Fotovoltaico e microinverter: caratteristiche, vantaggi e svantaggi

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Quando sono preferibili agli inverter di stringa? Cosa li differenzia dagli ottimizzatori? Una breve analisi costi-benefici dell’elettronica di potenza per il fotovoltaico.

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Le caratteristiche legate alla capacità di abbattimento della tensione dell’impianto fotovoltaico in caso di intervento dei pompieri rendono i microinverter più diffusi in Paesi dove si usa molto il legno per edifici e tetti, come in Nord America, e negli impianti commerciali su immobili dedicati ad attività produttive o terziarie, dove i requisiti di sicurezza anti-incendio sono più stringenti.

Oltre a queste caratteristiche legate alla sicurezza, i microinverter, applicati a livello di singolo modulo fotovoltaico, hanno anche il vantaggio di limitare eventuali problemi di ombreggiamento o sporcizia al solo pannello interessato, che così non trascina al ribasso le prestazioni di tutta la stringa di cui fa parte, come invece succede per un’intera serie di moduli collegata ad un tradizionale inverter di stringa.

I microinverter consentono, inoltre, il monitoraggio individuale di ogni singolo modulo, permettendo un’individuazione più rapida e puntuale di eventuali malfunzionamenti, rispetto ai sistemi di monitoraggio degli inverter tradizionali. Questi forniscono informazioni solo a livello di un’intera stringa, senza individuare in prima battuta quali specifici moduli siano la fonte del problema.

D’altra parte, il costo al Watt, tendenzialmente maggiore dei microinverter rispetto a quello degli inverter di stringa, ne limita l’uso per impianti a terra di scala utility, dove c’è molta più attenzione ai margini di utile e i rischi di incendio sono molto minori rispetto ad un sistema su un tetto di legno.

Anche la necessità di dover smontare almeno una parte dell’impianto nel caso di malfunzionamenti di microinverter collocati sul lato posteriore dei moduli, costituisce un potenziale svantaggio rispetto agli inverter di stringa, posizionati separatamente dai moduli.

Queste possibili criticità legate ai microinverter vanno però soppesate rispetto alle loro garanzie sul prodotto di 25 anni; una durata più che doppia o anche tripla rispetto a quella degli inverter di stringa, solitamente compresa fra 5 e 10 anni. Gli inverter di stringa potrebbero avere bisogno di essere cambiati più spesso durante la vita dell’impianto FV, con maggiori costi sia di capitale che di installazione.

Questi, in linea di massima, alcuni dei principali costi e benefici che i microinverter presentano rispetto agli inverter di stringa, come ha spiegato a QualEnergia.it, Andrea Parrini, amministratore del distributore P.M. Service e consigliere di Italia Solare.

Microinverter e inverter di stringa, la differenza principale

La differenza principale fra i microinverter e gli inverter di stringa è che i primi convertono la corrente continua (DC) in corrente alternata (AC) a livello di ogni singolo modulo, o al massimo ogni due moduli.

Il cablaggio che esce dal singolo modulo è quindi già in corrente alternata e andrà a collegarsi in parallelo direttamente a un quadro in AC per alimentare i carichi serviti da quella utenza o essere immessa in rete, in mancanza di un sistema di accumulo.

Se invece si è in presenza di un inverter di stringa, un certo numero di moduli collegati in serie invierà tramite cavi solari la corrente continua di tutti quei moduli all’inverter di stringa e solo allora avverrà la conversione dalla DC alla AC, col collegamento al quadro AC e l’alimentazione dei carichi o l’immissione in rete.

L’aspetto fisico

Fisicamente, lo dice la parola stessa, il microinverter ha dimensioni molto più ridotte di un inverter di stringa e appare come una piccola scatola abbastanza piatta, montata solitamente sul retro del modulo fotovoltaico.

Nel caso in cui serva due moduli, configurazione sempre più rara visto il costante aumento della potenza dei moduli, il microinverter sarà montato sulla struttura di sostegno.

Al contrario, un inverter di stringa si presenta solitamente come una scatola di metallo, di dimensioni variabili a seconda della potenza, e verrà situato vicino all’impianto.

La potenza dei microinverter deve corrispondere grosso modo alla potenza del modulo, così come la potenza dell’inverter di stringa deve corrispondere, più o meno, alla somma delle potenze dei moduli che compongono la stringa o la somma delle stringhe.

Efficienza

Un po’ tutti gli inverter sono vicini al limite di conversione massimo possibile secondo le leggi della fisica, ma, nel loro complesso, i microinverter tendono a essere leggermente meno efficienti dei loro colleghi di stringa.

Secondo un database tenuto dalla California Energy Commission, l’efficienza media di oltre 500 modelli di microinverter è del 96,8%, mentre l’efficienza media di oltre 800 inverter di stringa è del 97,2%. Esiste quindi una differenza di 0,4 punti percentuali a favore degli inverter di stringa.

Questa, essendo una media, nasconde discrepanze sia maggiori che minori fra i migliori e i peggiori di entrambi i tipi. Ma, limitandosi alla media, una variazione di produzione di 0,4 punti percentuali ogni giorno dell’anno, alla fine dell’anno e della vita utile dell’impianto potrebbe fare una grande differenza.

Il condizionale è dovuto al fatto che, secondo una recente ricerca dell’Université de Limoges su 200 installazioni fotovoltaiche di piccola taglia su tetto in Francia, le prestazioni effettive di microinverter e inverter di stringa sono risultate sostanzialmente identiche (si veda, Fotovoltaico con micro-inverter o inverter centrali: quale rende di più?).

La potenza dei 200 impianti considerati era compresa fra circa 1 e 11 kWp. Sui 100 impianti con microinverter, la potenza media era di 3,8 kWp, mentre sui 100 impianti con inverter di stringa, la potenza media era di 5 kWp.

Le variabili che influenzano le prestazioni di un impianto sono molteplici. Al netto di tali variazioni, il risultato dello studio francese potrebbe dipendere dal fatto che la minore efficienza media dei microinverter venga compensata dalla migliore gestione di ombreggiamenti e sporcizia.

Fatte salve le conclusioni di questa ricerca, l’impressione fra gli addetti ai lavori è ben sintetizzata da Parrini, secondo cui con i microinverter “in piccoli impianti da 3 kWp ci sono poche differenze. Poi le differenze si accentuano a favore degli inverter di stringa con l’aumentare della potenza degli impianti”.

Prezzi e disponibilità

I recenti colli di bottiglia produttivi e logistici nel settore dei semiconduttori e dell’elettronica di potenza hanno provocato un calo dell’offerta e rincari degli inverter.

Questi due fenomeni gemelli hanno però riguardato molto di più gli inverter di dimensioni maggiori, cioè a partire dai 20 kW, e molto di meno gli inverter di piccola taglia e i microinverter, ci ha detto l’esperto.

“Per gli impianti sotto i 20 kW ci sono stati un po’ di ritardi, ma non abbiamo avuto grandi incrementi di prezzo. I rincari dei microinverter sono inferiori al 5%, mentre per gli inverter di stringa gli aumenti sono variati dal 10 al 15%”, ci ha detto Parrini.

Circa le disponibilità, per microinverter e inverter di taglia residenziale, sotto 6 kW, al momento, entro 30 giorni si riesce ad avere la categoria di prodotti desiderata, ci ha detto il manager, secondo cui i tempi si allungano un po’ per le taglie maggiori. Ci vogliono al massimo 60 giorni per macchine fino a 50 kW e 120-150 giorni per inverter da 100 kW, anche se, dopo giugno, i tempi dovrebbero diminuire per le consegne dei convertitori di grande taglia.

Questione sicurezza

Come accennato all’inizio, i microinverter controllano le funzioni dell’impianto a livello di singolo modulo, funzionano di per sé a voltaggi molto inferiori ad un inverter di stringa e in caso di intervento dei pompieri sul tetto, togliendo la corrente all’immobile, i microinverter si fermano e fanno sì che nell’impianto non ci sia più tensione a livello di ogni singolo modulo.

Gli inverter di stringa, invece, quando non “sentono” più la tensione della rete, sospendono l’immissione della corrente fotovoltaica in rete, come succede anche in caso di black out, in modo da non mettere in pericolo chi sta riparando la rete. Ma l’impianto fotovoltaico rimane comunque sotto tensione in corrente continua, e questo potrebbe mettere in pericolo i pompieri sul tetto.

Per offrire la stessa funzionalità di abbattimento della tensione a livello dei moduli è necessario affiancare all’inverter tradizionale un’ulteriore quadro o interruttore capace di “addormentare” la tensione di tutte le stringhe di moduli in caso di bisogno, soluzione che non sempre viene predisposta dagli installatori. “Altrimenti, i vigili del fuoco sul tetto a spengere l’incendio non ci vanno”, ha detto Parrini.

Differenze tra microinverter e ottimizzatori

I microinverter fanno parte della famiglia dei cosiddetti “Mlpe” o Module Level Power Electronics, cioè elettronica di potenza a livello di modulo.

Di questa stessa famiglia fanno parte gli ottimizzatori di potenza, simili ai microinverter nell’aspetto, nella collocazione sul lato posteriore del singolo pannello e nella durata di 25 anni della garanzia.

Gli ottimizzatori di potenza decentralizzano a livello di modulo la ricerca del punto di massima potenza (Mppt) e il monitoraggio, circoscrivono eventuali problemi di ombreggiamento e sporcizia dei moduli e innescano l’abbattimento della tensione a livello di singolo modulo in caso di pericolo, un po’ come fanno i microinverter, offrendo però un’efficienza di sistema che può essere anche superiore a quella dei loro cugini.

A differenza dei microinverter, però, gli ottimizzatori non convertono la DC in AC a livello di modulo e tale conversione rimane in capo all’inverter a livello di stringa.

Ottimizzatori e inverter di stringa, in sostanza, uniscono le forze e si spartiscono quelle che precedentemente erano “competenze” esclusive dei soli inverter di stringa. L’inverter tradizionale pensa principalmente a quello che sembra fare meglio. Lo svantaggio di questa configurazione è che tende a essere più costosa, visto che si deve comprare sia un inverter di stringa che gli ottimizzatori di potenza.

E con i sistemi di accumulo?

Alcuni dei vantaggi offerti dai microinverter si affievoliscono nel caso in cui l’impianto fotovoltaico che ne sia dotato sia a servizio di un impianto di accumulo in corrente continua.

Si potrebbe creare il caso che la corrente continua generata dai moduli e convertita in corrente alternata dal microinverter debba nuovamente essere trasformata in corrente continua nel sistema di accumulo e ritrasformata una quarta volta in corrente alternata nel momento in cui va ad alimentare i carichi di casa o di un’azienda.

“Questo provocherebbe molte perdite d’efficienza. In questo caso vince l’inverter di stringa, perché l’inverter di stringa ha la batteria sul lato corrente continua”, ha detto Parrini.

Il mercato in Italia, spazi stretti e revamping

I microinverter, nonostante alcuni possibili vantaggi sulla carta rispetto agli inverter di stringa, non hanno avuto finora una grandissima diffusione in Italia e anche in altri Paesi europei, ci ha detto l’amministratore delegato di P.M. Service.

Si comincia ad usarli di più dove si tende a fare autoconsumo diretto, senza accumulo. Anche eventuali problemi di spazio nel posizionare un inverter incidono. Il fatto di mettere un micro inverter a differenza di un inverter di stringa, semplifica molto l’installazione, perché tutto rimane sul tetto e basta un cavo in corrente alternata che si collega al quadro di casa ed è finita lì”, ha detto Parrini,

“In certi Paesi, questo aspetto installativo ha preso il sopravvento, mentre da noi rimane ancora un mercato di nicchia”, ha aggiunto.

Le cose potrebbero cambiare, almeno parzialmente, anche in Italia con una maggiore diffusione dei sistemi per l’autoconsumo diretto, come quelli “plug & play” da balcone, che possono usare solo microinverter (Fotovoltaico plug & play da balcone: un modulo alla volta contro il caro bolletta) oppure di impianti in condomini dove per mancanza di locali tecnici adeguati e ragioni estetiche si preferisca ridurre al minimo le apparecchiature tecnologiche negli spazi comuni.

I microinverter facilitano inoltre il revamping di vecchi impianti fotovoltaici, di cui in Italia ci sarebbe molto bisogno.

Vista, infatti, la difficoltà di trovare moduli con caratteristiche di potenza, tensione, corrente, eccetera, compatibili con quelle dei moduli preesistenti e l’impossibilità di integrare nella stessa stringa e collegare allo stesso inverter moduli con caratteristiche diverse, i microinverter risolvono tutti questi problemi alla radice, secondo il consigliere di Italia Solare.

Moduli FV diversi dotati di microinverter potranno così funzionare indipendentemente dagli altri moduli e dall’inverter di stringa del vecchio impianto, sostituendo i moduli malfunzionanti e continuando a contribuire alla produzione dell’impianto nel suo insieme.

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