Principali tipologie e principi di funzionamento degli inverter fotovoltaici
Gli inverter fotovoltaici possono essere suddivisi principalmente in quattro categorie: centralizzati, di stringa, distribuiti e micro inverter. Il sistema inverter centralizzato ha una grande potenza totale ed è utilizzato principalmente in progetti su larga scala come centrali fotovoltaiche a terra con buone condizioni di illuminazione; Gli inverter distribuiti possono essere suddivisi in inverter di stringa e micro inverter, che vengono solitamente utilizzati in sistemi di generazione di energia fotovoltaica industriali, commerciali e domestici di piccole e medie dimensioni, in cui il tipo di stringa è il principale tipo di inverter distribuito. Gli inverter distribuiti hanno caratteristiche sia centralizzate che di tipo stringa e sono ampiamente utilizzati in progetti come i pionieri della montagna. Il micro-inverter deve tracciare il valore di picco di potenza massima di ciascun modulo fotovoltaico in modo indipendente, quindi inserirsi nella rete CA dopo l'inversione. La capacità della singola unità del micro-inverter è generalmente inferiore a 1kW.
Il numero di stringhe di gruppo fotovoltaico ad accesso centralizzato è elevato e la singola capacità è solitamente superiore a 500KW. L'inverter centralizzato è un tipo comune di inverter fotovoltaico nel mercato. Il suo principio di funzionamento è quello di unire la corrente CC generata da più moduli fotovoltaici e tracciare il picco di potenza massima (MPPT), quindi l'inverter centralizzato converte la corrente alternata continua e aumenta la tensione, in modo da realizzare la generazione di energia di rete. Un singolo MPPT è dotato di 2-12 gruppi fotovoltaici. La potenza di ciascun MPPT può raggiungere 125-1000kW e la capacità di ciascun MPPT è solitamente superiore a 500KW, il che presenta i vantaggi di un'elevata potenza e di una grande capacità.
Gli inverter centralizzati possono ridurre il numero di utilizzi, ridurre i costi e le perdite del sistema e facilitare la gestione centralizzata. A causa dei vantaggi della grande capacità degli inverter centralizzati, l'uso di inverter centralizzati per centrali fotovoltaiche della stessa scala può ridurre notevolmente il numero di inverter utilizzati, ridurre la perdita complessiva del circuito del sistema e facilitare l'installazione e la gestione centralizzate. Allo stesso tempo, lo stesso inverter centralizzato ha un alto grado di integrazione, un controllo semplice, una tecnologia relativamente matura e un basso costo unitario. La combinazione dei due fattori può ridurre notevolmente il costo dell'attrezzatura del sistema della centrale elettrica.
L'applicazione di inverter centralizzati può ridurre efficacemente le armoniche e migliorare la qualità complessiva della generazione di energia del sistema. Eseguendo la decomposizione di Fourier della carica non sinusoidale, otterremo una parte della carica maggiore della frequenza fondamentale, cioè l'armonica, la cui frequenza è solitamente un multiplo intero della frequenza fondamentale. Le armoniche produrranno una caduta di tensione armonica sull'impedenza di cortocircuito della rete elettrica, influenzando così la forma d'onda della tensione; è facile causare una risonanza serie-parallela locale nel sistema, con conseguenti danni alle apparecchiature. Il numero di inverter centralizzati utilizzati è ridotto, il che può ridurre il numero di serie e parallelo e ridurre efficacemente il contenuto armonico, garantendo così la proporzione di onde fondamentali nella generazione di energia e migliorando la qualità complessiva della generazione di energia.\
Collegandosi a più set di ingressi CC, l'intervallo di tensione MPPT centralizzato è ristretto, il che influisce sulle prestazioni complessive della generazione di energia. Il numero di stringhe fotovoltaiche collegate a un singolo MPPT dell'inverter centralizzato è elevato ed è impossibile controllare con precisione ogni gruppo di stringhe fotovoltaiche, quindi non può garantire che ogni stringa si trovi nel punto di lavoro migliore, riducendo così il costo complessivo del sistema . efficienza di generazione di energia. L'intervallo di tensione dell'MPPT centralizzato è generalmente nell'intervallo di 500-850V. A causa del ristretto intervallo di tensione MPPT, la regolabilità dell'inverter centralizzato è scarsa. In condizioni di illuminazione insoddisfacenti come pioggia nuvolosa, la tensione del sistema è inferiore alla tensione minima dell'inverter MPPT e non è possibile eseguire la normale generazione di energia, il che influisce sul tempo di generazione di energia. Allo stesso tempo, a causa delle sue caratteristiche di accesso a più set di ingressi CC, i sistemi fotovoltaici richiedono buone prestazioni di adattamento tra i componenti. Una volta che uno dei componenti si guasta, influirà sulla generazione di energia complessiva e sull'efficienza di generazione di energia del sistema.
L'inverter centralizzato è di grandi dimensioni e deve essere collocato in una sala computer dedicata, il che aumenta la difficoltà di installazione. A causa della grande capacità della singola unità, il volume e il peso dell'inverter centralizzato sono elevati e per il posizionamento è necessario predisporre all'aperto un apposito locale tecnico. La sala computer dedicata occupa un'ampia area, il che aumenta la difficoltà di installazione aumentando il costo complessivo del terreno del sistema. Inoltre, a causa dell'ermeticità della sala apparecchiature, il posizionamento dell'inverter nella sala apparecchiature causerà una scarsa ventilazione all'interno della sala apparecchiature, con conseguenti problemi termici.
L'inverter di stringa adotta un design modulare, che può realizzare l'ottimizzazione MPPT decentralizzata. Il sistema della centrale elettrica che utilizza inverter fotovoltaici di stringa di solito converte la corrente CC generata dai moduli prima attraverso l'inverter, quindi la fonde nella rete CA dopo la confluenza, la trasformazione step-up e la distribuzione dell'alimentazione CA. Rispetto all'inverter centralizzato, l'inverter di stringa adotta un design modulare e dispone di più MPPT; il numero di moduli fotovoltaici collegati a ciascun MPPT è inferiore, solitamente 1-4 gruppi, che possono realizzare MPPT distribuiti. Cerca il meglio. Poiché i terminali di accesso sono pochi, il guasto di un singolo componente influirà solo sulla generazione di energia del modulo corrispondente al componente, garantendo che l'efficienza di generazione di energia dell'intero sistema fotovoltaico non sia influenzata da un singolo componente e risolvendo il problema problema del mismatch degli impianti fotovoltaici centralizzati .
La stringa MPPT ha un ampio intervallo di tensione, che può migliorare il tempo di generazione di energia e la generazione di energia del sistema. L'intervallo di tensione MPPT dell'inverter di stringa è ampio, in genere 200 V-1000V, e la possibilità di regolazione è buona. In caso di luce insufficiente o condizioni meteorologiche sfavorevoli per la produzione di energia, la tensione complessiva dei moduli fotovoltaici sarà bassa. L'intervallo di tensione MPPT più ampio può coprire una bassa tensione di ingresso, garantendo così il tempo di generazione di energia del sistema e migliorando la generazione di energia complessiva.
Il collegamento in parallelo di più inverter aumenta le perdite dei cavi ed è soggetto a problemi di risonanza. Rispetto agli inverter centralizzati, la capacità individuale degli inverter di stringa è inferiore, solitamente 100 KW o meno; per centrali fotovoltaiche della stessa taglia, la scelta di utilizzare inverter di stringa aumenterà il numero di inverter. Più inverter di stringa saranno collegati in parallelo e la perdita di filo aumenterà all'aumentare del numero di inverter utilizzati. Allo stesso tempo, il collegamento in parallelo di più inverter porterà all'aumento delle armoniche totali, aumenterà la difficoltà di soppressione, il problema della risonanza sarà più grave e causerà facilmente il guasto e la combustione delle apparecchiature elettriche.
L'inverter distribuito è un nuovo tipo di inverter che unisce i vantaggi del tipo centralizzato e di stringa. L'inverter distribuito è un tipo relativamente nuovo di inverter fotovoltaico, che presenta le caratteristiche dell'inverter centralizzato e dell'inverter di stringa. Gli inverter distribuiti possono essere intesi come inverter centralizzati e ottimizzazione decentralizzata. In primo luogo, l'inseguimento del picco di potenza massima (MPPT) viene eseguito separatamente attraverso più inverter di stringa, quindi gli inverter centralizzati vengono convertiti in reti di alimentazione CA dopo la confluenza. Rispetto agli inverter centralizzati, gli inverter distribuiti presentano i vantaggi di eccellenti prestazioni indipendenti, elevata generazione di energia e stabilità complessiva del sistema; rispetto agli inverter di stringa, gli inverter distribuiti utilizzano l'ottimizzazione decentralizzata. Quest'ultimo inverter di confluenza centralizzato riduce notevolmente il costo dell'apparecchiatura del sistema. Attualmente, viene utilizzato principalmente in alcuni importanti progetti di basi dimostrative in Cina. A causa del ritardo nello sviluppo della soluzione di inverter distribuiti, l'esperienza del progetto non è sufficiente e non è stata ancora formata un'applicazione su larga scala; allo stesso tempo, a causa del metodo dell'inverter centralizzato, questa soluzione necessita di utilizzare una sala computer dedicata per dissipare il calore dall'inverter centralizzato, aumentando l'area utile occupata dal sistema.
Il micro-inverter può eseguire il controllo MPPT dei singoli componenti e l'efficienza di generazione di energia e il livello di generazione di energia sono elevati. Diversamente dagli altri inverter, il micro-inverter è integrato con ciascun modulo fotovoltaico e può eseguire il controllo MPPT (Maximum Power Peak Tracking) su un singolo modulo, migliorando così notevolmente l'efficienza complessiva della generazione di energia e la generazione di energia del sistema. Allo stesso tempo, il microinverter ha le caratteristiche di dimensioni ridotte e peso leggero e non richiede spazio di archiviazione aggiuntivo, il che migliora notevolmente la praticità dell'installazione. È adatto principalmente per progetti di centrali elettriche di piccole e medie dimensioni come le famiglie. Per una centrale elettrica della stessa taglia, l'uso di micro-inverter richiederà più apparecchiature e il costo complessivo del sistema è notevolmente superiore a quello dei sistemi che utilizzano soluzioni di inverter centralizzate o di stringa.
