Como equipamento principal dos sistemas de geração de energia fotovoltaica, os inversores são usados para converter a tensão CC variável gerada pelos módulos fotovoltaicos em energia CA na frequência da rede elétrica, que é um dos importantes equilíbrios do sistema em sistemas de painéis fotovoltaicos. Atualmente, os inversores comuns no mercado são inversores centralizados, inversores string e microinversores. A seguir compararemos e analisaremos esses três tipos de inversores.
1 Inversor centralizado
A tecnologia do inversor é a conexão de vários strings fotovoltaicos paralelos ao terminal de entrada CC do mesmo inversor centralizado. Geralmente, módulos de potência IGBT trifásicos são usados para sistemas de alta potência e transistores de efeito de campo são usados para sistemas de baixa potência. Ao mesmo tempo, controladores de conversão DSP são utilizados para melhorar a qualidade da energia elétrica gerada, tornando-a muito próxima da corrente de onda senoidal. Geralmente é usado em grandes sistemas de usinas fotovoltaicas superiores a 10KW.
Os inversores centralizados são geralmente usados em sistemas de geração de energia em larga escala, como fábricas, usinas de energia no deserto e usinas terrestres com luz solar uniforme. A potência total do sistema é grande, geralmente acima do nível de megawatts.
As principais vantagens são:
1. O número de inversores é pequeno, facilitando o gerenciamento;
2. O inversor possui um pequeno número de componentes e alta confiabilidade;
3. Baixo conteúdo harmônico, baixo componente DC e alta qualidade de energia;
4. O inversor tem alta integração, alta densidade de potência e baixo custo;
5. O inversor possui funções completas de proteção e alta segurança da central elétrica;
6. Possui função de regulação do fator de potência e função de passagem de baixa tensão, com bom desempenho de regulação da rede.
As principais desvantagens são:
1. A taxa de falhas da caixa combinadora DC é alta, o que afeta todo o sistema;
2. A faixa de tensão MPPT dos inversores centralizados é estreita, geralmente 450-820V, e a configuração dos componentes não é flexível. O tempo de geração de energia é curto em áreas com tempo nublado e nevoeiro;
3. A instalação e implantação de salas de máquinas de inversores são difíceis e requerem salas de máquinas e equipamentos dedicados;
4. O próprio inversor consome muita energia e a ventilação e dissipação de calor na sala de informática consomem muita eletricidade, tornando a manutenção do sistema relativamente complexa;
5. Em um sistema inversor centralizado conectado à rede, o conjunto de componentes chega ao inversor através de duas confluências. A função de rastreamento de potência máxima (MPPT) do inversor não pode monitorar a operação de cada componente, portanto é impossível manter cada componente em seu ponto ideal de funcionamento. Quando um componente falha ou é bloqueado por sombras, isso afetará a eficiência de geração de energia de todo o sistema;
6. Não há capacidade de redundância no sistema de inversor centralizado conectado à rede. Em caso de desligamento por falha, todo o sistema deixará de gerar eletricidade.
Inversor de 2 cordas
O inversor string é baseado no conceito modular, onde cada string fotovoltaica (1-5kw) passa por um inversor com rastreamento de pico de potência máxima na extremidade CC e conexão de rede paralela na extremidade CA. Tornou-se o inversor mais popular no mercado internacional atualmente.
Os inversores string são usados principalmente para sistemas de geração de energia fotovoltaica em telhados de pequeno e médio porte e pequenas usinas terrestres.
As principais vantagens são:
1. O inversor string adota um design modular, com cada string fotovoltaica correspondendo a um inversor. A extremidade CC possui função de rastreamento de potência máxima e a extremidade CA é conectada em paralelo à rede. Sua vantagem é que não é afetado por diferenças de módulo entre strings e obstrução de sombra, ao mesmo tempo que reduz a incompatibilidade entre o ponto ideal de operação dos módulos fotovoltaicos e do inversor e maximiza a geração de energia;
2. A faixa de tensão MPPT dos inversores string é ampla, geralmente variando de 250-800V. O componentea configuração do nt é mais flexível e o tempo de geração de energia é maior em áreas com tempo nublado e nevoeiro;
3. O inversor conectado à rede do tipo string tem um volume pequeno, peso leve e é muito fácil de transportar e instalar. Não requer ferramentas e equipamentos profissionais, nem uma sala de distribuição dedicada. Pode simplificar a construção e reduzir a ocupação do solo em diversas aplicações. As conexões de linha CC também não requerem caixas combinadoras CC ou gabinetes de distribuição CC. O tipo string também tem vantagens como baixo consumo de energia, impacto mínimo de falhas e fácil substituição e manutenção.
As principais desvantagens são:
1. Existem muitos componentes eletrônicos, com dispositivos de potência e circuitos de sinal na mesma placa, dificultando o projeto e a fabricação, e um pouco menos confiáveis;
2. A folga elétrica dos dispositivos de energia é pequena, tornando-os inadequados para áreas de grande altitude e instalação externa. A exposição ao vento e ao sol pode facilmente causar envelhecimento da carcaça e do dissipador de calor;
3. Sem um projeto de transformador de isolamento, a segurança elétrica é um pouco ruim e não é adequada para o sistema de aterramento negativo de componentes de película fina. O componente DC é grande e tem um impacto significativo na rede elétrica;
4. Quando vários inversores são conectados em paralelo, o harmônico total é alto e o THDI de um único inversor pode ser controlado em mais de 2%. Porém, se mais de 40 inversores estiverem conectados em paralelo, a harmônica total será sobreposta e difícil de suprimir;
5. Com um grande número de inversores, a taxa total de falhas aumentará, dificultando o monitoramento do sistema;
6. Sem disjuntores CC e disjuntores CA, e sem fusíveis CC, não é fácil desconectar quando o sistema apresenta mau funcionamento;
7. Um único inversor pode atingir a função de passagem de tensão zero, mas quando várias máquinas são conectadas em paralelo, é difícil obter a função de passagem de tensão zero, regulação de potência reativa, regulação de potência ativa e outras funções.
3 Microinversor
Os microinversores podem atingir o rastreamento máximo do ponto de potência no nível do painel, com vantagens sobre os inversores centrais. Isso pode otimizar a potência de saída de cada módulo para maximizar a potência de saída geral.
As principais vantagens são:
1. Quando um ou mesmo vários módulos falham, o sistema ainda pode continuar a fornecer eletricidade à rede com alta disponibilidade; Vários módulos redundantes podem ser configurados opcionalmente para melhorar a confiabilidade do sistema;
2. Configuração flexível, permitindo ao usuário instalar células fotovoltaicas de acordo com sua capacidade financeira no mercado doméstico;
3. Reduz efetivamente o impacto das sombras causadas pelo mascaramento local na potência de saída;
4. Sem eletricidade de alta tensão, instalação mais segura, simples e rápida, menores custos de manutenção e instalação e menor dependência de prestadores de serviços de instalação;
5. Ao aumentar a geração de energia de cada módulo inversor e rastrear a potência máxima, o ponto de potência máxima de um único componente pode ser rastreado, o que pode aumentar significativamente a geração de energia do sistema fotovoltaico em 25%.
As principais desvantagens são:
1. Os cenários de aplicação de microinversores são geralmente adequados para residências em telhados, mas suas aplicações são limitadas;
2. O custo dos microinversores é relativamente mais alto em comparação com os inversores centralizados e os inversores string.
Através de análise comparativa, os inversores string apresentam vantagens sobre os inversores centralizados e microinversores em termos de taxa de falhas, segurança do sistema e custos de operação e manutenção. Eles têm melhor confiabilidade do sistema e podem garantir a operação segura e confiável de usinas de energia a longo prazo.