Inverter di stringa, inverter ibrido, sistema ad ottimizzatori, microinverters: conosci le principali differenze tra i sistemi di conversione più in voga nel mercato degli impianti fotovoltaici di tipo residenziale o piccola taglia?
Se stai valutando l’installazione di un tuo impianto fotovoltaico sicuramente già sai di cosa sto per parlarti e di cosa tratterà questo breve articolo.
Conosci già quindi l’importanza di un sistema di conversione per un impianto che dovrà produrre energia elettrica grazie all’irraggiamento solare e che dovrà alimentare la tua casa o azienda per i prossimi 25/30 anni (… magari anche di più).
Se non lo sai, sappi che un sistema di conversione in un impianto fotovoltaico ha il fondamentale compito di trasformare l’energia prodotta dai moduli fotovoltaici in energia utilizzabile dalla rete elettrica domestica o aziendale (230 v o 400 v e 50 hz).
Il sistema di conversione sta ad un impianto fotovoltaico come il cervello sta al corpo umano!
Grazie a questo articolo cercherò di far luce sulle principali caratteristiche e potenzialità dei sistemi di conversione che vanno per la maggiore.
Iniziamo!
Come premessa è bene enunciare il concetto di MPPT e quello di stringa.
Il concetto di MPPT (Maximum Power Point Tracker) è alla base della tecnologia utilizzata per produrre energia in corrente alternata partendo dall’energia fotovoltaica (in corrente continua).
Ogni pannello fotovoltaico ha una propria risposta, in tensione e corrente, all’irraggiamento solare, risposta che è schematizzata dalla sua curva caratteristica di tensione-corrente.
In sostanza la conversione dell’energia avviene “inseguendo” la curva di tensione-corrente nei punti in cui il loro rapporto (potenza) è massimo.
Una stringa di moduli fotovoltaici è invece la serie elettrica di un gruppo di moduli fotovoltaici.
Un insieme, ad esempio, di 10 moduli fotovoltaici collegati in serie elettrica formano una stringa di 10 moduli fotovoltaici.
Una stringa di 10 moduli fotovoltaici ha una propria curva tensione-corrente che è la risultante della curva tensione-corrente di ogni modulo fotovoltaico.
Un modulo fotovoltaico con una risposta all’irraggiamento solare di tipo non ottimale , perché ombreggiato, sporco, o per qualsiasi altro motivo, appartenente ad una determinata stringa di moduli, la influenza negativamente, si può affermare che rappresenti un vero e proprio “collo di bottiglia”.
Inverter fotovoltaico di stringa
L’inverter di stringa è, per un’utenza di tipo residenziale, il sistema di conversione classico per antonomasia.
E’ il sistema di conversione che da subito ha accompagnato la diffusione del fotovoltaico nel mondo e quindi anche in Italia.
Gli inverte di stringa, per installazioni di tipo residenziale, hanno uno o al massimo due canali di MPPT e quindi possono ottimizzare la produzione di al massimo due stringhe (due sottocampi fotovoltaici) di moduli fotovoltaici.
Pro: vista la sua anzianità, è una tecnologia molto collaudata e affidabile, semplice nel suo utilizzo e nella manutenzione.
Rappresenta la soluzione più economica per chi sta valutando l’installazione di un impianto fotovoltaico per coprire i propri consumi.
Contro: un inverter di stringa, avendo al massimo due inseguitori MPPT, non è indicato per campi fotovoltaici suddivisi in più di due sottocampi.
In un inverter di stringa la gestione degli ombreggiamenti è quasi completamente affidata al numero di diodi di bypass dei moduli fotovoltaici. Rispetto, alla versione ibrida, non può interfacciarsi direttamente con un sistema di accumulo e non vi è la possibilità di monitorare minuziosamente l’impianto fotovoltaico.
Nell’immagine seguente un inverter di stringa della tedesca SMA:
Inverter fotovoltaico ibrido.
Un inverter ibrido è un sistema di conversione che, oltre a fare le veci del classico inverter di stringa, integra al suo interno il dispositivo per la gestione di un eventuale sistema di accumulo, gestione che tipicamente è fatta lato corrente continua e che risulta essere più efficiente rispetto ad un sistema lato corrente alternata (si pensi al numero di trasformazioni CC/AC).
Pro: per chi è interessato all’installazione di un sistema di accumulo rappresenta la soluzione, più compatta, più economica (non è necessario installare un ulteriore dispositivo per la gestione della batteria) ed efficiente (quanto scritto appena su).
Contro: per quanto riguarda il puro processo di trasformazione da energia CC ad energia AC, integra, con il suoi limiti, un inverter di tipo classico, senza la possiblità quindi di ottimizzare la produzione e di monitorare minuziosamente il sistema.
Nell’immagine seguente un inverter ibrido della Huawei:
Sistema ad ottimizzatori per impianti fotovoltaici.
Gli ottimizzatori sono dei dispositivi elettronici che, installati posteriormente ad ogni pannello, hanno il compito di ottimizzare la produzione di ogni modulo fotovoltaico.
Gli ottimizzatori sostanzialmente modificano i valori di corrente e tensione in uscita al modulo fotovoltaico (e quindi al suo ingresso) lasciando inalterato il loro prodotto (la potenza), la natura in continua dell’energia rimane inalterata. Per questo motivo hanno necessità di un inverter.
Ogni ottimizzatore rappresenta un vero e proprio inseguitore MPPT per ogni modulo fotovoltaico.
Pro: la produzione è ottimizzata ed essendoci un ottimizzatore, e quindi un inseguitore di MPPT, per ogni modulo, si può affermare che i moduli risultano essere tutti indipendenti.
Le performance non ottimali, dovute ad ombreggiamenti o anche a semplici mismatching, di ogni modulo, non influenzano le performance degli altri moduli costituenti il campo fotovoltaico.
Grazie agli ottimizzatori è possibile monitorare il campo fotovoltaico modulo per modulo!
Un sistema ad ottimizzatori è più sicuro perché ogni ottimizzatore si spegne appena il corrispondente modulo presenta dei problemi.
Per alcune marche vi è la possibilità di aggiungere pannelli di diversa taglia e modello.
Contro: il sistema risulta essere più complesso e un vecchio detto recita: più dispositivi, più possibilità di rottura.
Se da una parte l’introduzione degli ottimizzatori ottimizza l’impianto, d’altra parte ogni dispositivo che “gestisce” l’energia prodotta dai moduli fotovoltaici introduce una piccola inefficienza.
Il sistema è abbastanza complesso da gestire e presuppone una certa familiarità con la tecnologia digitale.
NOTA BENE: Vi è inoltre la possibilità di aggiungere gli ottimizzatori ad un sistema di conversione di tipo classico senza acquistare per forza il sistema integrato (inverter e ottimizzatori dello stesso produttore), soluzione che però personalmente preferisco evitare e dedicare esclusivamente alle operazioni di retrofit (migliorie su impianti esistenti).
Nell’immagine seguente inverter e ottimizzatore Solaredge:
Microinverter
I microinverter sono, come gli ottimizzatori, dei piccoli dispositivi elettronici che tipicamentee si installano posteriormente ai moduli fotovoltaici. La differenza sostanziale tra i due tipi di dispositivi è che i microinverters oltre ad ottimizzare la produzione dei moduli fotovoltaici la trasformano in energia in corrente alternata e quindi direttamente utilizzabile dall’utenza che li ospita, per questo motivo non hanno bisogno di altro inverter come per gli ottimizzatori.
I microinverters sono tipicamente utilizzati su impianti da balcone composti da pochi pannelli fotovoltaici (uno o due).
Pro: la produzione è ottimizzata a livello di modulo, ogni modulo produce in maniera indipendente. Non essendoci bisogno di un inverter centrale la complessità circuitale è ridotta e più efficiente rispetto al caso in cui si utilizzano gli ottimizzatori. Consentono la configurazione di microimpianti.
Grazie ai microinverters è possibile monitorare il campo fotovoltaico modulo per modulo!
E’ un sistema più sicuro perché ogni microinverter si spegne appena il corrispondente modulo presenta dei problemi.
Contro: per impianti classici, e quindi composti da almeno 4/5 moduli, il sistema risulta essere più complesso e vale il detto recitato per il caso degli ottimizzatori: più dispositivi, più possibilità di rottura.
