Um inversor é um dispositivo que converte corrente contínua de um sistema de geração de energia fotovoltaica em corrente alternada. A potência de saída dos inversores geralmente vem em diferentes capacidades, como 5 kW, 50 kW, 500 kW, etc. A quantidade de módulos fotovoltaicos é determinada com base na capacidade do inversor. Por exemplo, um inversor de 1 kW pode conectar 6-8 painéis fotovoltaicos de cerca de 100 watts, e esta combinação pode atingir a utilização máxima de energia. Da mesma forma, para um sistema fotovoltaico de 350 kW, normalmente são necessários 5-7 inversores; Supondo que utilizemos cada inversor com potência nominal de 50kW, precisaríamos de pelo menos 7 inversores para atingir uma geração de energia de 350kW. Também precisamos considerar a relação entre o número de inversores e a eficiência operacional, bem como o nível de dificuldade dos operadores e técnicos desses dispositivos. Poucos inversores podem facilmente levar a falhas pontuais, enquanto muitos inversores também podem causar dificuldades de manutenção e custos elevados.
Os inversores fotovoltaicos podem ser classificados nos seguintes tipos de acordo com diferentes métodos de classificação:
Inversor fora da rede:também conhecido como inversor independente. Ele pode fornecer energia à carga de forma independente, sem ser afetado pela rede elétrica ou outras fontes. Utilizado em sistemas independentes, o conjunto fotovoltaico carrega a bateria e o inversor utiliza a tensão CC da bateria como fonte de energia.
Inversor conectado à rede:Os inversores conectados à rede podem fornecer energia CA de dispositivos de armazenamento para cargas CA e fornecer energia adicional à rede. A tensão de saída do inversor pode ser realimentada para uma fonte de alimentação CA comercial, portanto, a onda senoidal de saída precisa estar na mesma fase, frequência e tensão da fonte de alimentação.
Inversor de pico duplo:também conhecido como inversor de bateria reserva. Um inversor especial que utiliza uma bateria como fonte de energia, juntamente com um carregador de bateria para carregar a bateria. Se houver muita energia, ela será recarregada na fonte de alimentação CA. Os inversores de pico duplo podem operar tanto como inversores conectados à rede quanto fora da rede.
Inversor de fonte de tensão (VSI):A entrada do inversor é uma fonte de tensão CC constante. Adequado para ocasiões que exigem saída de tensão estável, como acionamento motorizado.
Inversor de Fonte de Corrente (CSI):A entrada do inversor é uma fonte de corrente DC constante. Adequado para situações com grandes mudanças de carga, pode fornecer saída de corrente estável.
Inversor monofásico:converte entrada DC em saída monofásica. A tensão e a corrente de saída de um inversor monofásico possuem apenas uma fase, com frequência nominal de 50Hz ou 60Hz. Comumente usado em cenários de baixa carga, como eletrodomésticos e pequenos dispositivos.
Inversor trifásico:converte corrente contínua em fonte de alimentação trifásica. Uma fonte de alimentação trifásica fornece três correntes alternadas que se cruzam e são uniformemente separadas. Todas as três ondas geradas na extremidade de saída têm a mesma amplitude e frequência. Adequado para aplicações de alta carga, como equipamentos industriais e motores de grande porte.
Inversor comutado em linha:A tensão de linha do circuito CA do inversor pode ser obtida através do dispositivo. Quando a corrente no SCR apresenta características zero, o dispositivo é desligado. Adequado para situações que requerem controle preciso de corrente.
Inversor de comutação forçada:Neste tipo de comutação não haverá ponto zero na alimentação. Portanto, alguns recursos externos são necessários para retificar o dispositivo. Adequado para situações que requerem controle externo.
Inversor de série:A carga é conectada diretamente em série com a fonte de alimentação CC com a ajuda de tiristores. Adequado para situações onde é necessária conexão direta de cargas em série.
Inversor paralelo:A condução e o desligamento dos tiristores são controlados por capacitores de comutação conectados entre eles. Em condições de funcionamento, o capacitor é conectado em paralelo com a carga através de um transformador. Adequado para situações onde são necessárias cargas paralelas.
Inversor meia ponte:requer dois interruptores eletrônicos para operar. Os interruptores podem ser MOSFETs, IJBTs, BJTs ou tiristores. Adequado para aplicações de pequena e média potência.
Inversor de ponte completa:Um inversor de ponte completa monofásico possui quatro interruptores controlados usados para controlar a direção do fluxo de corrente na carga. Esta ponte possui 4 diodos de feedback que podem realimentar a energia armazenada na carga para a fonte de alimentação. Adequado para aplicações de alta potência.
Inversor ponte trifásico:Cargas industriais e outras cargas pesadas requerem fonte de alimentação trifásica.
Inversor de onda quadrada:O inversor mais simples que converte corrente contínua em corrente alternada, mas a forma de onda de saída não é uma onda senoidal pura, possui apenas uma onda quadrada na extremidade de saída.
Inversor de onda quase senoidal:um inversor de onda senoidal modificado com ondas senoidais escalonadas.
Inversor de onda senoidal pura:O inversor de onda senoidal pura converte CC em CA senoidal quase pura, e a forma de onda de saída é muito mais suave do que os inversores de onda quadrada e de onda quase senoidal.
Inversor de dois níveis:Um inversor de dois níveis possui dois níveis de saída, com tensões de saída alternadas positivas e negativas na frequência fundamental.
Inversor multinível:Um inversor multinível converte um sinal DC em uma forma de onda escalonada de vários níveis, e a forma de onda de saída do inversor multinível não é diretamente alternada positiva e negativa, mas alternada multinível.
Se classificados de acordo com o método de conexão entre módulos fotovoltaicos e inversores, podem ser divididos em inversores centralizados e inversores string.
Comparação de três tipos principais de inversores
| Projeto | Inversor centralizado | Inversor de cordas | Microinversor |
| Central elétrica centralizada de grande escala | Aplicável | Aplicável | Inaplicável |
| Central elétrica distribuída em telhados industriais e comerciais de grande escala | Aplicável | Aplicável | Inaplicável |
| Centrais elétricas industriais e comerciais distribuídas de pequeno e médio porte em telhados | Inaplicável | Aplicável | Aplicável |
| Estação de energia distribuída no telhado para uso doméstico | Inaplicável | Aplicável | Aplicável |
| O rastreamento de potência máxima corresponde ao número de componentes | Um grande número de cordas | 1-4 conjuntos de strings | Cadeia única |
| Faixa máxima de tensão de rastreamento de potência | Estreito | Largo | Largo |
| Eficiência de geração de energia do sistema | Em geral | Alto | Mais alto |
| Ocupação do terreno de instalação | Precisa de uma sala de informática independente | Não há necessidade | Não há necessidade |
| Instalação externa | Não permitido | Permitido | Permitido |
| Capacidade de manutenção | Em geral | Fácil manutenção | Difícil de manter |
| Comparar projetos | Inversor de corda de 80KW | Inversor centralizado 500KW |
| Caixa combinadora | Não há necessidade de caixa combinadora, a entrada DC é subdividida em cada string | Precisa de 12 caixas combinadoras para convergência centralizada |
| Fiação CC | Fiação simples no lado CC, conexão distribuída à rede no local; Cabo DC curto, baixo custo | A fiação no lado CC é relativamente complexa e possui longa distância. Se necessário, vários níveis de barramentos precisam ser instalados, o que resulta em custos relativamente elevados |
| Fiação CA | A distância de conexão do cabo lateral CA é longa e cada inversor requer um disjuntor CA, que pode ser conectado à rede localmente ou através de convergência CA | A distância do lado CA ao transformador é muito curta, a perda de linha é pequena e a fiação CA é simples e econômica |
| Tensão de saída | Saída trifásica AC 400V, pode ser conectada à rede de baixa tensão DC sem a necessidade de transformadores de isolamento | Saída trifásica CA 315V, a conexão à rede requer a adição de um transformador de isolamento de 400V |
| Nível de proteção | Nível de proteção IP65, pode ser instalado ao ar livre e próximo aos componentes. | O nível de proteção é IP20, instalado em ambientes internos ou construídos em ambientes externos |
| Método de resfriamento | Resfriamento de ar inteligente | O resfriamento por ar forçado requer dutos de ar de alto fluxo |
| Faixa de tensão de trabalho | Tensão MPPT de amplo alcance, 200-850V, capaz de gerar eletricidade mesmo em condições de pouca luz, como dias chuvosos | A faixa MPPT é 500-820V e a faixa de geração de energia é relativamente estreita |
| Eficiência | A eficiência mais alta é de 99% e a eficiência abrangente é de 98,65% | A eficiência máxima de um transformador sem isolamento é de 98,0%, com uma eficiência abrangente de 97,5%. A eficiência máxima de um transformador com isolamento é 97,0%, com uma eficiência abrangente de 96,5% |
| Qualidade de energia | Unidade única THD<3%, total THD of 20 units together exceeds 5%. No isolation transformer, high DC component | THD único<3%, parallel connection of two units is about 3%, and there is no DC component when an isolation transformer is added |
| Regulamentação da rede elétrica | Apresentando passagem de baixa tensão, ajuste do fator de potência e registro de falhas na rede elétrica | Há uma função de passagem de baixa tensão e a rede elétrica pode ajustar o fator de potência. As funções de potência ativa e reativa são relativamente fracas |
| Canais MPPT | 1 inversor com 6 canais MPPT, projeto de 1MW com 72 canais MPPT, possui vantagens em múltiplos ângulos | Dois canais MPPT geram alta potência em áreas planas e desobstruídas |
| Segurança | Sem disjuntores CC e disjuntores CA, a segurança é ligeiramente inferior | Existem disjuntores CC e disjuntores CA que podem ser desconectados de acordo com diferentes condições de falha, com boa segurança |
| Número | Capacidade do sistema | Seleção do inversor | Descrição |
| 1 | Abaixo de 400KW | Inversor de cordas | Para sistemas abaixo de 400 kW, a diferença de custo entre inversores string e inversores centralizados não é significativa, mas os inversores string geram 5% a 10% mais eletricidade |
| 2 | 400 kW a 2 MW | Inversor de cordas | Para sistemas entre 400KW e 2MW, o custo dos inversores string é 5% maior que os inversores centralizados, mas a geração de energia dos inversores string é 5% a 10% maior. A receita total do sistema inversor string é boa |
| 3 | 2MW a 6MW | Os inversores centralizados são usados para estações de energia terrestres com luz solar uniforme, e os inversores do tipo string são usados para telhados. | Selecione de acordo com o local de instalação real |
| 4 | Acima de 6 MW | Inversor centralizado | Inversores centralizados podem atender aos requisitos da rede elétrica |
Inversor centralizado:É usado para converter a corrente contínua de múltiplas cadeias fotovoltaicas em um total e é adequado para grandes usinas fotovoltaicas, como grandes fábricas, usinas desérticas, usinas terrestres, etc. capacidade geralmente acima de 500KW, adequada para grandes centrais fotovoltaicas. Alta qualidade de energia, baixo conteúdo harmônico, alta qualidade de energia, funções de proteção completas e alta segurança. Gerenciamento prático, com pequeno número de inversores, fácil de gerenciar, poucos componentes e boa estabilidade. As principais desvantagens são: a faixa de tensão MPPT é estreita e a configuração dos componentes não é flexível; Precisa de uma sala de informática dedicada, a instalação não é flexível; O autoconsumo de energia e a ventilação e dissipação de calor na sala de informática consomem muita eletricidade.
Inversor de corda:É usado para inverter a energia CC de cada cadeia fotovoltaica separadamente e é adequado para sistemas fotovoltaicos de pequeno e médio porte, sistemas de geração de energia fotovoltaica em telhados de pequeno e médio porte e pequenas estações de energia terrestres. Suas características incluem: baixa potência, com potência individual geralmente abaixo de 100KW, mas com o progresso tecnológico, atualmente a potência mais madura pode chegar a 350kW. Configuração flexível de componentes, ampla faixa de tensão MPPT, configuração de componentes mais flexível, adequada para várias condições de iluminação. Alta eficiência de geração de energia, não afetada pelas diferenças de módulo e sombreamento entre strings, maximizando a geração de energia. Tamanho pequeno, área ocupada pequena, sem necessidade de sala de informática dedicada, instalação flexível. Fácil manutenção: baixo consumo de energia, impacto mínimo de falhas e manutenção conveniente. A relação entre a tensão do inversor e a configuração da quantidade de componentes deve começar a partir do princípio do inversor e ser discutida da seguinte forma:
Um inversor string precisa aumentar e estabilizar a tensão CC até um determinado valor (isso é chamado de tensão do barramento CC) antes de poder ser convertido em energia CA. Saída 230V AC, com tensão de barramento DC em torno de 360V; Saída 400V AC, com tensão de barramento DC em torno de 600V; Saída 500V AC, com tensão de barramento DC em torno de 750V; Saída de 540V AC, com tensão de barramento DC em torno de 800V. Mas a tensão em série dos componentes geralmente não é tão alta e precisa ser ajustada pelo circuito. Os inversores geralmente usam PWM para ajustar, e existe um termo chamado ciclo de trabalho, que é igual à tensão em série dos componentes/tensão do barramento CC. O ciclo de trabalho está intimamente relacionado à eficiência. Quanto maior o ciclo de trabalho, menor será a diferença de tensão e maior será a eficiência. Ao dominar este segredo, não há necessidade de calcular fórmulas complexas ao combinar componentes com inversores. Tente combinar a tensão da string com a tensão nominal de operação do inversor para obter a maior eficiência e não excederá a tensão máxima em temperaturas extremamente baixas. Durante a operação, também estará dentro da faixa de tensão MPPT de carga total, o que é absolutamente simples e prático. Tomando como exemplo um módulo monocristalino de 450W, com tensão de trabalho de 41V, um inversor monofásico de 220V, tensão nominal de entrada de 360V e a melhor configuração com 9 módulos; Inversor trifásico de saída 400V com tensão nominal de entrada de 600V, preferencialmente equipado com 15 componentes.