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MANUALI TECNICI

INVERTER PER UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO IN PARALLELO ALLA LINEA ELETTRICA

L’inverter fotovoltaico è un dispositivo elettronico che trasforma la corrente continua (CC o DC) generata dai pannelli solari in corrente alternata (AC o AC) compatibile con la rete elettrica pubblica o interna. Senza l’inverter, l’energia prodotta dai pannelli non potrebbe essere utilizzata direttamente dalla rete o dagli apparecchi domestici.

Funzione principale dell’inverter in un impianto in parallelo alla rete

• Conversione di energia: Trasforma la corrente continua in corrente alternata con le caratteristiche di tensione e frequenza della rete.
• Sincronizzazione: Sincronizza la fase, tensione e frequenza dell’energia in uscita con quella della rete pubblica, per evitare disturbi o danni.
• Immissione in rete: Condivide l’energia prodotta con la rete elettrica, permettendo di ridurre i consumi o di ottenere incentivi.
• Gestione e monitoraggio: Molti inverter permettono di monitorare le performance dell’impianto, rilevare anomalie e ottimizzare la produzione.

Tipologia di inverter per impianti in parallelo alla rete

• Inverter di tipo “grid-tie” (connessi alla rete): Sono progettati specificamente per immettere energia nella rete pubblica.
• Inverter con funzione di backup: Permettono anche di alimentare le utenze in caso di blackout, ma questa funzione richiede sistemi di accumulo o configurazioni particolari.

Come funziona l’inverter in parallelo alla linea elettrica

• Collegamento in parallelo: L’inverter si collega tra i pannelli fotovoltaici e la rete elettrica, senza interruzioni o disconnessioni che possano interrompere la fornitura di energia.

• Regolazione e sincronizzazione: L’inverter adatta la sua uscita in modo che la corrente immessa in rete sia in fase, con la corretta tensione e frequenza, rispettando le norme di sicurezza e qualità dell’energia.

Componenti principali di un inverter fotovoltaico

• Sezione di conversione DC-AC: Circuiti elettronici (come gli IGBT o MOSFET) che effettuano la conversione.
• Filtro di uscita: Per migliorare la qualità dell’onda sinusoidale, riducendo distorsioni armoniche.
• Sistema di controllo: Per la gestione della fase, tensione, frequenza, e protezioni.
• Sistema di comunicazione: Per il monitoraggio remoto e la configurazione.

SCHEMA A BLOCCHI DI UN INVERTER

1. Il convertitore DC-DC, funziona come un “trasformatore in corrente continua” con un rapporto di trasformazione (vedi glossario) che si adatta alle caratteristiche della produzione del campo fotovoltaico e alle esigenze del carico, ed è in grado di mantenere costante la tensione d’uscita, indipendentemente dalle fluttuazioni di tensione del generatore attraverso il “controllo boost” (boost=aumento produzione). Inoltre, il convertitore DC-DC, attraverso l’inseguitore del punto di massima potenza o MPPT (Maximum Power Point Tracking) consente di estrarre la massima potenza in ogni istante dal campo fotovoltaico.
2. Il convertitore DC/AC trasforma la corrente continua dei moduli fotovoltaici in corrente alternata immettendola nella rete pubblica di distribuzione.
3. Filtro EMC è essenziale per prevenire i disturbi sulla rete di distribuzione riducendo l’emissione di interferenze e migliorando al contempo l’immunità da interferenze interne ed esterne.
4. GFCI (Ground Fault Circuit Interrupter) è l’equivalente americano del nostro differenziale ad alta sensibilità o salvavita.
5. I sistemi di “controllo inverter” monitorano l’intero impianto. Da un lato garantisce che i moduli fotovoltaici funzionino sempre al massimo delle loro prestazioni, in funzione della radiazione solare e della temperatura. Dall’altro monitora costantemente la rete pubblica, ed è responsabile del rispetto dei vari criteri di sicurezza.
6. Il Display serve a visualizzazione i dati di produzione, per misurare la radiazione solare, la temperatura e altri dati. La presa USB RS232 serve per collegarsi con apparati esterni.

Protezioni e normative

• Dispositivi di protezione: Come interruttori differenziali, di terra, protezioni contro sovratensioni e sovracorrenti.
• Disconnessione dalla rete: L’inverter ha sistemi di spegnimento automatico in caso di anomalie o blackout, per prevenire il fenomeno di “backfeeding” (ritrasmissione di energia in rete durante blackout, che può essere pericoloso per gli operatori).

Vantaggi dell’utilizzo di un inverter in parallelo alla rete

• Riduzione dei costi energetici: Immettendo energia in eccesso alla rete, si ottengono incentivi o compensazioni.
• Incremento dell’autoconsumo: Più energia viene utilizzata direttamente in casa, riducendo i costi di rete.
• Rispetto delle normative: Gli inverter moderni rispettano standard di sicurezza e qualità (esempio: norme CEI, IEC).

Considerazioni pratiche per l’installazione

• Posizione dell’inverter: Deve essere installato in un luogo ventilato, protetto da umidità e polvere.

• Dimensionamento: La potenza dell’inverter deve essere compatibile con quella dei pannelli e con il carico dell’impianto.
• Connessione alla rete: Deve essere fatta da tecnici qualificati, rispettando le normative locali e nazionali.

Evoluzioni e tecnologie recenti

• Inverter con MPPT (Maximum Power Point Tracking): Ottimizzano la produzione massimizzando l’energia catturata dai pannelli.
• Inverter ibridi: Possono gestire sia l’immissione in rete che sistemi di accumulo (batterie).
• Smart inverter: Dotati di funzionalità di comunicazione avanzata e capacità di rispondere alle variazioni della rete.

In sintesi:
Un inverter per un impianto fotovoltaico in parallelo alla linea elettrica è un dispositivo che trasforma l’energia solare in energia compatibile con la rete pubblica, permettendo di immettere energia in modo sicuro, stabile e regolamentato. La sua corretta scelta, installazione e gestione sono fondamentali per massimizzare i benefici dell’impianto e garantire la sicurezza di tutte le componenti.

Come funziona tecnicamente in dettaglio

1. Rilevamento della rete e sincronizzazione

L’inverter utilizza sensori di tensione e corrente per monitorare continuamente la rete elettrica pubblica. Attraverso circuiti di feedback, l’inverter determina la fase, la frequenza e l’ampiezza dell’AC della rete.

• Sincronizzazione:
  L’inverter deve allineare la sua uscita in modo che la sua onda sinusoidale abbia la stessa frequenza, fase e ampiezza della rete. Questo processo avviene tramite un circuito di controllo chiamato algoritmo di sincronizzazione.

2. Conversione DC-AC tramite commutazione switch-mode

Il cuore dell’inverter è costituito da dispositivi di commutazione (come IGBT o MOSFET) che vengono attivati e disattivati rapidissimamente.

• Modulazione Pulse Width (PWM):
  L’inverter utilizza tecniche di PWM per generare un’onda sinusoidale a partire da segnali digitali. La larghezza dei singoli impulsi viene modulata per ottenere un’onda più simile possibile a una sinusoide pura.
• Inversione a commutazione:
  I transistor vengono accesi e spenti in modo sequenziale per creare una corrente alternata che, sommata, si avvicina a una sinusoide.

3. Filtraggio e forma d’onda

L’onda generata dai cicli di commutazione presenta armoniche indesiderate.

• Filtro di uscita:
  Un filtro passabasso (costituito da induttori e condensatori) attenua le armoniche e “smussa” l’onda, producendo una sinusoidale di qualità elevata.

4. Immissione nella rete

• Immissione controllata:
  Una volta che l’onda sinusoidale è sincronizzata e di qualità adeguata, l’inverter inietta energia nella rete.
• Controllo di potenza:
  L’inverter regola la quantità di energia immessa in modo che sia compatibile con le condizioni di rete e con la produzione dei pannelli.

Sicurezza e protezioni

Per garantire il funzionamento sicuro e conforme alle normative, gli inverter sono dotati di sistemi di protezione come:

• Protezione anti-islanding:
  Disattiva l’inverter se rileva un’interruzione di rete per evitare che immetta energia in modo non controllato (che potrebbe essere pericoloso per tecnici o danneggiare la rete).
• Protezione da sovratensioni e sovracorrenti:
  Limitano le condizioni di sovraperformance o guasti.
• Monitoraggio remoto e diagnostica:
  Permette di verificare lo stato dell’impianto e intervenire prontamente in caso di anomalie.

Integrazione con sistemi di accumulo e gestione intelligente

Gli inverter più avanzati supportano sistemi di accumulo (batterie) e sono integrati in sistemi di gestione energetica intelligenti, ottimizzando l’uso dell’energia e migliorando l’efficienza complessiva.

In sintesi:
L’inverter fotovoltaico in parallelo alla rete funziona come un sofisticato convertitore che rileva le caratteristiche della rete, sincronizza il proprio segnale di uscita, e utilizza commutatori elettronici per trasformare la corrente continua dei pannelli in una corrente alternata sinusoidale compatibile con la rete, immettendo energia in modo sicuro e controllato.