Inverter per Pannelli Fotovoltaici a cosa Serve

Uno dei componenti principali di un sistema fotovoltaico è rappresentato dall’ inverter. Di cosa si tratta? E’ un apparecchio che permette di trasformare la corrente continua prodotta dai moduli solari in alternata. 

Funziona prendendo la corrente continua variabile prodotta dai pannelli solari e la trasformano in un’uscita alternata da 120 V/240 V o in corrente alternata. La maggior parte degli elettrodomestici funziona con corrente alternata ma non con corrente continua.

Tecnicamente, il sole splende sulle vostre celle fotovoltaiche (pannelli solari), progettate con strati semiconduttori di silicio cristallino. Gli strati sono una combinazione di strati negativi e positivi collegati da una giunzione.

Gli strati assorbono la luce e trasferiscono l’energia solare alle celle fotovoltaiche. L’energia corre intorno e gli elettroni perdono a colpi. Gli elettroni si muovono tra lo strato negativo e quello positivo generando una corrente elettrica, comunemente chiamata corrente continua.

Una volta prodotta, l’energia viene inviata direttamente a un inverter o immagazzinata in una batteria per un utilizzo successivo. Ciò dipende in ultima analisi dal sistema di inverter a pannelli solari di cui disponi.

La corrente alternata è caratterizzata da un flusso periodico che cambia direzione a intervalli regolari. Questo significa che la polarità della tensione si inverte ciclicamente, generando un movimento oscillante degli elettroni. L’alternanza della direzione del flusso è il motivo per cui è chiamata “alternata”. Questo tipo di corrente è comunemente utilizzato per il trasporto dell’energia elettrica su lunghe distanze, in quanto può essere facilmente convertita a diverse tensioni attraverso trasformatori.

D’altra parte, la corrente continua è caratterizzata da un flusso costante di elettroni in una direzione specifica. La tensione in un circuito a corrente continua rimane costante nel tempo, con gli elettroni che si spostano in un’unica direzione.

Entrambe le correnti hanno le proprie applicazioni specifiche in base alle esigenze del sistema in cui vengono impiegate. Mentre la corrente alternata è più adatta per il trasporto su lunghe distanze, la corrente continua è preferita in molti dispositivi elettronici che richiedono una fornitura costante e affidabile di energia ( la CA non viene immagazzinata nelle batterie in un sistema fotovoltaico ad accumulo).

In sintesi, la differenza fondamentale tra corrente alternata e corrente continua sta nella direzione e nella costanza del flusso elettrico, influenzando il modo in cui vengono impiegate nei diversi ambiti dell’elettronica e dell’energia. Nelle nostre case utilizziamo la corrente alternata, quindi possiamo collegare computer, elettrodomestici ecc. 

Come funziona un inverter nel sistema fotovoltaico

Come detto un inverter in un sistema fotovoltaico è un componente cruciale che svolge il ruolo di convertire la corrente continua (CC) prodotta dai pannelli solari in corrente alternata (CA), che è la forma di elettricità utilizzata nella maggior parte delle abitazioni e delle imprese. Ecco come funziona il processo:

1. Raccolta dell’energia solare: I pannelli solari fotovoltaici convertono l’energia solare in corrente continua. La luce solare colpisce le celle fotovoltaiche, generando un flusso di elettroni in un’unica direzione.
2. Corrente continua (CC) prodotta: L’energia solare raccolta produce una corrente continua, che fluisce in un circuito chiuso all’interno del sistema fotovoltaico.
3. Inverter: La corrente continua prodotta dai pannelli solari è poi inviata all’inverter. Questo dispositivo è in grado di convertire la corrente continua in corrente alternata, che è più adatta per l’uso domestico e industriale. L’inverter svolge un ruolo fondamentale nella trasformazione della corrente elettrica per renderla compatibile con le reti elettriche e gli elettrodomestici standard.
4. Regolazione della tensione e frequenza: L’inverter regola la tensione e la frequenza della corrente alternata in uscita per garantire che siano conformi agli standard di rete elettrica locale. Questo processo è essenziale per garantire che l’energia prodotta sia compatibile con l’infrastruttura elettrica esistente.
5. Alimentazione della rete o utilizzo locale: La corrente alternata convertita può essere utilizzata localmente per alimentare gli apparecchi elettronici nell’edificio in cui sono installati i pannelli solari. In alternativa, se la produzione di energia supera il consumo locale, l’eccesso può essere immesso nella rete elettrica pubblica, contribuendo così all’alimentazione elettrica complessiva della comunità.

Differenti tipi di inverter

Esistono diversi tipi di inverter che potrebbero essere installati come parte di un sistema fotovoltaico. In un impianto di pubblica utilità su larga scala o in un progetto solare comunitario di medie dimensioni, ogni pannello solare potrebbe essere collegato a un singolo  inverter centrale. 

Gli inverter di stringa  collegano una serie di pannelli, una stringa, a un inverter. Tale inverter converte la potenza prodotta dall’intera stringa in AC. Sebbene economicamente vantaggiosa, questa configurazione comporta una riduzione della produzione di energia sulla stringa se un singolo pannello presenta problemi, come l’ombreggiamento.

I microinverter  sono inverter più piccoli posizionati su ogni pannello. Con un microinverter, l’ombra o il danneggiamento di un pannello non influirà sulla potenza che può essere prelevata dagli altri, ma i microinverter possono essere più costosi. Entrambi i tipi di inverter potrebbero essere assistiti da un sistema che controlla il modo in cui il sistema solare interagisce con la batteria collegata. L’energia solare può caricare la batteria direttamente tramite CC o dopo una conversione in CA.

Ecco alcuni dei tipi più comuni di inverter nei sistemi fotovoltaici:

1. Inverter String: Questo tipo di inverter è progettato per gestire l’output di un gruppo di pannelli solari collegati in serie, noto come stringa. Tutti i pannelli in una stringa contribuiscono alla tensione complessiva, e l’inverter converte la corrente continua prodotta dalla stringa in corrente alternata.
2. Inverter Centralizzato (o di Gruppo): In alternativa agli inverter string, si possono utilizzare inverter centralizzati per gestire più stringhe di pannelli solari. Questo tipo di inverter è collegato a più stringhe e converte l’energia proveniente da tutte le stringhe in un unico punto.
3. Inverter Micro: Gli inverter micro sono montati direttamente sui singoli pannelli solari o su un piccolo gruppo di essi. Ogni inverter micro gestisce l’output di un modulo solare specifico. Questo approccio è chiamato “ottimizzazione del punto di potenza” e permette una maggiore efficienza, poiché ciascun pannello può operare al suo massimo rendimento indipendentemente dagli altri.
4. Inverter Ibrido: Gli inverter ibridi combinano la funzione di un inverter fotovoltaico con quella di un inverter di accumulo. Questo consente al sistema di immagazzinare l’energia elettrica in batterie per un uso successivo, oltre a convertire l’energia solare in corrente alternata.
5. Inverter Senza Transformatori (Trasformatori di Collegamento): Questi inverter eliminano l’uso di trasformatori e utilizzano tecnologie più avanzate per la conversione dell’energia. Ciò può portare a una maggiore efficienza e riduzione delle perdite di energia.
6. Inverter Multifase: Questi inverter sono progettati per gestire sistemi fotovoltaici collegati a reti elettriche a più fasi. Possono essere utilizzati in contesti in cui è richiesta una connessione più complessa.

Come dimensionare un inverter in base alla potenza dell’ impianto fotovoltaico

Quando si dimensiona un inverter per un impianto fotovoltaico, è fondamentale assicurarsi che sia in grado di gestire la potenza generata dai pannelli solari. L’obiettivo è ottimizzare l’efficienza del sistema e garantire una conversione affidabile della corrente continua (CC) in corrente alternata (CA). Prendiamo ad esempio un impianto fotovoltaico con una potenza di 3 kilowatt-picco (kWp).

Per determinare la potenza nominale dell’inverter, spesso si utilizza un rapporto noto come “rapporto di sovradimensionamento”. Questo rapporto tiene conto di vari fattori, tra cui le condizioni ambientali, la temperatura e le possibili perdite nel sistema. Un rapporto comune è 1,2, il che significa che l’inverter sarà sovradimensionato del 20% rispetto alla potenza nominale dell’impianto.

Quindi, per un impianto da 3 kWp, il calcolo della potenza nominale dell’inverter sarebbe:

• Potenza nominale dell inverter = Potenza dell impianto × Rapporto di sovradimensionamento
• Potenza nominale dell inverter = 3 kWp×1,2=3,6 kW

Quindi, in questo caso, si dovrebbe selezionare un inverter con una potenza nominale di almeno 3,6 kilowatt. Questo permetterà all’inverter di gestire efficientemente la potenza massima prodotta dall’impianto e di far fronte a eventuali variazioni nelle condizioni atmosferiche o di funzionamento del sistema.

È importante sottolineare che il rapporto di sovradimensionamento può variare in base al contesto specifico, e altri fattori come la tipologia dell’inverter, la sua efficienza e le caratteristiche di progettazione devono essere considerati attentamente durante la selezione. La corretta dimensione dell’inverter contribuisce in modo significativo alla performance a lungo termine e alla durata complessiva del sistema fotovoltaico.

Il rapporto di 1,3~1,5:1 è il rapporto ideale tra pannello solare e inverter. Allocare troppi pannelli solari potrebbe limitare la quantità di energia che l’inverter può produrre e impedire ai pannelli solari acquistati in eccesso di generare elettricità alla loro capacità massima, il che sarebbe uno spreco. Poiché nella trasmissione dell’elettricità dal modulo fotovoltaico all’inverter ci sono molti collegamenti che possono causare sconti, non è un problema avere pannelli fotovoltaici con una capacità leggermente maggiore rispetto agli inverter per impianti solari.

Anche la zona in cui l’impianto è installato gioca un ruolo fondamentale nel dimensionamento del tuo inverter. Un impianto montato in sud Italia ha un’irradiazione solare più elevata (ovvero, quantità maggiori di radiazione solare) rispetto ad uno al nord.

Poiché questi due sistemi produrranno quantità diverse di elettricità CC in un dato momento, anche gli inverter necessari per gestire tale carico di elettricità possono essere di dimensioni diverse. Nelle aree con più sole e temperature moderate, gli inverter saranno probabilmente dimensionati più vicini alla potenza complessiva dell’array solare in modo che possa gestire quasi la potenza massima dell’array in qualsiasi punto. In alternativa, se il tuo impianto solare è sottoposto a quantità inferiori di radiazione solare o temperature elevate che riducono l’efficienza del pannello, è meno probabile che produca la potenza massima definita dalla classificazione in condizioni di test standard (STC).