Tipos de inversores fotovoltaicos

Os inversores fotovoltaicos podem ser categorizados principalmente em quatro tipos: inversores centralizados, inversores de string, inversores descentralizados e microinversor s . Inversores centralizados, que têm uma grande potência total do sistema, são usados principalmente em projetos de grande escala, como energia fotovoltaica montada no solo. usinas de energia em áreas com boas condições de luz solar. Os inversores distribuídos incluem inversores de string e microinversor s, comumente utilizados em sistemas fotovoltaicos comerciais, industriais e residenciais de pequeno e médio porte, sendo os inversores de string o tipo predominante. Os inversores descentralizados combinam as características dos inversores centralizados e de string e têm sido aplicados até certo ponto em projetos como os de regiões montanhosas. Micro inversor s executar rastreamento de pico de potência máxima (MPPT) para cada módulo fotovoltaico individualmente e, em seguida, inverter e integrar na rede CA, com uma única capacidade normalmente abaixo de 1 kW.

1. Inversores Centralizados

Inversores centralizados conectam um grande número de strings fotovoltaicas, com uma única capacidade geralmente superior a 500 kW. Inversores centralizados são um tipo comum de inversor fotovoltaico no mercado, cujo princípio de funcionamento envolve a coleta e a execução de MPPT na corrente CC gerada por múltiplos módulos fotovoltaicos, seguida da inversão centralizada para conversão de CC para CA e aumento de tensão, alcançando assim a geração de energia conectada à rede. Inversores centralizados normalmente usam um único MPPT, cada um conectado a 2 a 12 grupos de strings fotovoltaicas. Cada MPPT pode lidar com potências que variam de 125 a 1000 kW, com uma única capacidade geralmente superior a 500 kW, proporcionando os benefícios de alta potência e grande capacidade.

Inversores centralizados podem reduzir o número de unidades utilizadas, diminuir os custos e perdas do sistema e facilitar o gerenciamento centralizado. Devido à grande vantagem de capacidade dos inversores centralizados, usinas fotovoltaicas do mesmo porte que utilizam inversores centralizados podem reduzir significativamente o número de inversores utilizados, reduzir as perdas totais do circuito do sistema e facilitar a instalação e o gerenciamento centralizados. Ao mesmo tempo, os próprios inversores centralizados apresentam alto grau de integração, controle simples, tecnologia relativamente madura e baixo custo unitário. A combinação desses fatores pode reduzir significativamente o custo do equipamento do sistema da usina.

O uso de inversores centralizados pode reduzir efetivamente as harmônicas e melhorar a qualidade geral da geração de energia do sistema. Harmônicas são sinais elétricos com frequências múltiplas da frequência fundamental, que podem distorcer as formas de onda da tensão e causar danos aos equipamentos. O uso de menos inversores centralizados reduz o número de conexões série-paralelo, reduzindo efetivamente o conteúdo harmônico. Isso garante uma maior proporção da onda fundamental na geração de energia, melhorando a qualidade geral da energia.

Inversores centralizados têm uma faixa de tensão MPPT estreita, tipicamente entre 500-850 V, o que afeta o desempenho geral da geração de energia. Inversores centralizados com um único MPPT conectam um grande número de strings fotovoltaicas, impossibilitando o controle preciso de cada grupo de strings fotovoltaicas, não garantindo, portanto, que cada string esteja no ponto de trabalho ideal, o que reduz a eficiência geral da geração de energia do sistema. Em condições de baixa luminosidade, como durante a chuva, a tensão do sistema pode cair abaixo da tensão MPPT mínima do inversor, impedindo a geração normal de energia e reduzindo o tempo total de geração. Ao mesmo tempo, devido à característica de conectar múltiplas entradas CC, o sistema fotovoltaico requer boa compatibilidade entre os componentes e, uma vez que um componente falhe, isso afetará a geração geral de energia e a eficiência do sistema. Inversores centralizados são grandes em tamanho e requerem salas especiais para colocação, aumentando a dificuldade de instalação. Devido à grande capacidade única, os inversores centralizados são grandes em tamanho e peso, exigindo a criação de salas especiais ao ar livre para colocação. Salas especiais ocupam uma área grande, aumentando o custo total do terreno do sistema e a dificuldade de instalação. Além disso, devido ao problema de vedação das salas, a instalação do inversor no local pode levar à má ventilação interna, resultando em problemas de dissipação de calor.

2. Inversores de string

Inversores de string adotam um design modular, permitindo a otimização distribuída do MPPT. Sistemas de usinas de energia que utilizam inversores fotovoltaicos de string geralmente convertem a corrente contínua gerada pelos componentes em corrente alternada através do inversor e, em seguida, integram-se à rede elétrica de corrente alternada após a coleta, o reforço de tensão e a distribuição de corrente alternada. Comparados aos inversores centralizados, os inversores de string adotam um design modular com múltiplos MPPTs; cada MPPT conecta-se a um pequeno número de componentes fotovoltaicos, geralmente de 1 a 4 grupos, permitindo a otimização distribuída do MPPT. Devido ao pequeno número de conexões, quando um único componente falha, isso afeta apenas a geração de energia do módulo correspondente a esse componente, garantindo que a eficiência geral de geração de energia do sistema fotovoltaico não seja afetada por um único componente, resolvendo o problema de incompatibilidade das usinas fotovoltaicas centralizadas.

A ampla faixa de tensão MPPT dos inversores de string aumenta a duração e a saída de energia do sistema. A faixa de tensão MPPT dos inversores de string é ampla, geralmente de 200 V a 1000 V, com boa capacidade de ajuste. Em condições de pouca luz ou clima desfavorável à geração de energia, a tensão geral dos componentes fotovoltaicos será baixa, e a ampla faixa de tensão MPPT pode cobrir a baixa tensão de entrada, garantindo assim o tempo de geração de energia do sistema e melhorando a geração geral de energia.

A conexão de múltiplos inversores em paralelo aumenta as perdas nos fios e está sujeita a problemas de ressonância. Comparados aos inversores centralizados, os inversores de string têm uma capacidade única pequena, geralmente de 100 kW ou menos; ao construir uma usina fotovoltaica do mesmo porte, a escolha de inversores de string aumentará o número de inversores. Múltiplos inversores de string serão conectados em paralelo, e as perdas nos fios aumentam com o número de inversores utilizados. Ao mesmo tempo, a conexão paralela de múltiplos inversores levará a um aumento nos harmônicos totais, dificultando a supressão, agravando os problemas de ressonância e causando facilmente falhas e queima de equipamentos elétricos.

Descentralizado Os inversores são um tipo relativamente novo de inversor fotovoltaico, combinando as características de inversores centralizados e de string. Os inversores descentralizados podem ser entendidos como inversão centralizada e otimização distribuída, primeiro realizando o MPPT separadamente por meio de vários inversores de string, depois coletando e invertendo centralmente em CA para conexão à rede. Comparados aos inversores centralizados, os inversores descentralizados têm as vantagens de excelente desempenho independente, alta geração de energia e estabilidade geral do sistema; comparados aos inversores de string, os inversores descentralizados adotam a inversão centralizada após a otimização distribuída, reduzindo significativamente o custo do equipamento do sistema e são atualmente usados principalmente em alguns projetos de base de demonstração líderes nacionais. Devido ao desenvolvimento relativamente recente de soluções de inversores descentralizados, há experiência limitada em projetos e a adoção em larga escala ainda não foi alcançada; ao mesmo tempo, devido ao uso da inversão centralizada, esta solução requer o uso de salas especiais para dissipação de calor dos inversores centralizados, aumentando a área de uso do solo do sistema.

Microinversores podem realizar o controle MPPT em componentes individuais, com alta eficiência de geração de energia e saída. Ao contrário de outros inversores, os microinversores são integrados a cada componente fotovoltaico, permitindo o controle MPPT em um único componente, melhorando significativamente a eficiência geral de geração de energia e a saída do sistema. Os microinversores são compactos e leves, não exigindo espaço adicional para posicionamento, o que simplifica muito a instalação. Eles são adequados principalmente para projetos residenciais e de usinas de energia de pequeno e médio porte. Para usinas de mesma capacidade, o uso de microinversores requer mais unidades, e o custo total do sistema é significativamente maior do que sistemas que utilizam soluções de inversores centralizados ou de string.