Micro-Inverter con pannelli solari per sistemi di accumulo dell'energia domestica

Oltre agli inverter centralizzati e di stringa, i nuovi sistemi energetici includono anche micro-inverter, facili da installare e configurabili in modo flessibile. Come suggerisce il nome, i micro-inverter hanno un basso consumo energetico e quindi sono generalmente collegati solo a uno o pochi pannelli solari. Come un inverter, un micro-inverter converte l'energia CC a bassa-tensione proveniente dai pannelli fotovoltaici in alimentazione CA per la rete elettrica locale. Mentre la tensione di un pannello fotovoltaico è tipicamente di circa 50 V, la tensione della rete CA può raggiungere centinaia di volt. Questo rapporto elevato di tensione-e-corrente impone requisiti elevati al guadagno del convertitore. L'utilizzo di un convertitore PWM convenzionale non{12}}isolato in questa situazione comporterebbe cicli di lavoro alti o bassi per gli interruttori, con conseguente bassa efficienza del convertitore e stress significativo sui dispositivi di alimentazione. Naturalmente, incorporare un induttore o un trasformatore accoppiato nel convertitore per ottenere l'adattamento della tensione attraverso il rapporto spire è diventata la soluzione preferita per i micro-inverter.

Funzionalmente, un micro-inverter deve fornire tre funzioni: spegnimento rapido (RSD), rilevamento del punto di massima potenza (MPPT) e inversione. L'RSD è stato proposto alla conferenza NEC del 2014. Il suo scopo è quello di disconnettere rapidamente i pannelli fotovoltaici dal bus CC in caso di incendio o altro disastro, garantendo la sicurezza dei vigili del fuoco. MPPT è ben-noto agli operatori del settore fotovoltaico ed è stato introdotto in articoli precedenti. Tuttavia, a differenza dei tradizionali circuiti MPPT centralizzati o di stringa, questa funzione nei microinverter non richiede necessariamente un circuito boost; possono essere utilizzati anche altri circuiti, come buck, full-bridge e flyback. Ciò è dovuto principalmente alla diversità dei circuiti a valle.

Un micro-inverter è un piccolo dispositivo inverter installato direttamente dietro uno o un piccolo numero di pannelli fotovoltaici, che converte la potenza CC del pannello in potenza CA-connessa alla rete. Il suo vantaggio principale risiede nella funzione MPPT (Maximum Power Point Tracking) indipendente per ciascun pannello, massimizzando la generazione di energia in caso di mancata corrispondenza tra i pannelli o ombreggiatura parziale. Limita inoltre la tensione CC del sistema a un livello basso di<60 V, reducing the risk of fire and electric shock.

In termini di struttura del circuito, i micro-inverter si sono evoluti da multi-stadio a due-stadio e poi a singolo-stadio [1]. Quando l'elettricità viene prodotta da pannelli fotovoltaici e collegati in parallelo alla rete CA, minori sono le fasi di conversione, maggiore è l'efficienza. Un micro-inverter multi-stadio o due-stadio. È costituito da un DC/DC sul palco anteriore-e da un DC/AC sul palco posteriore-. Lo stadio CC/CC anteriore-è dotato di funzioni MPPT e boost, che aumentano la tensione fino alla tensione del bus CC richiesta per l'inversione, mentre il CC/CA-stadio posteriore è invertito e collegato alla rete.

I microinverter a due-stadi sono ulteriormente suddivisi in due tipi: sorgente di tensione e sorgente di corrente. Il tipo di sorgente di tensione controlla la tensione di uscita sul lato CA. L'uscita dello stadio DC/DC precedente è una tensione DC stabile. Con questo tipo di microinverter, il successivo stadio DC/AC funziona ad alta frequenza. La variabile di controllo primaria di un microinverter di tipo sorgente di corrente è la corrente. La sua uscita lato CC non è più una CC stabile, ma piuttosto un'"onda di panino al vapore" con un componente CA, come mostrato nella Figura 4. Il successivo circuito di conversione della polarità della frequenza di alimentazione separa questa onda di panino al vapore in uscite positive e negative, formando un'onda sinusoidale connessa alla griglia-. Rispetto ai microinverter di tipo-a tensione, questo tipo di microinverter con sorgente di corrente offre uno stress di tensione del dispositivo inferiore e una struttura e un controllo più semplici, il che lo rende ampiamente utilizzato negli attuali modelli di microinverter tradizionali.

Sia i microinverter con sorgente di tensione-che con sorgente di corrente- dispongono di un circuito CC/CA, ma il tipo con sorgente di corrente-richiede un circuito di-frequenza di alimentazione, mentre il tipo con sorgente di tensione-richiede una commutazione ad alta-frequenza. Il circuito di sviluppo ha una struttura semplice, con il MOSFET che funziona alla frequenza di alimentazione e le perdite primarie sono perdite di conduzione. 600V-950 V. CoolMOS™ P7 e persino gli IGBT da 1200 V sono adatti per questa applicazione. Un circuito a ponte intero-è un tipico inverter con sorgente di tensione-, con un ramo che funziona alla frequenza di alimentazione e l'altro che commuta ad alta frequenza per ridurre le armoniche della tensione di uscita. Il design ottimale prevede naturalmente la selezione di MOSFET diversi per le due gambe in base alle condizioni operative, ma è disponibile anche una gamma di CoolMOS™ P7 da 600 V-950 V. Come si può vedere dalla topologia, il circuito di sviluppo ha capacità limitate di compensazione della potenza reattiva a causa delle caratteristiche del dispositivo. Il circuito inverter a ponte intero può funzionare in modo bidirezionale, fornendo ampie capacità di compensazione della potenza reattiva, ma richiede un filtro LCL aggiuntivo.