L'inverter è uno dei dispositivi più importanti di un impianto solare. È un dispositivo che converte la corrente continua (DC) generata dai pannelli solari in corrente alternata (AC) utilizzata dalla rete. Nella corrente continua, la corrente scorre in una direzione a tensione costante. Nella corrente alternata, la corrente scorre in entrambe le direzioni in un circuito quando la tensione cambia da positiva a negativa. L'inverter è solo un tipo di dispositivo elettronico di potenza che regola il flusso di energia.
Fondamentalmente, un inverter converte la corrente continua in corrente alternata commutando molto rapidamente la direzione dell'ingresso della corrente continua. I filtri e altri dispositivi elettronici possono essere utilizzati per produrre una tensione che varia sotto forma di onda sinusoidale pulita e ripetitiva che può essere iniettata nella rete. Un'onda sinusoidale è la forma o l'andamento delle variazioni di tensione nel tempo e rappresenta un modello di potenza che la rete può utilizzare senza danneggiare i dispositivi elettrici progettati per funzionare a una frequenza e a una tensione specifiche.
I primi invertitori sono stati creati nel XIX secolo ed erano meccanici. Un motore rotante poteva essere utilizzato per cambiare continuamente la connessione in avanti o indietro di una sorgente di alimentazione CC. Oggi gli interruttori elettrici sono realizzati con transistor, dispositivi a stato solido privi di parti in movimento. I transistor sono costituiti da materiali semiconduttori come il silicio o l'arseniuro di gallio. Controllano il flusso di elettricità in base a segnali elettrici esterni.
Se avete unsistema solare domesticoL'inverter ha probabilmente diverse funzioni. Oltre a convertire l'energia solare in corrente alternata, può monitorare il sistema e fornire un portale per la comunicazione con le reti informatiche. I sistemi di accumulo con energia solare e batteria si affidano a inverter avanzati per funzionare senza il supporto della rete durante le interruzioni di corrente (se sono progettati per farlo).
Verso una rete basata su inverter
Storicamente, l'elettricità è stata prodotta principalmente bruciando combustibile per creare vapore, che poi fa girare i generatori a turbina. Il movimento di questi generatori crea corrente alternata mentre i dispositivi girano, determinando anche la frequenza, ovvero il numero di volte in cui l'onda sinusoidale si ripete. La frequenza dell'alimentazione è un indicatore importante dello stato di salute della rete. Ad esempio, se il carico è eccessivo (troppi dispositivi che consumano energia), l'energia viene consumata dalla rete più velocemente di quanto possa essere fornita. Di conseguenza, le turbine rallentano e la frequenza della corrente alternata diminuisce. Poiché le turbine sono oggetti rotanti di grandi dimensioni, resistono alle variazioni di frequenza proprio come tutti gli oggetti resistono alle variazioni di moto, una proprietà chiamata inerzia.
Con l'aggiunta di un maggior numero di sistemi solari alla rete, vengono collegati alla rete più inverter che mai. La generazione con inverter può produrre energia a qualsiasi frequenza e, non essendo coinvolta una turbina, non ha le stesse caratteristiche di inerzia della generazione a vapore. Pertanto, la transizione verso una rete con un numero maggiore di inverter richiede la costruzione di inverter più intelligenti, in grado di rispondere alle variazioni di frequenza e ad altre interruzioni che si verificano durante il funzionamento della rete e di contribuire a stabilizzare la rete da queste interruzioni.
Servizi di rete e inverter
I gestori di rete gestiscono l'offerta e la domanda di elettricità sul sistema elettrico fornendo una serie di servizi di rete. I servizi di rete sono attività che i gestori di rete svolgono per mantenere l'equilibrio del sistema e gestire meglio la trasmissione di energia elettrica.
Quando la rete non funziona più come previsto, ad esempio quando la tensione o la frequenza si discostano, gli inverter intelligenti possono rispondere in vari modi. In generale, lo standard per gli inverter di piccole dimensioni, come quelli collegati a un impianto solare domestico, è quello di rimanere in funzione o "cavalcare" le interruzioni in caso di piccole interruzioni di tensione o frequenza, mentre si scollegano automaticamente dalla rete e si spengono se l'interruzione dura a lungo o è maggiore del normale. La risposta in frequenza è particolarmente importante perché i cali di frequenza sono associati a una generazione offline inaspettata. In risposta alle variazioni di frequenza, gli inverter sono configurati per modificare la loro potenza in uscita per ripristinare la frequenza standard. Le risorse basate su inverter possono anche rispondere ai segnali dell'operatore per modificare la loro produzione di energia in base alle fluttuazioni della domanda e dell'offerta sul sistema elettrico, un servizio di rete chiamato controllo automatico della generazione. Per fornire servizi di rete, l'inverter deve disporre di una fonte di energia che può controllare. Può trattarsi di una fonte di generazione, come un pannello solare che sta generando energia, o di un sistema di accumulo, come una batteria che può essere utilizzata per fornire l'energia precedentemente immagazzinata.
Un altro servizio di rete che alcuni inverter avanzati possono fornire è la formazione della rete. Gli inverter che formano la rete possono avviare la rete quando si verifica un guasto, un processo chiamato black start. Gli inverter tradizionali "grid-following" richiedono un segnale esterno dalla rete per determinare quando commutare per produrre un'onda sinusoidale da iniettare nella rete. In questi sistemi, l'energia della rete fornisce il segnale che l'inverter cerca di riprodurre. Gli inverter più avanzati che formano la rete possono generare il segnale da soli. Ad esempio, una piccola rete di pannelli solari può designare uno dei suoi inverter per operare in modalità grid-forming, e gli altri inverter seguono il suo esempio come partner ballerini, formando una rete stabile senza alcuna generazione da turbina.
La potenza reattiva è uno dei servizi di rete più importanti che gli inverter possono fornire. Nella rete elettrica, la tensione (la forza che spinge le cariche elettriche) è sempre in movimento, così come la corrente (il movimento delle cariche elettriche). Quando la tensione e la corrente sono sincronizzate, l'energia elettrica viene massimizzata. Tuttavia, a volte può esserci un ritardo tra le due modalità alternate di tensione e corrente, come quando un motore è in funzione. Se non sono sincronizzate, parte dell'energia che attraversa il circuito non può essere assorbita dalle apparecchiature collegate, con conseguenti perdite di efficienza. Per produrre la stessa quantità di potenza "reale" (quella che il carico può assorbire) è necessaria una maggiore potenza totale. Per contrastare questa situazione, le aziende di distribuzione forniscono energia reattiva per riportare la tensione e la corrente in sincronia, rendendo l'elettricità più facile da consumare. La potenza reattiva in sé non viene utilizzata, ma consente ad altra potenza di diventare utile. I moderni inverter possono sia fornire che assorbire potenza reattiva per aiutare la rete a bilanciare questa importante risorsa. Inoltre, poiché la potenza reattiva è difficile da trasmettere su lunghe distanze, le risorse energetiche distribuite come l'energia solare sui tetti sono fonti particolarmente utili di potenza reattiva.
