I sistemi solari sono anche supportati da inverter per convertire la corrente continua generata dai pannelli solari in corrente alternata. I sistemi solari necessitano di un inverter solare per funzionare in modo efficiente in connessione con o senza la rete. Oggi impareremo a conoscere l'inverter di collegamento alla rete, il suo prezzo e i modi per collegarlo alla rete elettrica. Ma prima di ciò inizieremo con il principio di funzionamento dell'inverter di collegamento alla rete.
Cosa sono gli inverter Grid Tie e qual è la loro funzione?
Si tratta di un componente elettronico utilizzato per sfruttare l'energia solare tramite impianti a pannelli solari. Un inverter di rete (GTI, Grid-tied Inverter) è collegato ai pannelli solari per convertire la corrente continua (CC) generata dai pannelli in corrente alternata (CA). Un sistema di rete funziona senza batterie e gli inverter di rete possono essere utilizzati per pannelli solari, turbine eoliche e centrali idroelettriche.
Gli inverter collegati alla rete elettrica possono convertire opportunamente la corrente per la frequenza della rete elettrica da 60 Hz a 50 Hz, comunemente utilizzata per i generatori elettrici locali. Un GTI prende una tensione variabile non regolata da un array di pannelli solari per invertirla in CA sincronizzata con la rete elettrica. Ma quando la rete è inattiva, un GTI dovrebbe interrompere automaticamente l'alimentazione elettrica alle linee elettriche.
Qual è il principio di funzionamento dell'inverter Grid Tie?
Prima di approfondire il principio di funzionamento di un inverter di rete, è necessario comprenderne il circuito . I componenti del circuito sono condensatori (C), diodi (D), induttori (L), trasformatori (T) e MOSFET (Q). L'intero processo si articola in tre fasi di conversione. Un inverter di rete deve sincronizzare la propria frequenza, ampiezza e forma d'onda con la rete elettrica e immettere una corrente sinusoidale nel carico.
Nota: l'inverter connesso alla rete andrà in sovraccarico se la tensione di uscita (Volt) è superiore alla tensione di rete. Se invece è inferiore, l'inverter connesso alla rete potrebbe assorbire energia anziché erogarla.
1st stage
A questo punto, la corrente continua (CC) in ingresso viene convertita in corrente alternata (CA) a 60 Hz . La tensione di ingresso viene inizialmente aumentata da un convertitore boost formato da C2 (condensatore), Q1 (MOSFET), L1 (induttore) e D1 (diodo). Uno dei bus di corrente continua in ingresso deve essere collegato a terra per un impianto fotovoltaico con tensione superiore a 50 V. Teoricamente, uno dei due bus può essere collegato a terra, solitamente quello negativo.
Nei circuiti di interazione con la rete elettrica, i conduttori di uscita in corrente alternata devono essere isolati dalla corrente continua nel caso in cui l'ingresso di corrente continua presenti un passaggio di conduzione verso terra.
2nd fase
La corrente alternata ottenuta viene quindi convertita al livello richiesto da un trasformatore elevatore a bassa frequenza. Si tratta di uno stadio convertitore CC-CC a modulazione di larghezza di impulso (PWM), essenzialmente un ponte H, con convertitore di isolamento. Questo stadio comprende C3 (condensatore), Q2-Q5 (MOSFET), T1 (trasformatore), L2 (induttore) e D2-D5 (diodo). Per livelli di potenza inferiori a 1000 watt è possibile utilizzare anche un convertitore a semiponte o forward.
È previsto un collegamento CC all'inverter CA di uscita, il cui valore deve essere superiore al picco della tensione CA di rete . Ad esempio, per 120 V CA la tensione CC dovrebbe essere >120° −2 = 168 V, tipicamente tra 180 V e 200 V, mentre per 240 V CA sarebbero necessari 350-400 V CC. Un altro passaggio importante nel principio di funzionamento dell'inverter connesso alla rete.
I trasformatori a bassa frequenza (LF) sono utilizzati anche in alcuni modelli di inverter commerciali nello stadio di uscita anziché ad alta frequenza nella sezione DC-DC. In questo metodo, l'ingresso viene convertito in CA a 60 Hz e un trasformatore lo modifica ai livelli richiesti, fornendo simultaneamente isolamento.
Nota: i conduttori degli impianti fotovoltaici non isolati non possono essere collegati a terra.
Tuttavia, con un trasformatore di elevazione T1, lo stadio di conversione (primo stadio) può essere omesso . Questo però può portare a un'elevata induttanza di dispersione, con conseguenti picchi di tensione sui raddrizzatori e sui FET e altri effetti indesiderati. Questo è il caso soprattutto nei sistemi senza trasformatore.
3rd fase
Include un'ulteriore conversione per la parte rimanente di corrente alternata nell'uscita del secondo stadio. In questo stadio, viene utilizzato un altro ponte completo per convertire la corrente continua in corrente alternata. I componenti sono IGBT Q6-Q9 (MOSFET), C4 (condensatore) e L3 (induttore). Il MOSFET in questo stadio funziona come un interruttore elettronico operante in modalità PWM (modulazione di larghezza di impulso). Per questa topologia sono necessari diodi di ricircolo antiparalleli che forniscono un percorso alternativo per la corrente quando gli interruttori sono spenti. Un potenziale positivo, negativo o nullo può essere applicato a L3 (induttore) utilizzando diversi interruttori nel ponte H. Infine, il filtro LC di uscita riduce le armoniche ad alta frequenza per produrre un'onda sinusoidale.
- Induttore aggiuntivo: I circuiti dovrebbero consentire un flusso di corrente limitato nei carichi e di nuovo nella linea. Un GTE funziona come una sorgente a corrente controllata anziché come una sorgente di tensione poiché la griglia agisce come una sorgente a impedenza molto elevata. Una griglia L (induttore di accoppiamento aggiuntivo) viene utilizzata tra un GTE e le linee principali per assorbire la tensione CA extra, riducendo ulteriormente le armoniche di corrente generate dalla modulazione di larghezza di impulso (PWM).
Nota : con l'introduzione di poli aggiuntivi nel circuito di corrente, sussiste la possibilità di instabilità del sistema.
Leggi anche: Comprendere il principio di funzionamento di un sistema solare off-grid
Quali componenti sono necessari per installare un inverter collegato alla rete?
Dopo aver appreso il principio di funzionamento dell'inverter grid-tied, impara a conoscerne i componenti. Essendo facili da installare e manutenere, gli inverter grid-tied richiedono un'attrezzatura minima e una manutenzione media. Di seguito sono riportati alcuni componenti e cablaggi in loco necessari durante l'installazione di GTI.
1. Isolatori
Sono componenti elettronici chiave utilizzati negli inverter solari poiché consentono la comunicazione tra circuiti di controllo sensibili alla bassa tensione (microcontrollori) e componenti ad alta tensione (transistor di potenza).
Vedi anche : Gli 8 migliori inverter da 3000 Watt
2. Misuratore netto
È come un sistema di tracciamento che monitora lo scambio di energia tra la casa e la rete elettrica principale. Calcola e accredita ai proprietari di sistemi di pannelli solari l'elettricità fornita alla rete dal loro sistema di energia solare.
3. Unità di protezione
Gli inverter connessi alla rete dispongono di protezione anti-islanding, oltre ad altre funzioni di protezione integrate. Tuttavia, l'aggiunta di dispositivi di protezione come regolatori di carica, interruttori di sicurezza e cablaggi aggiunge un ulteriore livello di sicurezza all'intero sistema.
4. Pannelli solari
Si tratta dei componenti più essenziali perché gli inverter funzionano convertendo la corrente continua generata dai pannelli solari in corrente alternata adatta al funzionamento degli elettrodomestici.
5. Cablaggio
È richiesto un cablaggio appropriato con collegamento ai pannelli solari, al quadro elettrico principale e al contatore di rete. La lunghezza, la larghezza e la qualità del filo devono essere ottimali per lo scopo per cui sono utilizzati. Dopo questo, vediamo come collegare l'inverter grid tie alla rete elettrica.
Vedi anche: Come collegare un inverter da 5000 Watt?
Come collegare l'inverter Grid Connect alla rete elettrica?
Prima di collegare l'inverter alla rete elettrica, ci sono alcune cose da sapere.
1. Frequenza
La frequenza di rete è mantenuta a 50 Hz, ma può variare leggermente, ma solitamente è compresa tra 49.9 e 50.1 Hz.
2. Valore quadratico medio
Si tratta del valore RMS della tensione del segnale a 50 Hz , mentre il segnale effettivo arriva fino a 325 V. È fondamentale saperlo perché durante il collegamento di un inverter si generano temperature così elevate per far fluire la corrente nelle prese. Non solo il principio di funzionamento dell'inverter di rete, ma anche il suo collegamento alla rete elettrica richiede una conoscenza approfondita di questi fattori.
3. Cadute di tensione
Le prese elettriche domestiche ricevono tensioni variabili. Ciò accade a causa della caduta di tensione dovuta alla resistenza di connettori, fusibili, trasformatori e cavi, nonché di altri componenti del circuito. Quando si accendono o si spengono apparecchi ad alto consumo energetico nelle vicinanze, si noteranno improvvise fluttuazioni e variazioni. La tensione di rete è molto più variabile; ad esempio, in alcune zone dovrebbe essere di 230 V con una tolleranza del +10%/-6%.
Leggi anche: Ho bisogno di un fusibile tra batteria e inverter?
4. Sinusoidale
Il segnale fornito dovrebbe essere una sinusoidale chiara e regolare, ma in determinati punti del ciclo sinusoidale, alcuni apparecchi non lineari assorbono energia da specifici punti. Questo introduce una distorsione, motivo per cui il segnale non è una sinusoidale perfetta. Computer, lampade fluorescenti, aspirapolvere e altri apparecchi sono carichi non lineari. Per collegare un inverter alla rete elettrica, è necessario mantenere un'onda sinusoidale.
La risposta alla domanda su come collegare un inverter di rete alla rete elettrica è che è necessario che la frequenza, l'ampiezza e la fase della fonte di alimentazione o dell'inverter siano sincronizzate. Inoltre, l'inverter deve fornire una corrente sinusoidale al carico. In caso contrario, potrebbe non rilevare se la tensione in uscita è alta o bassa, il che può causare problemi. Tra il sistema e la rete elettrica dovrebbe essere presente un induttore di accoppiamento a L per assorbire l'eventuale tensione alternata in eccesso. È necessario mantenere una distanza di circa 500 millimetri tra l'inverter e la parete superiore, inferiore e laterale, e anche tra due inverter.
Qui di seguito ho descritto i passaggi per il collegamento. L'inverter di rete a cui si fa riferimento in questi passaggi è il Luminous Grid Tie Inverter, ma la maggior parte degli inverter ha procedure simili.
Passaggio 1: Iniziate spegnendo l'alimentazione principale. Spegnete l' interruttore automatico miniaturizzato (MCB) della corrente alternata nel quadro di distribuzione CA.
Passaggio 2 : Collegare quindi il filo di uscita della rete dall'inverter al quadro di distribuzione CA. Ricordarsi il principio di funzionamento dell'inverter di rete durante il collegamento.
Passaggio 3 : Collegare il filo di uscita dalla scatola di distribuzione CA alla scatola dell'interruttore automatico CA.
Passaggio 4 : Ora si stabilirà automaticamente la connessione tra la scatola di derivazione AC MCB e il contatore bidirezionale, nonché con i diversi elettrodomestici della casa.
Nota: per questo tipo di lavoro si consiglia di rivolgersi a tecnici ed elettricisti qualificati.
Vedi anche: Come funziona un inverter ibrido?
Qual è il prezzo dell'inverter Grid Tie?
Il prezzo di un inverter grid tie dipende dal wattaggio e dalle fasi, insieme al tipo di inverter grid tie che scegli. In genere, potresti dover spendere circa $ 911 o più per un inverter grid-tie. Ma per lo più gli inverter sono forniti come parte di sistemi di energia solare e possono rappresentare circa il 20% del costo dell'intero sistema. Tuttavia, conoscere il prezzo dopo aver appreso il principio di funzionamento dell'inverter grid-tie è utile.
Leggi anche: È possibile collegare gli inverter in serie?
Quali sono i tipi di inverter collegati alla rete?
Dopo aver compreso gli inverter di rete, diamo un'occhiata alle tipologie tra cui scegliere.
1. Inverter centralizzati: Simili agli inverter di stringa nel funzionamento, ma con una gamma di capacità più ampia. Sono resistenti ai danni ambientali e adatti a grandi impianti solari.
2. Micrometro : Si tratta di dispositivi tecnologicamente avanzati di ultima generazione che convertono la corrente continua (CC) in corrente alternata (CA) direttamente dal retro dei pannelli solari. Non essendoci cavi di collegamento, i pannelli non vengono ombreggiati. I micrometri offrono sistemi di monitoraggio individuali e possono essere ampliati in base alle esigenze. Sono ideali per soluzioni con spazio limitato, ma risultano costosi.
3. Ottimizzatori di potenza : Anche questi si fissano sul retro dei pannelli solari e funzionano come i micrometri. Offrono una valutazione delle prestazioni a livello di sistema, oltre al monitoraggio dei singoli pannelli. Gli ottimizzatori di potenza sono meno costosi dei micrometri.
4. Inverter di stringa : sono i tipi più comuni di inverter connessi alla rete. Gli inverter di stringa sono collegati in serie e la funzione di ciascuna stringa è quella di convertire la corrente continua (CC) in corrente alternata (CA). Questi inverter sono affidabili ed economici, adatti principalmente per uso commerciale e per le piccole abitazioni.
Quindi, oggi hai imparato il principio di funzionamento dell'inverter grid-tied, che immagino sia stato piuttosto interessante. Considerando i componenti utilizzati per gli inverter grid-tied, il loro prezzo può essere determinato, ma può variare a seconda del luogo, del produttore e della marca, insieme ad altri fattori. Come collegare l'inverter grid-tied alla rete elettrica? La risposta a questa domanda è semplice, basta seguire i passaggi sopra menzionati, ma comunque non consigliamo l'autoinstallazione.
Consigliato: Un inverter ibrido può funzionare senza batteria?
