Inversor solar - Solar inverter

Vista interna de um inversor solar. Observe os muitos capacitores grandes (cilindros azuis), usados ​​para armazenar energia brevemente e melhorar a forma de onda de saída.
Bobina de cobre para transformador de tensão analógica
Bobina do transformador de cobre do inversor fotovoltaico (solar)

Um inversor solar ou inversor fotovoltaico é um tipo de conversor elétrico que converte a saída de corrente contínua variável (DC) de um painel solar fotovoltaico (PV) em uma corrente alternada de frequência de utilidade (AC) que pode ser alimentada em uma rede elétrica comercial ou usado por uma rede elétrica local fora da rede. É um equilíbrio crítico do sistema (BOS) - componente de um sistema fotovoltaico , permitindo o uso de equipamentos comuns com alimentação CA. Os inversores de energia solar têm funções especiais adaptadas para uso com matrizes fotovoltaicas, incluindo rastreamento de ponto de potência máxima e proteção anti- ilhamento .

Classificação

Esquemas simplificados de um sistema de energia fotovoltaico residencial conectado à rede

Os inversores solares podem ser classificados em quatro grandes tipos:

  1. Inversores autônomos , usados ​​em sistemas isolados onde o inversor retira sua energia CC de baterias carregadas por matrizes fotovoltaicas. Muitos inversores independentes também incorporam carregadores de bateria integraispara reabastecer a bateria de umafonte CA , quando disponível. Normalmente, eles não fazem interface de forma alguma com a rede elétrica e, como tal, não precisam ter proteção anti-ilhamento .
  2. Inversores de rede , que combinam a fase com uma onda senoidal fornecida pela concessionária. Os inversores de rede são projetados para desligar automaticamente em caso de perda de energia elétrica, por razões de segurança. Eles não fornecem energia de reserva durante quedas de energia elétrica.
  3. Os inversores de backup de bateria são inversores especiais projetados para extrair energia de uma bateria, gerenciar a carga da bateria por meio de um carregador integrado e exportar o excesso de energia para a rede elétrica. Esses inversores são capazes de fornecer energia CA para cargas selecionadas durante uma interrupção da rede elétrica e devem ter proteção anti-ilhamento.
  4. Os inversores híbridos inteligentes gerenciam a matriz fotovoltaica, o armazenamento da bateria e a rede elétrica, todos acoplados diretamente à unidade. Esses modernos sistemas tudo-em-um são geralmente altamente versáteis e podem ser usados ​​para aplicativos de rede, autônomos ou de backup, mas sua função principal é o autoconsumo com o uso de armazenamento.

Rastreamento de ponto de potência máximo

Os inversores solares usam o rastreamento do ponto de potência máxima (MPPT) para obter a potência máxima possível do painel fotovoltaico. As células solares têm uma relação complexa entre a irradiação solar, temperatura e resistência total que produz uma eficiência de saída não linear conhecida como curva IV . É objetivo do sistema MPPT amostrar a saída das células e determinar uma resistência (carga) para obter a potência máxima para quaisquer condições ambientais.

O fator de preenchimento , mais comumente conhecido por sua abreviatura FF , é um parâmetro que, em conjunto com a tensão de circuito aberto (V oc ) e a corrente de curto-circuito (I sc ) do painel, determina a potência máxima de uma célula solar. O fator de preenchimento é definido como a razão entre a potência máxima da célula solar e o produto de V oc e I sc .

Existem três tipos principais de algoritmos MPPT : perturbar e observar, condutância incremental e tensão constante. Os primeiros dois métodos são freqüentemente chamados de métodos de escalada ; eles se baseiam na curva de potência traçada contra a tensão subindo à esquerda do ponto de potência máxima e caindo à direita.

Microinversores solares

Um microinversor solar em processo de instalação. O fio terra é preso ao terminal e as conexões CC do painel aos cabos na parte inferior direita. O cabo tronco paralelo CA passa pela parte superior (apenas visível).

Microinversor solar é um inversor projetado para operar com um único módulo fotovoltaico. O microinversor converte a saída de corrente contínua de cada painel em corrente alternada . Seu design permite a conexão paralela de várias unidades independentes de forma modular.

As vantagens do microinversor incluem otimização de energia de painel único, operação independente de cada painel, instalação plug-and-play, instalação aprimorada e segurança contra incêndio, custos minimizados com design de sistema e minimização de estoque.

Um estudo de 2011 na Appalachian State University relata que a configuração individual do inversor integrado rendeu cerca de 20% a mais de energia em condições não sombreadas e 27% a mais de energia em condições sombreadas em comparação com a configuração de string conectada usando um inversor. Ambas as configurações usaram painéis solares idênticos.

Inversores solares ligados à rede

O papel principal dos inversores interativos com a rede ou síncronos ou simplesmente do inversor de rede (GTI) é sincronizar a fase, a tensão e a frequência da linha de alimentação com a da rede. Os inversores ligados à rede solar são projetados para se desconectar rapidamente da rede se a rede elétrica cair. Este é um requisito da NEC que garante que, em caso de apagão, o inversor grid tie será desligado para evitar que a energia que ele produz prejudique os trabalhadores da linha enviados para consertar a rede elétrica .

Os inversores de rede que estão disponíveis no mercado hoje usam uma série de tecnologias diferentes. Os inversores podem utilizar os mais recentes de alta frequência, os transformadores de baixa frequência convencionais transformadores , ou sem transformador. Em vez de converter a corrente direta diretamente para 120 ou 240 volts CA, os transformadores de alta frequência empregam um processo computadorizado de várias etapas que envolve a conversão da energia para CA de alta frequência e depois de volta para CC e então para a tensão de saída CA final.

Historicamente, tem havido preocupações sobre a alimentação de sistemas elétricos sem transformador na rede de serviços públicos. As preocupações decorrem do fato de haver uma falta de isolamento galvânico entre os circuitos CC e CA, o que poderia permitir a passagem de falhas CC perigosas para o lado CA. Desde 2005, o NEC do NFPA permite inversores sem transformador (ou não galvânicos). O VDE 0126-1-1 e o IEC 6210 também foram alterados para permitir e definir os mecanismos de segurança necessários para tais sistemas. Primeiramente, a detecção de corrente residual ou terra é usada para detectar possíveis condições de falha. Também são realizados testes de isolamento para garantir a separação DC para AC.

Muitos inversores solares são projetados para serem conectados a uma rede elétrica e não funcionam quando não detectam a presença da rede. Eles contêm circuitos especiais para corresponder precisamente à tensão, frequência e fase da rede.

Inversores de bombeamento solar

Os avançados inversores de bombeamento solar convertem a tensão DC do painel solar em tensão AC para acionar bombas submersíveis diretamente, sem a necessidade de baterias ou outros dispositivos de armazenamento de energia. Ao utilizar MPPT (rastreamento do ponto de potência máxima), os inversores de bombeamento solar regulam a frequência de saída para controlar a velocidade das bombas, a fim de evitar danos ao motor da bomba.

Os inversores de bombeamento solar geralmente têm várias portas para permitir a entrada de corrente CC gerada por matrizes fotovoltaicas, uma porta para permitir a saída de tensão CA e outra porta para entrada de um sensor de nível de água.

Mercado

Em 2019, a eficiência de conversão para conversores solares de última geração atingiu mais de 98 por cento. Enquanto os inversores string são usados ​​em sistemas fotovoltaicos residenciais e comerciais de médio porte , os inversores centrais cobrem o grande mercado comercial e de utilidade pública. A participação no mercado de inversores centrais e string é de cerca de 36% e 61%, respectivamente, deixando menos de 2% para microinversores.

Mercado de inversores / conversores em 2019
Modelo Poder Eficiência (a)
Participação de mercado
(b)
Observações
 Inversor de string até 150 kW p (c) 98% 61,6% Custo (b) € 0,05-0,17 por pico watt. Fácil de substituir.
 Inversor central acima de 80 kW p 98,5% 36,7% € 0,04 por pico watt. Alta fiabilidade. Freqüentemente, vendido junto com um contrato de serviço.
 Microinversor faixa de potência do módulo 90% –97% 1,7% € 0,29 por pico watt. Preocupações com a facilidade de substituição.
 Conversor DC / DC
 ( otimizador de energia )
faixa de potência do módulo 99,5% 5,1% € 0,08 por pico watt. Preocupações com a facilidade de substituição. O inversor ainda é necessário.
Fonte: dados do IHS Markit 2020, comentários do Fraunhofer ISE 2020, de: Photovoltaics Report 2020, p. 39, PDF
Notas : (a) melhores eficiências exibidas, (b) participação de mercado e custo por watt são estimados, (c) kW p = quilo watt-pico , (d) Participação de mercado total é maior que 100% porque DC / Os conversores CC devem ser emparelhados com inversores de string

Veja também

Referências