Invertorul - un ghid util care te va ajuta să înţelegi cum funcționează invertorul fotovoltaic

În domeniul energiei regenerabile, sistemele fotovoltaice joacă un rol important în valorificarea energiei solare. Componentul principal pentru funcționalitatea sistemelor fotovoltaice este invertorul. În acest articol îți vom prezenta elementele fundamentale ale invertoarelor, rolul lor în sistemele fotovoltaice, diferitele tipuri de invertoare fotovoltaice disponibile, cum funcționează un invertor, rolul lor în sistemele fotovoltaice, materialele utilizate în fabricarea acestora și opțiunile de conectare pe care le oferă. 

Cuprins:

• Invertorul - funcționalitatea, rolul și tipurile de invertoare
• Ce este un invertor solar - cum funcționează un invertor fotovoltaic și care sunt tipurile de invertoare solare?
• Funcționarea şi rolul invertorului - componentele unui invertor, tipuri de conexiuni și aplicabilitate

1. Invertorul - funcționalitatea, rolul și tipurile de invertoare

În era tehnologică din zilele noastre, invertoarele au devenit componente indispensabile în diverse industrii și aplicații. Fie că este vorba despre sisteme de energie solară, surse de alimentare neîntreruptibilă (UPS), vehicule electrice sau aparate electrocasnice, invertoarele joacă un rol esențial în transformarea energiei dintr-o formă în alta. 

• Dacă te întrebi ce înseamnă un invertor solar, este esenţial să ştii că, în esență, un invertor este un dispozitiv electronic care transformă electricitatea de curent continuu (DC) în electricitate de curent alternativ (AC). Astfel, invertorul permite utilizarea eficientă a energiei electrice în locurile în care este necesară alimentarea diverselor dispozitive cu curent alternativ. Practic, invertoarele acționează drept convertoare de putere, facilitând transferul fără probleme și adaptarea energiei electrice pentru a se potrivi cu diverse nevoi de utilizare.

Invertoarele îndeplinesc funcții extrem de importante în diverse industrii și zone de aplicare, cum ar fi următoarele   

• Sistemele de energie solară unde invertoarele sunt necesare pentru transformarea energiei electrice de curent continuu (DC) așa cum este generat de către panourile fotovoltaice în energie electrică de curent alternativ (AC), potrivită pentru alimentarea caselor sau întreprinderilor, dar și pentru a direcționa excesul de energie electrică înapoi în rețea.

• Surse de alimentare neîntreruptibilă (UPS): invertoarele oferă energie de rezervă în timpul întreruperii rețelei de distribuție, asigurând funcționarea neîntreruptă a echipamentelor și sistemelor critice.

• Vehicule electrice (EV): în cazul vehiculelor cu autonomie electrică, invertoarele convertesc energia curentului continuu (DC) de la bateria electrică în curent alternativ (AC), pentru a permite funcționarea motorului electric, a controla viteza motorului și pentru a facilita frânarea regenerativă.

În funcție de domeniul de activitate, invertoarele sunt de patru tipuri:

• Invertoare legate la rețea: aceste invertoare sunt utilizate în principal în sistemele de energie solară pentru a converti DC în AC.

• Invertoare autonome: acest tip de invertoare sunt utilizate în sistemele din afara rețelei în care nu este disponibilă nicio conexiune la rețea, cum ar fi locațiile îndepărtate sau utilizări mobile.

• Invertoare cu undă sinusoidală modificată: potrivite pentru alimentarea aparatelor de bază, aceste invertoare produc o aproximare în trepte a unei unde sinusoidale.

• Invertoarele cu undă sinusoidală pură: aceste invertoare oferă o formă de undă AC de înaltă calitate, compatibilă cu toate tipurile dispozitive și aparate electrocasnice, asigurând performanțe optime.

Prin urmare, invertoarele sunt dispozitive electrice indispensabile în multe domenii care permit conversia curentului continuu (DC) în curent alternativ (AC), servind unei game de aplicații în diversele aplicații casnice sau industriale. Înțelegerea funcțiilor, tipurilor și semnificației invertoarelor este esențială dacă dorești să utilizezi sisteme de energie solară, sisteme de alimentare neîntreruptibilă sau vehicule electrice.

2. Ce este un invertor solar - cum funcționează un invertor fotovoltaic și care sunt tipurile de invertoare solare?

fInvertoarele fotovoltaice sau solare sunt componente integrante în multe aspecte ale vieții noastre moderne, de la alimentarea cu energie regenerabilă a caselor și afacerilor noastre, până la promovarea progreselor tehnologice. Cu toate acestea, conceptul de invertor rămâne un mister pentru mulți dintre noi. În continuare îți vom prezenta elementele de bază ale invertoarelor fotovoltaice, acordând importanţă asupra definirii invertoarelor fotovoltaice, funcțiilor și tipurilor acestora. În acest fel, vei putea înţelege mai bine ce înseamnă acest dispozitiv esențial, cum funcţionează şi care este rolul său.

Ce este invertorul solar?

• Invertorul solar este un dispozitiv electronic care convertește electricitatea curentului continuu (DC) produs de către sistemul de energie solară prin intermediul panourilor fotovoltaice, în curent alternativ (AC). Deci invertorul solar permite transformarea energiei de la o formă la alta, făcându-l potrivit pentru diversele dispozitive care au nevoie de alimentare cu AC. În mod practic, invertoarele solare, așa cum sunt cele pe care le poţi găsi în catalogul magazinului nostru online, tik.ro, servesc drept punte între panourile, bateriile solare și dispozitivele alimentate pe bază de curent alternativ.

Invertoarele fotovoltaice îndeplinesc următoarele funcţii, din punct de vedere al aplicabilităţii:

• Conversie: după cum menționam și anterior, funcția principală a unui invertor este de conversie a energiei electrice.

• Reglarea puterii: invertoarele ajută la reglarea corespunzătoare a tensiunii, frecvenței și formei de undă a ieșirii curentului alternativ (AC), asigurând o sursă de alimentare stabilă și fiabilă.

• Sincronizare: în unele cazuri, invertoarele solare sincronizează ieșirea AC cu o sursă de alimentare electrică externă, cum ar fi rețeaua de distribuție electrică, pentru o integrare perfectă și o partajare optimă a energiei electrice.

• Eficiență energetică: dacă te gândești la maximizarea eficienței energetice, atunci trebuie să ştii că invertoarele solare joacă un rol vital în acest sens. Invertoarele produc eficiență energetică prin modulația lățimii impulsului (PWM) sau prin urmărirea punctului de putere maximă (MPPT), pentru o conversie optimă a puterii electrice.

Dacă te întrebi de câte tipuri sunt invertoarele solare, este recomandat să descoperi că invertoarele fotovoltaice sunt de patru feluri:

• Invertoare centrale sau șir: aceste tipuri de invertoare solare sunt cel mai frecvent utilizate. Acestea sunt instalate într-o locație centralizată și conectate la mai multe panouri fotovoltaice dispuse în serie, formând un șir. De asemenea, sunt relativ accesibile şi în privinţa costurilor, oferind o soluție eficientă din punct de vedere financiar pentru sistemele solare de dimensiuni mici și medii. Invertoarele în șir sunt ușor de instalat, deoarece necesită un singur punct de conectare pentru întregul șir de panouri solare. Din punct de vedere al monitorizării și întreținerii, aceste tipuri de invertoare îți oferă posibilitatea de a urmări performanța întregului șir, facilitând în acest fel identificarea oricăror probleme sau defecțiuni.

• Microinvertoarele: sunt o alternativă la invertoarele în șir, oferind o soluție unică pentru sistemele de panouri solare. Spre deosebire de invertoarele centrale, microinvertoarele trebuie instalate pe fiecare panou solar în parte. Acestea optimizează performanța fiecărui panou solar în mod individual, permițând o captare mai bună a energiei solare, chiar și în condiții de cer înnorat, atunci când soarele este mai puțin puternic. Eventualele defecțiuni sau probleme ale microinvertoarelor pot fi ușor de identificat, fiind în legătură doar cu un anumit panou solar pentru a putea fi rezolvate cu ușurință, fără a afecta performanța întregului sistem. Microinvertoarele oferă funcții avansate de monitorizare care îţi permit să urmăreşti performanța fiecărui panou solar în timp real.

• Optimizatoare de putere: sunt dispozitive care funcționează împreună cu invertoarele în șir. Acestea sunt conectate la panourile solare în mod individual, efectuând urmărirea punctului de putere maximă (MPPT), la nivelul modulului. Optimizatoarele de putere maximizează în acest fel captarea de energie solară a fiecărui panou solar, prin atenuarea umbririi parțiale sau nepotrivirii panourilor. Acestea oferă caracteristici de siguranță, care garantează că sistemul poate fi oprit rapid în timpul situațiilor de urgență sau a lucrărilor de mentenanță.

• Invertoare hibride: sunt proiectate pentru aplicații care necesită atât conectare la rețea, cât și în afara rețelei. Acestea integrează panourile fotovoltaice, stocarea bateriei și un invertor într-o singură unitate. Invertoarele hibride asigură o independență energetică ridicată prin stocarea excesului de energie solară în baterii, permițându-ți, astfel, să folosești electricitatea în afara orelor cu lumină solară sau a penelor de curent. Aceste tipuri de invertoare îți pot oferi și avantaje economice, permițând oferirea excesului de energie către rețeaua de distribuție.

Alegerea corectă a tipului de invertor solar potrivit pentru sistemul tău cu panouri fotovoltaice este esențială pentru menţinerea nivelului optim de performanță al sistemului. Înțelegând caracteristicile și aplicațiile diferitelor tipuri de invertoare solare vei putea lua deciziile corecte pentru sistemul tău solar.

3. Funcționarea şi rolul invertorului - componentele unui invertor, tipuri de conexiuni și aplicabilitate

Invertoarele solare au la bază mai multe elemente cheie care lucrează împreună pentru a asigura o conversie eficientă a energiei electrice. Află în continuare care sunt componentele cheie ale unui invertor solar și funcțiile acestora în operabilitatea generală a sistemului solar.

• Intrarea curentului continuu (DC): aceasta servește ca sursă de alimentare primară pentru invertorul solar. Intrarea DC este făcută de obicei prin conexiunile cablajului de la nivelul sistemului fotovoltaic.

• Urmărirea punctului de putere maximă (MPPT): algoritmul MPPT al invertorului urmărește și ajustează continuu tensiunea și puterea de intrare a curentului electric pentru a opera panourile solare la punctul lor maxim de putere.

• Circuitul invertorului: este inima sau punctul central al invertorului solar. Acesta include tranzistori de putere, condensatori și alte elemente electrice care facilitează conversia DC în AC.

• Sistemul de răcire: invertoarele solare generează căldură în timpul funcționării datorită pierderilor de putere și comutării de înaltă frecvență. Pentru a evita supraîncălzirea sunt încorporate sisteme de răcire la nivelul fiecărui invertor.

• Transformator: se utilizează pentru a crește sau a reduce nivelurile de tensiune electrică. Acesta facilitează conversia și izolarea tensiunii, asigurând compatibilitatea între ieșirea invertorului solar şi sistemul solar de energie sau rețeaua de distribuție.

• Circuitul de control: este responsabil pentru monitorizarea și gestionarea funcționării invertorului solar. Circuitul de control oferă siguranţa că invertorul funcționează în limitele de funcționare corespunzătoare și are diferite caracteristici de protecție, cum ar fi supratensiunea sau supracurentul.

• Interfețe de ieșire: permit conectarea dispozitivelor la curent alternativ (AC) sau la rețeaua electrică. Asigură un transfer sigur și fiabil al AC pentru a alimenta diferite aparate sau pentru a distribui excesul de energie electrică în rețea.

În cazul în care încă nu știai, invertoarele solare oferă diferite tipuri de conexiuni pentru a se adapta la diversele dimensiuni de instalare și cerințe de putere. Înțelegerea diferențelor și modurilor de aplicabilitate ale acestor tipuri de conexiuni este esențială pentru proiectarea și implementarea sistemelor de energie solară.

• Conexiune monofazată: este un tip de conexiune utilizat în mod obișnuit în cadrul instalațiilor şi sistemelor solare mici. În această configurație, invertorul solar este proiectat să gestioneze distribuția energiei printr-o singură fază a energiei electrice. Invertoarele cu conexiune monofazată sunt folosite de obicei în case sau întreprinderi mici. Acestea oferă o generare de energie fiabilă pentru aparatele de uz casnic și de iluminat. Invertoarele cu conexiune monofazată au un design simplificat, făcându-le mai rentabile și mai ușor de instalat.

• Conexiune trifazată: această categorie de conexiune a invertorului solar este potrivită pentru instalațiile solare de dimensiuni mari, care necesită o capacitate de mare putere. Având această configurație, invertorul solar distribuie uniform puterea în toate cele trei faze ale rețelei electrice. Invertoarele trifazate sunt proiectate pentru a face față cererilor mari de consum şi a susţine rețele mai mari de panouri solare. Având aceste caracteristici, sunt ideale pentru instalații comerciale și industriale de mari dimensiuni. Distribuția echilibrată a puterii în cele trei faze ale rețelei are avantajul unei distribuții mai eficiente a electricității și minimizarea riscului de supraîncălzire.

Poți remarca, așadar, că alegerea tipului de invertoare solare în funcție de conexiuni depinde de factori precum dimensiunea instalației solare, infrastructura disponibilă a rețelei electrice sau eventualele reglementări în domeniu stabilite la nivel local. Prin selectarea conexiunii adecvate pentru sistemul solar de care dispui, poți valorifica eficient energia electrică regenerabilă, contribuind în acest fel la un viitor mai ecologic.

Invertoarele solare au o aplicabilitate în uzul zilnic al sistemului fotovoltaic, dar care diferă în funcție de contextul în care sunt utilizate:

• Utilizare rezidențială: invertoarele solare sunt instalate în mod regulat în proprietățile rezidențiale, permițând proprietarilor să genereze energie curată și durabilă pentru nevoile lor casnice zilnice de energie electrică.

• Aplicații comerciale și industriale: invertoarele solare au o utilitate extinsă în scopuri comerciale și industriale, alimentând cu energie regenerabilă birouri, fabrici și alte spații de operare. Acestea ajută companiile să reducă costurile energiei electrice, să atingă obiectivele de sustenabilitate, demonstrând responsabilitatea față de mediu.

• Zone izolate și în afara rețelelor de distribuție: invertoarele solare joacă un rol crucial în furnizarea de energie electrică în zone îndepărtate, fără acces la o rețea electrică. 

• Electricitate de rezervă: invertoarele solare oferă o sursă majoră de energie electrică atunci când există situații de urgență sau pene de curent. Acest lucru ajută la funcționarea continuă a echipamentelor de tipul dispozitivelor medicale, sistemelor de comunicații sau alte aparate esențiale.

În concluzie, invertoarele solare sunt principala componentă de funcţionare a sistemelor fotovoltaice, facilitând conversia energiei solare în energie electrică utilizabilă. După cum ai putut observa, înțelegerea rolului, funcționării, componentelor și tipurilor de conexiune ale invertoarelor solare este necesară pentru optimizarea performanței sistemului fotovoltaic și pentru realizarea integrării perfecte a acesteia cu rețeaua generală de distribuție electrică. Îmbrățișând progresele tehnologice în dezvoltarea invertoarelor solare poți valorifica și tu întregul potențial al energiei solare, accelerând, astfel, tranziția către un viitor mai verde.

Surse foto: Freepik.com, Depositphotos.com.