Com funciona un inversor solar?

Com funciona realment un inversor solar en un sistema fotovoltaic (PV)? Quin paper hi juga? I per què l'electricitat generada per plaques solars no es pot utilitzar directament a les llars o alimentar-se a la xarxa sense ella? Aquest article explica el principi de funcionament dels inversors solars, el procés d'operació complet, l'estructura interna, els tipus de sistemes i les tendències del sector-a la vegada que cobreix els punts de coneixement d'alta-freqüència del sector fotovoltaic.

 

Principi de generació d'energia fotovoltaica

1. Què és l'efecte fotovoltaic?

Per entendre com funciona un inversor, primer hem de mirar el principi fonamental de la generació d'energia solar-l'efecte fotovoltaic.

 

Els panells solars estan fets principalment de materials semiconductors basats en silici-, formats per dues capes: silici de tipus P- i silici de tipus N-. Quan la llum solar incideix sobre la capa d'unió, els fotons d'alta-energia exciten electrons dins del semiconductor, generant parells electró-forat. Sota la influència d'un camp elèctric intern, aquests electrons i forats es mouen en direccions oposades, creant una força electromotriu estable a través del panell. Això es tradueix en la generació de corrent elèctric. Aquesta conversió directa d'energia lluminosa en energia elèctrica es coneix com a efecte fotovoltaic i constitueix la base de tots els sistemes d'energia solar.

 

 

2. Per què l'energia solar ha de ser processada per un inversor?

L'electricitat generada per plaques solars mitjançant l'efecte fotovoltaic té dues característiques clau:

Tipus d'electricitat: corrent continu (DC), amb una direcció de corrent fixa i tensió que oscil·la amb la intensitat de la llum solar

Limitació d'ús: els electrodomèstics, els equips industrials i les xarxes elèctriques nacionals funcionen amb corrent altern (CA)

 

L'alimentació de CC té limitacions inherents, com ara la dificultat en la regulació de la tensió, les pèrdues de transmissió més elevades i la mala compatibilitat amb la majoria de càrregues elèctriques. Com a resultat, no pot ser utilitzat directament per dispositius domèstics ni alimentat a la xarxa. Un inversor solar està dissenyat específicament per resoldre aquest problema convertint DC en AC, el que el converteix en un component essencial de qualsevol sistema d'energia fotovoltaica.

 

3. Components d'un sistema fotovoltaic complet

Un sistema de generació d'energia fotovoltaica estàndard consta principalment de tres components bàsics: panells solars (mòduls) / controlador / inversor. Segons si s'inclou l'emmagatzematge d'energia, els sistemes fotovoltaics es poden dividir en dos tipus principals:Sistema fotovoltaic-lligat a la xarxa: sense emmagatzematge de la bateria. L'electricitat és convertida per l'inversor i directament alimentada a la xarxa pública. Aquesta és la solució principal per a centrals elèctriques comercials, industrials i a gran-escala.Sistema fotovoltaic-fora de xarxa: equipat amb bateries per emmagatzemar l'excés d'energia per utilitzar-lo posteriorment. Aquest tipus s'utilitza principalment en zones remotes sense accés a la xarxa.

 

 

Què és un inversor solar?

Un inversor solar, també conegut com a inversor fotovoltaic (PV), és un dispositiu electrònic de potència que converteix el corrent continu variable (CC) generat per una matriu de panells solars en corrent altern (CA) de freqüència de xarxa-. Sovint es coneix com "el cor i el cervell" d'un sistema fotovoltaic.

 

1. Tres funcions bàsiques

Conversió d'energia (funció bàsica): converteix l'electricitat DC inestable dels panells solars en AC sinusoïdal estàndard de 220 V/380 V, la qual cosa la fa compatible amb els electrodomèstics i els requisits de la xarxa.

• Optimització d'energia (funció d'eficiència): equipat amb la tecnologia MPPT (seguiment del punt de potència màxima), fa un seguiment contínu dels canvis de llum solar i temperatura, assegurant que els panells solars funcionin amb la seva potència òptima per maximitzar la generació d'energia.
• Protecció del sistema (funció de seguretat): integra diversos mecanismes de protecció, com ara la protecció de polaritat inversa, la protecció contra curtcircuits de CA, la protecció contra sobrecàrregues, la protecció contra sobre-temperatura i la protecció anti-il·la, evitant danys a l'equip i riscos de seguretat de la xarxa.

 

2. Funcions intel·ligents ampliades

Els inversors intel·ligents moderns també admeten el control de dades, l'operació i el manteniment remots, l'enviament a la xarxa i la integració amb sistemes d'emmagatzematge d'energia. Poden fer un seguiment de la generació d'energia, controlar l'estat del sistema en temps real i donar suport a aplicacions d'emmagatzematge fotovoltaic i solar-a més-.

 

 

Com funciona un inversor solar?

En el seu nucli, l'inversor funciona mitjançant el següent procés: entrada de CC → regulació de tensió → commutació d'inversió → filtrat → sortida de CA. Tot aquest procés es completa mitjançant un control coordinat dels components electrònics de potència interns i dels circuits de control, sense dependre d'estructures mecàniques complexes.

 

1. Primer pas: recollida i entrada de CC

Els panells solars es connecten en sèrie per formar cadenes fotovoltaiques. Es combinen diverses cadenes a través d'una caixa combinadora de CC i el corrent agregat s'introdueix al terminal d'entrada de CC de l'inversor. En aquesta fase, la potència d'entrada és de baixa-tensió, CC molt variable, amb nivells de tensió que fluctuen significativament a causa de les condicions meteorològiques, els cicles dia-nit i l'ombra.

 

2. Segon pas: MPPT (seguiment del punt de potència màxima)

Aquesta és l'etapa clau per maximitzar la producció d'energia. El sistema de control de l'inversor controla contínuament la tensió i el corrent des del costat fotovoltaic i ajusta dinàmicament els paràmetres de funcionament mitjançant algorismes avançats. En fer-ho, es bloqueja en el punt de màxima potència en les condicions actuals, minimitzant les pèrdues d'energia causades per l'ombra, els canvis de temperatura i la intensitat variable de la llum solar.

 

3. Tercer pas: inversió del nucli (conversió de CC a CA)

El nucli del procés d'inversió es troba en el circuit inversor, normalment una topologia-pont complet. Els components clau inclouen interruptors de semiconductors de potència com ara IGBT i MOSFET. El circuit de control impulsa amb precisió aquests interruptors per encendre i apagar a gran velocitat en una seqüència coordinada, canviant eficaçment la direcció del flux de corrent. Com a resultat, el corrent continu-originalment unidireccional es canvia ràpidament a un corrent altern periòdicament, formant una "forma d'ona de CA bruta".

 

4. Quatre pas: filtratge, augment de voltatge i conformació de la forma d'ona

La forma d'ona de CA inicial generada per inversió conté harmònics significatius i no és adequada per a l'ús directe. Dins de l'inversor, components com ara filtres, inductors (reactors) i transformadors perfeccionen la forma d'ona eliminant el soroll, estabilitzant el senyal i augmentant la tensió als nivells estàndard de la xarxa. El resultat és una sortida sinusoïdal de CA suau i estable.

 

5. Cinque pas: sortida d'energia o connexió a la xarxa

L'alimentació de CA condicionada es distribueix a través d'un armari de distribució de CA. Part de l'electricitat s'utilitza per subministrar-càrregues del lloc (com ara fàbriques o electrodomèstics), mentre que l'excés d'energia s'introdueix a la xarxa pública. En els sistemes fora de la xarxa-, l'energia excedentària s'emmagatzema a les bateries i després es descarrega per subministrar electricitat quan no hi ha llum solar.

 

 

Com triar un inversor solar per a diferents aplicacions?

Segons el rang de potència, els escenaris d'aplicació i els modes de funcionament, els inversors solars es classifiquen generalment en quatre tipus principals. La selecció segueix principis clars de la indústria:

 

1. Microinversors (200W–1500W)

Cada panell solar s'associa amb el seu propi inversor, que realitza una conversió de CC-a-CA a nivell de mòdul. S'utilitzen principalment en terrats residencials i petits sistemes fotovoltaics distribuïts. Els microinversors funcionen bé en condicions d'ombra, però tenen un cost per unitat més elevat.

 

2. Inversors de corda (1,5 kW–250 kW, corrent principal 60–175 kW)

Actualment el tipus més utilitzat, amb la quota de mercat més alta. Un únic inversor es connecta a múltiples cadenes fotovoltaiques, oferint una alta precisió MPPT i una forta tolerància a fallades. Adequat per a teulades residencials, comercials i industrials petites--mitjanes, i s'utilitza cada cop més en centrals elèctriques de-terra-a gran escala. La quota de mercat global ha superat el 58%.

 

3. Inversors de cadena centralitzada (distribuïts) (1MW-10MW)

Situats entre els inversors de corda i centrals, són ideals per a plantes grans-muntades a terra amb terreny complex o ombrejat parcial. Equilibrin l'eficiència de generació d'energia amb un funcionament i un manteniment més fàcils.

 

4. Inversors centrals (250 kW–10 MW)

Dissenyat per a una conversió centralitzada d'alta-potència, amb nivells d'alt voltatge, baix cost per watt i manteniment simplificat. S'utilitza habitualment en granges solars-a gran escala, projectes agrovoltaics i sistemes fotovoltaics flotants. Els models més recents poden assolir capacitats ultra-altes de fins a 3,125 MW i admeten solucions integrades d'inversor-transformador.

 

Directrius de selecció: centrals elèctriques grans-a terra: inversors de cadena centralitzats o centralitzats. FV distribuïda comercial i industrial / residencial: inversors de cadena. Escenaris residencials d'alta-precisió: microinversors

 

Conclusió

En termes simples, el principi de funcionament de l'inversor solar es pot resumir de la següent manera:

Els panells solars converteixen la llum solar en potència de CC fluctuant mitjançant l'efecte fotovoltaic. Aleshores, l'inversor optimitza la sortida mitjançant MPPT, realitza una conversió DC-AC mitjançant la commutació electrònica de potència i perfecciona la forma d'ona mitjançant el filtratge i la regulació de la tensió-per a que, finalment, ofereix una potència de CA estable per a les càrregues o la integració de la xarxa.

 

Yahua Lighting ofereix solucions integrals de sistemes d'energia solar, com ara mòduls fotovoltaics, inversors centrals i de cadena d'alta-eficiència, sistemes d'emmagatzematge d'energia, enllumenat públic solar integrat i equips de distribució complets en-grid/off-. Amb una tecnologia d'electrònica de potència madura i una àmplia experiència en projectes a l'aire lliure, oferim solucions a mida per a teulades residencials, instal·lacions comercials i industrials, granges solars a gran-escala i entorns durs com ara zones costaneres o d'alta-corrosió. Per a més detalls, contacteu amb: sales@sxyhzm.com

 

Preguntes freqüents

P1: Es pot utilitzar l'energia solar directament sense inversor?

R: No. Els panells solars generen electricitat de corrent continu, mentre que la majoria d'electrodomèstics i xarxes elèctriques utilitzen AC. L'alimentació de CC és difícil de regular i comporta riscos de seguretat, per la qual cosa s'ha de convertir amb un inversor abans d'utilitzar-la.

 

P2: Quina diferència hi ha entre els inversors-lligats a la xarxa-de xarxa?

R: Els inversors connectats a la xarxa-no necessiten bateries i alimenten directament l'energia a la xarxa, el que els fa adequats per a la majoria d'aplicacions residencials i comercials. Els inversors fora de xarxa-funcionen amb bateries per emmagatzemar energia i s'utilitzen en zones sense accés a la xarxa.

 

P3: Com triar entre els inversors d'ona quadrada i d'ona sinusoïdal pura?

R: Els inversors d'ona quadrada tenen un cost-baix, però produeixen una gran distorsió harmònica i només són adequats per a càrregues petites i senzilles. Els inversors d'ona sinusoïdal pura proporcionen una sortida neta compatible amb tots els aparells i són essencials per als sistemes fotovoltaics residencials i comercials.

 

P4: Quant de temps dura un inversor solar?

R: Els components bàsics com els IGBT solen estar dissenyats durant 10-15 anys. Amb un manteniment adequat, els inversors d'alta-qualitat poden durar 15+ anys, tot i que sovint són el primer component important que es substitueix en un sistema fotovoltaic.

 

P5: Per què els inversors de cadena són cada cop més populars?

R: Ofereixen un seguiment MPPT més precís, pèrdues reduïdes en condicions d'ombra i costos en contínua disminució. Combinat amb el ràpid creixement de la fotovoltaica distribuïda, la seva quota de mercat continua augmentant.