dreapta|miniatura|300x300px|Vedere interioară a unui invertor solar. Se observă mulți condensatori mari (cilindrii albaștri), utilizați pentru a estompa zgomotul de frecvență dublă a liniei care apare datorită sistemului monofazat de curent alternativ. Un invertor solar sau invertor fotovoltaic (PV) este un tip de invertor de putere care convertește ieșirea variabilă de curent continuu (CC) a unui panou solar fotovoltaic într-un curent alternativ (CA) care poate alimenta o rețea electrică comercială sau poate fi utilizat într-o rețea electrică locală, separată. Este o componentă de echilibru critic al sistemului dintr-un sistem fotovoltaic, care permite utilizarea echipamentelor obișnuite alimentate cu curent alternativ. Invertoarele de energie solară au funcții speciale adaptate pentru utilizarea cu rețele fotovoltaice, inclusiv urmărirea punctului de putere maximă și protecție anti-insulare.
Clasificare miniatura|Sistem de alimentare autonom cu stocare în baterie dreapta|miniatura|Schemă simplificată a unui sistem de energie fotovoltaic rezidențial conectat la rețeaSolar Cells and their Applications Second Edition, Lewis Fraas, Larry Partain, Wiley, 2010, , Section 10.2. Invertoarele solare se pot clasifica în patru tipuri principale:
Invertoare autonome, utilizate în sistemele de alimentare autonome în care invertorul își extrage energia de CC din bateriile încărcate de rețele fotovoltaice. Multe invertoare autonomee încorporează și încărcătoare de baterii integrate pentru a reumple bateria de la o sursă de curent alternativ, atunci când este disponibilă. În mod normal, acestea nu interacționează în niciun fel cu rețeaua de utilități și, ca atare, nu trebuie să aibă protecție anti-insulare. Invertoare atașate la rețea, care se potrivesc în fază cu o undă sinusoidală furnizată de rețea. Invertoarele atașate sunt proiectate pentru a se opri automat la pierderea alimentării cu energie din rețea, din motive de siguranță. Ele nu oferă energie de rezervă în timpul întreruperii alimentării din rețea. Invertoarele cu rezervă în baterie sunt invertoare speciale care sunt concepute pentru a extrage energie dintr-o baterie, a gestiona încărcarea bateriei prin intermediul unui încărcător inclus și a exporta excesul de energie către rețeaua de alimentare. Aceste invertoare sunt capabile să furnizeze energie de CA unor sarcini de consumator în timpul unei întreruperi ale rețelei de alimentare și trebuie să aibă protecție anti-insulare. Invertoarele hibride inteligente gestionează rețeaua fotovoltaică, bateria de stocare și rețeaua de alimentare, care sunt toate cuplate direct la unitate. Aceste sisteme moderne complet integrate sunt de obicei extrem de versatile și pot fi utilizate pentru aplicații atașate la rețea, autonome sau de rezervă, dar funcția lor principală este autoconsumul cu utilizarea stocării.
Urmărirea punctului de putere maximă Invertoarele solare utilizează urmărirea punctului de putere maximă (en. MPPT) pentru a obține energia maximă posibilă de la panourile fotovoltaice. Celulele solare au o relație complexă între iradierea solară, temperatură și rezistența totală, ceea ce produce o eficiență de ieșire neliniară cunoscută sub denumirea de curba I-V. Scopul sistemului MPPT este de a măsura ieșirea celulelor și de a determina o rezistență (sarcină) să obțină energia maximă în orice condiții de mediu date.
Factorul de umplere este un parametru care, în combinație cu tensiunea de circuit deschis (Voc) și curentul de scurtcircuit (Isc) ale panoului, determină puterea maximă provenită de la o celulă solară. Factorul de umplere este definit ca raportul dintre puterea maximă de la celula solară și produsul dintre Voc și Isc.
Există trei tipuri importante de algoritmi MPPT: perturbare și observare, conductanță incrementală și tensiune constantă. Primele două tipuri sunt adesea denumite metode de urcare; deoarece se bazează pe curba de putere trasată în funcție de tensiunea care crește la stânga punctului de putere maximă și scade la dreapta acestuia.
Invertoare solare atașate la rețea miniatura|380x380px| Micro-invertoare solare într-un sistem de casă conectat la rețea Rolul principal al invertoarelor interactive sau sincrone sau pur și simplu al invertorului de rețea este acela de a sincroniza faza, tensiunea și frecvența liniei de alimentare cu cele ale rețelei. Invertoarele solare atașate la rețea sunt proiectate să se deconecteze rapid de la rețea dacă rețeaua se defectează. Aceasta este o reglementare care asigură că, în cazul unei pene de curent, invertorul atașat la rețea se va opri pentru a preveni ca energia pe care o produce să accidenteze lucrătorii trimiși să repare rețeaua electrică.
Invertoarele atașate disponibile astăzi pe piață folosesc o serie de tehnologii diferite. Invertoarele pot folosi transformatoare mai noi de înaltă frecvență, transformatoare convenționale de joasă frecvență sau pot fi fără transformator. În loc să convertească curentul continuu direct la 120 sau 240 volți CA, transformatoarele de înaltă frecvență folosesc un proces computerizat în mai multe etape care implică conversia puterii în CA de înaltă frecvență și apoi înapoi la CC și apoi la tensiunea finală de ieșire în CA.
Din punct de vedere istoric, au existat preocupări cu privire la conectarea sistemelor electrice fără transformator în rețeaua de distribuție publică. Preocupările provin din faptul că există o lipsă de izolare galvanică între circuitele de CC și CA, care ar putea permite trecerea defecțiunilor de CC periculoase pe partea de CA. Specificațiile VDE 0126-1-1 și IEC 6210 au fost modificate pentru a permite și defini mecanismele de siguranță necesare pentru astfel de sisteme. În primul rând, detectarea curentului rezidual sau de împământare este utilizată pentru a detecta posibile condiții de defecțiune. De asemenea, sunt efectuate și teste de izolare pentru a asigura separarea între CC și CA.
Unele invertoare solare sunt proiectate pentru a fi conectate la o rețea comună și nu vor funcționa atunci când nu detectează prezența rețelei. Acestea conțin circuite speciale pentru a se potrivi precis cu tensiunea, frecvența și faza rețelei. Atunci când nu este detectată o rețea, invertoarele atașate nu vor produce energie pentru a evita insularea, care ar putea cauza probleme de siguranță.
Invertoare solare de pompare Invertoarele solare avansate de pompare convertesc tensiunea de CC din ansamblul de panouri solare în tensiune de CA pentru a alimenta pompele submersibile direct, fără a fi nevoie de baterii sau alte dispozitive de stocare a energiei. Utilizând MPPT (urmărirea punctului de putere maximă), invertoarele solare de pompare reglează frecvența de ieșire pentru a controla viteza pompelor și pentru a salva motorul pompei de deteriorare.
Invertoarele solare de pompare au de obicei mai multe porturi pentru a permite intrarea curentului continuu generat de ansambluri de panouri fotovoltaice, un port pentru a permite ieșirea tensiunii de curent alernativ și un alt port pentru intrarea semnalului de la un senzor de nivel al apei.
Invertor trifazat Un invertor trifazat este un tip de microinvertor solar proiectat special pentru a furniza energie electrică trifazată. În modelele convenționale de microinvertoare care funcționează cu putere monofazată, energia din panou trebuie stocată în perioada în care tensiunea trece prin zero, ceea ce fac de două ori pe ciclu (la 50 sau 60 Hz). Într-un sistem trifazat, pe tot parcursul ciclului, unul dintre cele trei fire are o tensiune pozitivă (sau negativă), astfel încât nevoia de stocare poate fi redusă foarte mult prin transferul ieșirii panoului la fire diferite în timpul fiecărui ciclu. Reducerea stocării de energie scade semnificativ prețul și complexitatea pieselor convertorului, precum și potențial crește durata de viață a acestuia.
Concept
Introducere Puterea de curent alternativ convențională este un model de tensiune sinusoidal care se repetă pe o perioadă definită. Aceasta înseamnă că, în timpul unui singur ciclu, tensiunea trece prin zero de două ori. În sistemele europene tensiunea la priză are maximum 230V și cicluri de 50 de ori pe secundă, ceea ce înseamnă că de 100 de ori pe secundă unde tensiunea este zero, în timp ce sistemele din America de Nord sunt la 120V 60Hz sau 120 de tensiuni zero pe secundă.
Invertoarele ieftine pot converti puterea de CC în CA pur și simplu prin pornirea și oprirea părții de alimentare în CC de 100 de ori pe secundă, și inversând tensiunea la fiecare ciclu. Rezultatul este o undă pătrată care este suficient de aproape de curentul alternativ sinusoidal pentru multe dispozitive. Cu toate acestea, acest tip de soluție nu este utilă în cazul energiei solare, unde scopul este de a converti cât mai mult din puterea energiei solare în curent alternativ. Dacă se utilizează aceste tipuri ieftine de invertoare, toată puterea generată în timpul în care partea de curent continuu este oprită se pierde pur și simplu și aceasta reprezintă o cantitate semnificativă din fiecare ciclu.
Pentru a rezolva acest lucru, invertoarele solare folosesc o anumită formă de stocare a energiei pentru a păstra puterea panoului în acele perioade de trecere prin zero. Când tensiunea de CA depășește tensiunea din stocare, aceasta din urmă este pusă la ieșire împreună cu orice energie dezvoltată de panou în acel moment. În acest fel, energia produsă de panou pe parcursul întregului ciclu este în cele din urmă trimisă la ieșire.
Problema acestei abordări este cantitatea de energie stocată necesară atunci când este conectat la un panou solar tipic modern care poate fi asigurată numai din punct de vedere economic prin utilizarea condensatoarelor electrolitice. Acestea sunt relativ ieftine, dar au moduri de degradare bine cunoscute, ceea ce înseamnă că au o speranță de viață de ordinul unui deceniu. Acest lucru a dus la o mare dezbatere în industrie asupra faptului dacă microinvertoarele sunt sau nu o idee bună, deoarece atunci când acești condensatori încep să se defecteze la sfârșitul duratei de viață așteptate, înlocuirea lor va necesita îndepărtarea panourilor, adesea de pe acoperiș.
Trifazic miniatura| Curentul alternativ (verde) trece în mod repetat prin tensiune zero, timp în care energia din panou trebuie stocată sau pierdută. Puterea trifazată (albastru) rămâne pozitivă pe tot parcursul ciclului său și, prin urmare, necesită stocare puțină sau deloc. În comparație cu curentul normal de uz casnic pe două fire, curentul de pe partea de livrare a rețelei electrice utilizează trei fire și faze. La orice moment dat, suma celor trei este întotdeauna pozitivă (sau negativă). Deci, în timp ce orice fir dat dintr-un sistem trifazat suferă evenimente de trecere prin zero exact în același mod ca și curentul de uz casnic, sistemul în ansamblu pur și simplu doar fluctuează între valoarea maximă și o valoare puțin mai mică.
Un microinvertor conceput special pentru alimentarea trifazată poate elimina o mare parte din spațiul de stocare necesar selectând pur și simplu care fir este cel mai apropiat de propria sa tensiune de funcționare la un moment dat. Un sistem ar putea selecta pur și simplu firul care este cel mai aproape de tensiunea maximă, trecând la următoarea linie atunci când aceasta începe să se apropie de maxim. În acest caz, sistemul trebuie doar să stocheze cantitatea de energie de la vârf până la minimul ciclului în ansamblu, care este mult mai mică atât ca diferență de tensiune, cât și ca timp.
Acest lucru poate fi îmbunătățit și mai mult prin selectarea firului care este cel mai aproape de propria sa tensiune de curent continuu la un moment dat, în loc să comute periodic de la un fir la altul. În orice moment, două dintre cele trei fire vor avea o tensiune pozitivă (sau negativă), iar utilizarea celei mai apropiate de tensiunea din partea de curent continuu va beneficia de ușoare îmbunătățiri ale eficienței hardware-ului de conversie.