Como equipo principal de los sistemas de generación de energía fotovoltaica, los inversores se utilizan para convertir el voltaje de CC variable generado por los módulos fotovoltaicos en energía de CA a la frecuencia de la red, que es uno de los equilibrios importantes del sistema en los sistemas de conjuntos fotovoltaicos. En la actualidad, los inversores habituales en el mercado son los inversores centralizados, los inversores string y los microinversores. A continuación, compararemos y analizaremos estos tres tipos de inversores.
1 inversor centralizado
La tecnología inverter es la conexión de varios strings fotovoltaicos en paralelo al terminal de entrada DC de un mismo inversor centralizado. Generalmente, los módulos de potencia IGBT trifásicos se utilizan para sistemas de alta potencia y los transistores de efecto de campo se utilizan para sistemas de baja potencia. Al mismo tiempo, los controladores de conversión DSP se utilizan para mejorar la calidad de la energía eléctrica generada, acercándola mucho a la corriente de onda sinusoidal. Generalmente se utiliza en grandes sistemas de centrales fotovoltaicas de más de 10KW.
Los inversores centralizados se utilizan generalmente en sistemas de generación de energía a gran escala, como fábricas, centrales eléctricas en el desierto y centrales eléctricas terrestres con luz solar uniforme. La potencia total del sistema es grande, normalmente por encima del nivel de megavatios.
Las principales ventajas son:
1. La cantidad de inversores es pequeña, lo que facilita su administración;
2. El inversor tiene una pequeña cantidad de componentes y alta confiabilidad;
3. Bajo contenido de armónicos, bajo componente de CC y alta calidad de energía;
4. El inversor tiene alta integración, alta densidad de potencia y bajo costo;
5. El inversor tiene funciones de protección completas y alta seguridad de la central eléctrica;
6. Tiene función de regulación del factor de potencia y función de funcionamiento de bajo voltaje, con buen rendimiento de regulación de red.
Los principales inconvenientes son:
1. La tasa de fallas de la caja combinadora de CC es alta, lo que afecta a todo el sistema;
2. El rango de voltaje MPPT de los inversores centralizados es estrecho, generalmente 450-820V, y la configuración de los componentes no es flexible. El tiempo de generación de energía es corto en áreas con clima nublado y con niebla;
3. La instalación y el despliegue de salas de máquinas de inversores son difíciles y requieren salas de máquinas y equipos dedicados;
4. El propio inversor consume mucha energía y la ventilación y disipación de calor en la sala de ordenadores consumen mucha electricidad, lo que hace que el mantenimiento del sistema sea relativamente complejo;
5. En un sistema inversor conectado a la red centralizada, el conjunto de componentes llega al inversor a través de dos confluencias. La función de seguimiento de potencia máxima (MPPT) del inversor no puede monitorear el funcionamiento de cada componente, por lo que es imposible mantener cada componente en su punto óptimo de trabajo. Cuando un componente falla o queda bloqueado por sombras, afectará la eficiencia de generación de energía de todo el sistema;
6. No hay capacidad de redundancia en el sistema inversor conectado a la red centralizada. En caso de un apagado por falla, todo el sistema dejará de generar electricidad.
Inversor de 2 cuerdas
El inversor de cadena se basa en el concepto modular, donde cada cadena fotovoltaica (1-5kw) pasa a través de un inversor con seguimiento del pico de potencia máxima en el extremo de CC y conexión a red paralela en el extremo de CA. Se ha convertido en la actualidad en el inversor más popular del mercado internacional.
Los inversores de cadena se utilizan principalmente para sistemas de generación de energía fotovoltaica en tejados de tamaño pequeño y mediano y para pequeñas centrales eléctricas terrestres.
Las principales ventajas son:
1. El inversor de cadena adopta un diseño modular, donde cada cadena fotovoltaica corresponde a un inversor. El extremo de CC tiene una función de seguimiento de potencia máxima y el extremo de CA está conectado en paralelo a la red. Su ventaja es que no se ve afectado por las diferencias de módulos entre cadenas y la obstrucción de sombras, al tiempo que reduce el desajuste entre el punto de funcionamiento óptimo de los módulos fotovoltaicos y el inversor, y maximiza la generación de energía;
2. El rango de voltaje MPPT de los inversores de cadena es amplio y generalmente oscila entre 250-800V. El componentela configuración nt es más flexible y el tiempo de generación de energía es más largo en áreas con clima nublado y con niebla;
3. El inversor conectado a red tipo cadena tiene un volumen pequeño, peso ligero y es muy fácil de transportar e instalar. No requiere herramientas ni equipos profesionales, ni una sala de distribución dedicada. Puede simplificar la construcción y reducir la ocupación del suelo en diversas aplicaciones. Las conexiones de línea de CC tampoco requieren cajas combinadoras de CC ni gabinetes de distribución de CC. El tipo de cadena también tiene ventajas tales como bajo consumo de energía, mínimo impacto de falla y fácil reemplazo y mantenimiento.
Los principales inconvenientes son:
1. Hay muchos componentes electrónicos, con dispositivos de potencia y circuitos de señal en la misma placa, lo que hace que sea difícil de diseñar y fabricar, y un poco menos confiable;
2. El espacio libre eléctrico de los dispositivos eléctricos es pequeño, lo que los hace inadecuados para áreas de gran altitud e instalación en exteriores. La exposición al viento y al sol puede provocar fácilmente el envejecimiento de la carcasa y del disipador de calor;
3. Sin un diseño de transformador de aislamiento, la seguridad eléctrica es ligeramente deficiente y no es adecuada para el sistema de puesta a tierra negativo de componentes de película delgada. El componente de CC es grande y tiene un impacto significativo en la red eléctrica;
4. Cuando se conectan varios inversores en paralelo, el armónico total es alto y el THDI de un solo inversor se puede controlar por encima del 2%. Sin embargo, si se conectan más de 40 inversores en paralelo, el armónico total se superpondrá y será difícil de suprimir;
5. Con una gran cantidad de inversores, la tasa total de fallas aumentará, lo que dificultará el monitoreo del sistema;
6. Sin disyuntores de CC y disyuntores de CA, y sin fusibles de CC, no es fácil desconectarlo cuando el sistema no funciona correctamente;
7. Un solo inversor puede lograr la función de voltaje cero, pero cuando se conectan varias máquinas en paralelo, es difícil lograr la función de voltaje cero, la regulación de potencia reactiva, la regulación de potencia activa y otras funciones.
3 microinversores
Los microinversores pueden lograr el máximo seguimiento del punto de potencia a nivel del panel, con ventajas sobre los inversores centrales. Esto puede optimizar la potencia de salida de cada módulo para maximizar la potencia de salida general.
Las principales ventajas son:
1. Cuando uno o incluso varios módulos fallan, el sistema aún puede continuar suministrando electricidad a la red con alta disponibilidad; Opcionalmente se pueden configurar múltiples módulos redundantes para mejorar la confiabilidad del sistema;
2. Configuración flexible, que permite a los usuarios instalar células fotovoltaicas según su capacidad financiera en el mercado interno;
3. Reducir eficazmente el impacto de las sombras causadas por el enmascaramiento local en la potencia de salida;
4. Sin electricidad de alto voltaje, instalación más segura, simple y rápida, menores costos de mantenimiento e instalación y menor dependencia de los proveedores de servicios de instalación;
5. Al aumentar la generación de energía de cada módulo inversor y rastrear la potencia máxima, se puede rastrear el punto de potencia máxima de un solo componente, lo que puede aumentar considerablemente la generación de energía del sistema fotovoltaico en un 25%.
Los principales inconvenientes son:
1. Los escenarios de aplicación de los microinversores son generalmente adecuados para hogares con tejados, pero sus aplicaciones son limitadas;
2. El costo de los microinversores es relativamente mayor en comparación con los inversores centralizados y los inversores de cadena.
Mediante un análisis comparativo, los inversores de cadena tienen ventajas sobre los inversores centralizados y los microinversores en términos de tasa de fallas, seguridad del sistema y costos de operación y mantenimiento. Tienen una mayor confiabilidad del sistema y pueden garantizar el funcionamiento seguro y confiable a largo plazo de las centrales eléctricas.