuni necesită folosirea unui invertor trifazic, pentru a trece compresorii în sisteme de răcire. În acest caz, se va impune sursă AC trifazică. Aceasta înseamnă că undele sinusoidale AC sunt combinate și trec prin diode care previne curgerea înapoi a electronilor. Aceasta se transformă într-o undă DC în cascadă. Se va folosi un condensator pentru a transforma cascada în sursă constantă DC.
Pentru a transforma curentul DC în curent AC trifazic, se va folosi un invertor trifazic. Pentru a se obține trei faze va fi nevoie să se deschidă și să se închidă întrerupătoarele în perechi pentru a orienta fluxul curentului de la sursă la căile de întoarcere. Astfel, motorul conectat va primi curent alternativ. Pentru sursa tri-fazică se programează întrerupătoarele pentru a simula cele trei faze.
- Se închid întrerupătoarele 1 și 6, ceea ce va da faza 1 la faza 2.
- Se închid întrerupătoarele 1 și 2, pentru a se obține faza 1 până la faza 3.
- Urmează închiderea întrerupătoarelor 3 și 2, pentru a se crea faza 2 și faza 3. Apoi se închid întrerupătoarele 3 și 4, pentru a se obține faza 2 și faza 1.
- Se închid întrerupătoarele 5 și 4, pentru a se obține faza 3 și faza 1. Apoi se închid întrerupătoarele 5 și 6, rezultând faza 3 și faza 2.
Acest ciclu se repetă la nesfârșit. Dacă am folosi osciloscopul, am avea un pattern de undă care seamănă cu AC, dar este ușor pătrat. Acest tip de curent nu va funcționa pentru toate aplicațiile și va fi nevoie să se folosească modulația pulsară pentru a crea unda sinusoidală. Se va folosi un controler pentru deschide și închide rapid întrerupătoarele pentru a varia frecvența și voltajul, astfel obținându-se sursa AC trifazică.
Cum funcționează diversele tipuri de invertoare solare?
Invertoarele solare sunt de diverse tipuri, fiecare dintre ele având particularități în modul de funcționare
Invertoarele de rețea
Invertoarele de rețea sunt utilizate cu sistemele solare PV ce sunt conectate total la rețeaua de energie comună. Ele trebuie să fie conectate la rețea pentru a funcționa. Electricitatea produsă de sistemul solar care nu este consumată în proprietate este injectată în mod automat în rețea printr-un instrument de măsurare bi-direcțional.
În cazul unei căderi de tensiune, invertorul nu mai funcționează datorită unei caracteristici de siguranță, cunoscută ca și funcția de anti-insularizare. Dacă sistemul nu are baterie de rezervă, în timpul unei căderi de tensiune nu veți avea acces la curent. Astfel, sistemul poate fi folosit doar în zonele în care întreruperile de curent sunt rare.
Invertorul de rețea poate fi utilizat și dacă aveți un invertor normal cu sistem cu baterie, pentru energie de rezervă în cazul unei întreruperi de curent.
Un invertor off-grid, însă, va funcționa la fel ca un invertor normal, în care curentul DC generat de panoul solar este folosit pentru a se încărca bateria solară.
Invertoarele hibrid
Atunci când există căderi de tensiune, invertorul va capta energia stocată din baterie, transformând curentul DC din baterie în curent AC utilizabil pentru alimentare aparatelor electrice. Acest sistem poate fi folosit în regiunile în care au loc deseori întreruperi de curent. Combinând atât abilitățile invertoarelor de rețea și cele ale invertoarelor off-grid, invertorul hibrid poate fi folosit atât în zonele cu frecvente întreruperi de curent, cât și în cele acestea sunt foarte rare.
În condiții normale de operare, invertorul poate oferi energie pentru toată casa, încărca bateriile și trimite excesul de energie în rețea. În cazul unei întreruperi de energie, unitate va trece automat pe baterie și va continua să opereze independent de rețeaua de electricitate. Sistemele solare oferă numeroase avantaje utilizatorilor. Consultați specialiștii pentru a afla informații suplimentare despre invertoarele de rețea, off-grid și hibrid.
Invertoarele off-grid
Principala funcție a unui invertor solar este să transforme energia DC în curent AC. Invertoarele vin în numeroase forme, tipuri și mărimi. Ele sunt diferențiate, în primul rând, prin energia pe care o pot converti. Spre exemplu, există invertoare mici care pot converti ieșirea de la o baterie pentru a alimenta aparatură cu AC. Pe de altă parte, există și invertoare de mari dimensiuni care transformă toata energia produsă de la o fermă solară.
Așa după cum sugerează și numele, invertorul solar off-grid operează independent și nu poate funcționa împreună cu rețeaua. Invertorul solar off-grid va capta energie din baterie, o va transforma din curent DC în curent AC și apoi elibera-o ca și curent AC. Într-un sistem hibrid, invertorul off-grid poate fi folosit pentru a crea o rețea în sine.
Sistemele hibrid sunt total independente de rețea și se pot monta în locații în care accesul la rețele clasice nu este posibil.
Invertoarele grid-tie (conectabile la rețea)
Avantajul invertoarelor grid-tie este că pot trimite excesul de electricitate spre rețea și folosi măsurătorile din rețea. Invertoarele grid-tie sunt mai scumpe datorită funcționalității adiționale. Ele pot fi utilizate și fără baterii.
Anumite modele grid-tie au capacitatea de a închide sistemul fotovoltaic în cazul unei căderi de tensiuni, pentru a se preveni fenomenul de insularizare. Invertoarele de acest tip vor asigura ca, în cazul unei pene de curent, să închidă sistemul pentru ca energia transferată să nu afecteze muncitorii care remediază rețeaua de electricitate.
Invertoarele grid-tie asigură energie consistentă și are abilitatea să se umple atât de la rețea, cât și de la baterie, în cazul în care panourile nu produc suficientă energie pentru alimentare. Aceste invertoare pot încărca bateriile folosind energie de la rețea printr-un încărcător de rețea. Această particularitate este utilă când bateriile sunt goale și panourile nu produc suficientă energie.
Care este diferența între invertoarele off-grid și invertoarele grid-tie?
Invertorul off-grid este un produs care funcționează complet izolat de rețea. Nu are provizii pe care să le ia din rețea și nici nu trimite electricitate în rețea. În mod normal, dacă un sistem fotovoltaic este gândit pentru un invertor off-grid, atunci panourile sunt conectate la un controlor de încărcare, conectat, la rândul lui, la baterii. Bateriile vor fi conectate la invertorul off-grid.
Invertoarele off-grid pot fi realizate pentru a fi portabile, în timp ce invertoarele grid-tie nu se pot transporta ușor. Prin urmare, invertoarele care sunt etichetate pentru uz pe cas mobile sunt invertoare off-grid.
Pe de altă parte, un invertor grid tie poate fi conectat direct la celula solară și la rețea. Există posibilitatea ca invertorul grid-tie să aibă un controlor de încărcare încorporat si anumite modele pot fi conectate la baterii. Astfel, invertorul devine componenta centrală a sistemului fotovoltaic.
