Painéis fotovoltaicos de energia solar

Instalação solar térmica

Usina de energia solar
Termelétrica

Inversor de potência

Inversor de potência

Um inversor é um dispositivo eletrônico. A função do inversor é alterar uma tensão de entrada CC para uma tensão de saída CA simétrica, com a magnitude e frequência desejadas pelo usuário. Os inversores usam em uma grande variedade de aplicações, desde pequenas fontes de alimentação para computadores até aplicações industriais para controlar altas potências. Os inversores também são usados para converter a corrente contínua gerada por painéis solares fotovoltaicos, acumuladores ou baterias, etc., em corrente alternada e assim poder ser injetada na rede elétrica ou usada em instalações elétricas isoladas.

Um inversor simples consiste em um oscilador que controla um transistor, que é usado para interromper a corrente de entrada e gerar uma onda retangular.

Esta onda retangular alimenta um transformador que suaviza sua forma, fazendo com que ela pareça um pouco mais com uma onda senoidal e produza a tensão de saída necessária. A forma de onda da saída de tensão de um inversor ideal deve ser sinusoidal. Uma boa técnica para conseguir isso é usar a técnica PWM, fazendo com que o componente sinusoidal principal seja muito mais alto do que os harmônicos mais altos.

Investidores recentes começaram a utilizar formas mais avançadas de transístores ou outros dispositivos semelhantes, tais como tiristores, triacs ou IGBT.

Os inversores mais eficientes usam vários dispositivos eletrônicos para tentar chegar a uma onda que simule razoavelmente uma onda senoidal na entrada do transformador, em vez de depender de suavizar a onda.

Eles podem ser classificados em geral em dois tipos:

  • inversores monofásicos
  • inversores trifásicos.

Capacitores e indutores podem ser usados para suavizar o fluxo de corrente para e do transformador.

Além disso, é possível produzir uma chamada "onda senoidal modificada", que é gerada a partir de três pontos: um positivo, um negativo e um terra. Um circuito lógico é responsável por ativar os transistores para que eles alternem corretamente. Inversores de onda senoidal modificados podem causar certas cargas, como motores, por exemplo; operar com menos eficiência.

Mais inversores avançada utilizar a modulação de largura de impulso com uma frequência de portadora muito mais elevada para corresponder melhor a modulações de onda de espaço vectorial a distorção harmónica melhorar saída seno. Você também pode predistortar a onda para melhorar o fator de potência (body & Phi;).

Inversores fotovoltaicos para a entrada na rede

Os inversores fotovoltaicos para a entrada na rede elétrica são um tipo específico de inversor projetado especificamente para converter energia elétrica na forma de corrente contínua produzida por um módulo fotovoltaico em corrente alternada para ser alimentada diretamente à rede elétrica. A saída atual do painel solar é inicialmente na forma de corrente contínua.

Estas máquinas estendem a função básica de um inversor genérico com funções extremamente sofisticadas e avançadas, através do uso de sistemas especiais de controle de software e hardware que permitem extrair a máxima potência disponível em todas as condições climáticas dos painéis solares.

Esta função é chamada MPPT. Os painéis fotovoltaicos, de fato, têm uma curva característica de tensão / intensidade tal que existe um ponto de trabalho ótimo, chamado de ponto de potência máxima, onde é possível extrair a potência máxima disponível.

Este ponto característico varia continuamente de acordo com o nível de radiação solar que atinge a superfície das células fotovoltaicas. É evidente que um inversor capaz de permanecer "viciado" neste ponto sempre obterá a potência máxima disponível em qualquer condição. Existem várias técnicas para implementar a função MPPT, que diferem em termos de desempenho dinâmico (tempo de estabilização) e precisão. Embora a precisão do MPPT seja extremamente importante, o tempo de estabelecimento é, em alguns casos, ainda maior. Embora todos os fabricantes de inversores possam obter alta precisão no MPPT (geralmente entre 99-99,6% do máximo disponível), apenas alguns podem combinar precisão em velocidade.

Na verdade, em dias com nebulosidade variável, há grandes e súbitas mudanças na energia solar. É muito comum para detectar variações de 100 watts / m² 1000-1200 watts / m em menos de 2 segundos. Sob estas condições, que são muito comuns, um inversor com a resolução vezes de menos de 5 segundos pode produzir até 5% a 10% mais energia do que um lento.

Alguns inversores fotovoltaicos são equipados com estágios de potência modulares, e alguns são equipados com um MPPT para cada estágio de potência. Desta forma, os fabricantes permitem que o sistema de engenharia tenha liberdade para configurar operações independentes mestre / escravo ou MPPT. O uso de MPPTs independentes fornece uma vantagem objetiva em condições de irradiação não uniforme do painel. De fato, não é incomum que a superfície dos painéis solares seja exposta ao Sol de uma maneira que difira em todo o campo. Isso ocorre porque é organizado em dois níveis diferentes do telhado, uma vez que os módulos não são distribuídos em cadeias de igual comprimento ou devido a um sombreamento parcial dos mesmos módulos. Nesse caso, o uso de um único MPPT faria com que o inversor trabalhasse fora do ponto de máxima potência e, conseqüentemente, a produção de energia seria prejudicada.

Outra característica importante de um inversor fotovoltaico é a interface de rede. Esta função, geralmente integrada na máquina, deve atender aos requisitos estabelecidos pelas regulamentações das diversas empresas de fornecimento de energia elétrica.

Aplicações do inversor

Além das aplicações no campo da energia solar fotovoltaica, as aplicações do investidor são múltiplas:

  • O uso de painéis solares em energia solar fotovoltaica, como vimos, pode transformar a tensão contínua em alternada de tensão para ser usado em casa ou para entrar na rede de distribuição.
  • Em fontes de alimentação ininterruptas, o inversor converte a voltagem fornecida pela bateria em corrente alternada.
  • Na transmissão de energia elétrica, o inversor converte a energia em corrente contínua transferida em algumas linhas elétricas para alimentar a rede de corrente alternada.
  • A realização de uma fonte de alimentação comutada, para a transformação em corrente contínua, com vantagens consideráveis em termos de eficiência, tamanho e peso
  • No setor aeroespacial, eles são usados para fornecer aos aviônicos da aeronave uma corrente alternada altamente estável, mesmo que seja fornecida por baterias (no caso de uma falha elétrica).
  • Variação de velocidade em motores elétricos.

O mais simples tipo inversor é um oscilador que acciona um transistor que gera uma onda quadrada que abre e fecha um circuito. A onda é então aplicada a um transformador que fornece a voltagem necessária na saída, arredondando a onda quadrada até certo ponto. dispositivos muitas vezes mais eficientes, tais como MOSFET, IGBT ou tiristor utilizado em vez do transistor comum

.

A forma de onda quadrada gerada por esses dispositivos tem o problema de ser rica em harmônicos mais altos, enquanto a onda sinusoidal da rede elétrica é desprovida dela. Isto implica uma menor eficiência do equipamento motorizado, maior ruído, tanto acústico como elétrico, e sérios problemas de compatibilidade eletromagnética.

Os inversores mais complexos usam abordagens diferentes para produzir uma forma de onda sinusoidal com a maior saída possível. Um circuito eletrônico produz uma tensão escalonada por meio da modulação por largura de pulso (PAM) o mais próximo possível de uma onda senoidal. O sinal, chamado de onda senoidal modificada, é nivelado por capacitores e indutores colocados na entrada e na saída do transformador para suprimir os harmônicos.

Os melhores e mais caros inversores baseiam sua operação na modulação por largura de pulso (PWM). O sistema pode ser realimentado para fornecer uma tensão de saída estável à medida que a tensão de entrada muda. Para ambos os tipos de modulação, a qualidade do sinal é determinada pelo número de bits usados. Ele varia de um mínimo de 3 bits até um máximo de 12 bits, capaz de descrever muito bem a sinusóide.

Em motores elétricos assíncronos, e ainda mais em motores elétricos síncronos, a velocidade de rotação está diretamente relacionada à freqüência da tensão de alimentação. Onde quer que seja necessário na indústria para variar a velocidade de um motor, inversores de corrente alternada e corrente alternada (AC-AC) são usados. Nestes sistemas, a tensão de entrada é primeiro convertida em corrente contínua por um retificador e nivelada por capacitores, então aplicada à seção de reversão. De fato, este é, portanto, um sistema "retificador-inversor", mesmo que sejam apenas conhecidos como "investidores" (isto é, apenas "investidores"). O objetivo desta dupla operação é apenas alterar a freqüência desejada dentro de um intervalo predeterminado e a presença de um transformador não é necessária, uma vez que não é necessário variar o valor da tensão de saída que permanece igual à tensão de entrada. A freqüência de saída é determinada nos casos mais simples por um sinal analógico fornecido ao inversor, por exemplo, por um potenciômetro, ou por um sinal digital enviado por um PLC.

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Última revisão: 22 de maio de 2018

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