Header articolo Microinverter fotovoltaici: come ottimizzare la produzione di energia rinnovabile

Microinverter fotovoltaici: la soluzione per ottimizzare l’energia rinnovabile?

Gli impianti fotovoltaici di nuova generazione stanno rivoluzionando il panorama delle energie rinnovabili, diventando una scelta sempre più popolare. Ma come possiamo sfruttarli sempre al massimo? Una soluzione pratica sono i microinverter fotovoltaici, che ottimizzano in modo efficace la produzione di energia rinnovabile.

Scopri tutto ciò che c’è da sapere sui microinverter: dal loro funzionamento e vantaggi, ai confronti con altre tecnologie, fino al ruolo dell’elettronica di potenza e al collegamento in parallelo di più unità.

Valutazione dell’efficienza e dell’impatto del fotovoltaico

In un’epoca in cui l’attenzione verso la sostenibilità e l’ambiente è in costante crescita, il fotovoltaico si presenta come una soluzione promettente per affrontare le sfide energetiche del presente e del futuro. Tuttavia, non sempre il fotovoltaico è la soluzione ideale per ogni situazione. È fondamentale comprendere i vantaggi, i limiti e l’impatto ambientale di questa tecnologia per valutare se sia effettivamente la scelta migliore in ogni contesto.

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Nell’articolo precedente, “Quando il fotovoltaico (non) è la soluzione“, abbiamo esplorato le varie sfaccettature del fotovoltaico, dalla scala di applicazione alle nuove tecnologie più efficienti e connesse, passando per la scelta dei pannelli fotovoltaici e l’importanza di un approccio ecosostenibile nella produzione e nel riciclo dei componenti.

Oggi, invece, ci concentriamo sui microinverter e su come possono migliorare la produzione di energia rinnovabile ed ottimizzare l’efficienza energetica.

Cosa sono i microinverter fotovoltaici?

Un microinverter fotovoltaico è un dispositivo elettronico di potenza che converte la corrente continua (DC) generata dai pannelli solari in corrente alternata (AC). Una caratteristica importante dei microinverter è la loro capacità di adattarsi alle variazioni delle condizioni ambientali e delle prestazioni dei pannelli solari.

Come suggerisce il nome, rispetto agli inverter di stringa standard i microinverter hanno dimensioni e capacità “micro”. Mentre questi ultimi hanno generalmente una potenza che va da 1,5 a 5 kW, i microinverter tipicamente non superano 300W.

Infatti, a differenza degli inverter centralizzati o string inverter, questi vengono installati direttamente su ogni singolo pannello. In questo modo, ogni modulo sarà indipendente dall’impianto.

Perché utilizzare i microinverter?

microinverter per aumentare efficienza energetica fotovoltaico

Se si considerano i costi immediati, gli inverter di stringa risultano essere una soluzione più economica, data la minor quantità di componenti rispetto ai microinverter. Tuttavia, i costi a lungo termine possono superare ampiamente i vantaggi iniziali.

Anche se un inverter di stringa può ad esempio gestire l’energia prodotta da una serie di 5-10 pannelli, questo funziona solamente al livello del pannello meno efficiente. Pertanto, se un pannello viene oscurato da sporcizia o ombra, tutti gli altri pannelli collegati a quell’inverter subiranno una riduzione nella capacità di produzione energetica.

Vantaggi e svantaggi

Per quanto riguarda i microinverter in sé, questi offrono numerosi vantaggi rispetto agli inverter tradizionali:

  1. Ottimizzazione energetica: Grazie all’indipendenza di ogni pannello solare, i microinverter permettono di massimizzare la produzione energetica di ogni singolo pannello, minimizzando invece l’impatto di ombreggiamenti o variazioni di orientamento e inclinazione.
  2. Scalabilità: La possibilità di aggiungere nuovi pannelli solari senza dover sostituire l’intero inverter, consente una maggiore flessibilità nella progettazione e nell’espansione dell’impianto fotovoltaico.
  3. Monitoraggio e controllo: I microinverter permettono di monitorare le prestazioni di ogni pannello solare individualmente, facilitando l’identificazione e la risoluzione dei problemi.
  4. Sicurezza: Poiché i microinverter convertono la corrente continua in corrente alternata a livello di ogni pannello, il rischio di cortocircuiti e incendi è ridotto.
  5. Durata: I microinverter hanno generalmente una durata maggiore rispetto agli inverter centralizzati, in quanto sono meno soggetti a surriscaldamento e stress termico.

Tuttavia, i microinverter presentano anche alcuni svantaggi:

  1. Costo: Il costo iniziale di un impianto fotovoltaico con microinverter è generalmente superiore rispetto a un sistema con inverter centralizzato, dato che ogni inverter deve essere installato in prossimità del pannello (di solito su un tetto).
  2. Complessità dell’installazione: L’installazione di microinverter richiede più tempo ed attenzione, ma sono anche più difficili da mantenere e più costosi da sostituire.

Per renderli una scelta più conveniente, alcuni produttori hanno progettato dei pannelli fotovoltaici con microinverter integrato.

Come funzionano i microinverter?

Elettronica di potenza: il cuore dei microinverter

L’elettronica di potenza gioca un ruolo fondamentale nel funzionamento dei microinverter, consentendo la conversione efficiente della corrente continua (DC) generata dai pannelli solari in corrente alternata (AC). Per farlo, all’interno di un microinverter è presente sia una sezione di controllo che di elettronica di potenza vera e propria.

Componenti elettronica di potenza e microinverter

Confronto tra tecnologie e materiali diversi

Non tutti i microinverter sono uguali: le prestazioni di un microinverter dipendono in gran parte dalla qualità dei componenti elettronici utilizzati e dall’efficienza dei circuiti di conversione.

Un esempio? Nel confronto tra diverse tecnologie e materiali utilizzati, abbiamo visto come i dispositivi basati su SiC e GaN offrono molti vantaggi rispetto ai dispositivi tradizionali a base di silicio (Si).

Questi dispositivi offrono una maggiore efficienza nella conversione dell’energia, riducendo le perdite e migliorando la densità di potenza, il che si traduce in microinverter più compatti, leggeri e con una maggiore durata, in quanto meno soggetti a guasti dovuti a surriscaldamento e stress termico.

Inoltre, i dispositivi in SiC e GaN presentano una maggiore tolleranza alle alte tensioni e alle variazioni di temperatura, garantendo una maggiore affidabilità anche in condizioni ambientali estreme.

MPTT: Maximum Power Point Tracking

Per ottimizzare la produzione energetica, i microinverter utilizzano degli algoritmi di controllo avanzati, come il Maximum Power Point Tracking (MPPT). L’obiettivo è quello di mantenere il punto di massima potenza (MPP) dei pannelli solari in ogni momento, anche quando cambiano le condizioni ambientali.

Il punto MPP rappresenta il punto in cui la potenza prodotta dal pannello solare è massima, ovvero la combinazione di corrente e tensione che fornisce la massima potenza in uscita. Questo punto varia in base alle condizioni ambientali, come l’irraggiamento solare, la temperatura e l’ombreggiamento.

Adattamento alle condizioni ambientali

Per comprendere come funziona l’MPPT, è necessario prima conoscere la curva caratteristica corrente-tensione (IV) del pannello solare. Questa curva rappresenta la relazione tra la corrente e la tensione prodotte dal pannello solare per diversi livelli di illuminazione solare e temperatura ambiente.

La figura seguente mostra un esempio di curva IV:

Come si può vedere, nella curva IV è presente un punto di massima potenza (MPP) che si trova al centro della curva.

Nei microinverter, l’MPPT utilizza questa curva per individuare il punto MPP del pannello solare e regolare tramite un algoritmo di controllo la tensione e la corrente in modo ottimale.

L’algoritmo di controllo utilizza un ciclo di feedback, in cui la tensione e la corrente del pannello solare sono costantemente monitorate e confrontate con il MPP stimato.

L’MPTT può essere implementato utilizzando diverse strategie di controllo, come Perturb and Observe (P&O), Incremental Conductance (INC), Fractional Open Circuit Voltage (FOCV) e Ripple Correlation Control (RCC). Ciascun algoritmo ha vantaggi e svantaggi specifici e deve essere scelto in base alle esigenze del progetto.

Controllo con convertitore DC/DC controllato

In genere, il controllo prevede l’utilizzo di un convertitore DC-DC controllato, che regola la tensione di ingresso dell’inverter per massimizzare la potenza prodotta dal pannello solare.

Il convertitore DC-DC controllato utilizza un circuito di controllo a retroazione per monitorare la potenza in uscita dal pannello solare e variare la tensione di ingresso dell’inverter.

Il controllo dell’MPPT può essere realizzato utilizzando diverse tecniche di modulazione, tra cui la modulazione di larghezza di impulso (PWM) e la modulazione a larghezza di impulso variabile (VPWM).

Collegamento in parallelo di più microinverter

Il collegamento in parallelo di più microinverter è un aspetto fondamentale nella progettazione di un impianto fotovoltaico. Poiché ciascun microinverter è associato a un singolo pannello solare, il loro collegamento in parallelo permette di combinare la corrente alternata prodotta da ciascun pannello per alimentare l’intero sistema.

Il collegamento in parallelo offre diversi vantaggi:

  1. Riduzione delle perdite di potenza: Le perdite di potenza dovute alla resistenza dei cavi elettrici sono direttamente proporzionali alla corrente che scorre attraverso di essi. Poiché il collegamento in parallelo divide la corrente tra più cavi, le perdite complessive sono ridotte.
  2. Flessibilità: Il collegamento in parallelo consente di adattare facilmente l’impianto fotovoltaico alle esigenze specifiche dell’utente, come ad esempio l’aggiunta o la rimozione di pannelli solari senza influenzare il funzionamento degli altri.
  3. Tolleranza ai guasti: Se un microinverter dovesse guastarsi, gli altri microinverter collegati in parallelo continueranno a funzionare normalmente, riducendo l’impatto del guasto sull’intero sistema.

Conclusione

In conclusione, i microinverter fotovoltaici rappresentano una soluzione innovativa e promettente per migliorare l’efficienza e l’affidabilità degli impianti fotovoltaici. Tuttavia, è importante valutare attentamente i pro e i contro di questa tecnologia per scegliere la soluzione migliore in ogni contesto.
Man mano che la domanda di energia rinnovabile continua a crescere e le tecnologie associate si evolvono, è probabile che i microinverter diventino sempre più diffusi nei sistemi fotovoltaici del futuro.

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Ivan Scordato