În ultimii ani putem observa o creştere a interesului pentru „energia verde”. Se înmulţesc aplicaţiile care permit obţinerea de energie din surse disponibile în mod natural, iar cele care se bucură de cea mai mare popularitate sunt instalaţiile cu panouri fotovoltaice. Preţurile acestora au ajuns atât de accesibile, încât sunt montate adesea chiar şi în zonele de odihnă. Atunci când construim o instalaţie de acest tip, trebuie să cunoaştem specificul sursei de energie reprezentate de panoul fotovoltaic sau turbina eoliană. De asemenea, trebuie să ţinem seama de provocările cu care se confruntă proiectanţii echipamentelor alimentate cu aceste surse.
Panoul fotovoltaic folosit ca sursă de energie este foarte capricios, pentru că puterea curentului electric obţinut din panou va depinde de intensitatea luminii incidente. Dar asta nu e tot: un factor esenţial rămâne şi curentul în sarcină. Ca utilizator al unei asemenea surse de energie, în majoritatea cazurilor nu putem garanta nici o iluminare constantă, nici o sarcină constantă. De obicei, panourile sunt montate în mod permanent – rareori pe sisteme rotative care urmăresc traiectoria soarelui. Astfel, lumina solară cade pe suprafaţa panoului sub diferite unghiuri. În plus, soarele poate fi acoperit de nori. La fel, sarcina – de obicei nu are o valoare constantă, ci variază în funcţie de necesităţile utilizatorilor reţelei electrice. În aceste condiţii de utilizare, şi tensiunea disponibilă la bornele panoului va varia într-un interval larg.
De obicei, utilizatorul reţelei electrice se aşteaptă să beneficieze de o tensiune stabilă şi să nu aibă teama unor fluctuaţii ale acesteia. Dacă, de exemplu, tensiunea este de 12 V DC, se aşteaptă ca modificările să fie mai degrabă unele nesemnificative, cel mult de 2-3% din valoarea nominală. Aşa cum am amintit, sursele de energie disponibile în mod natural rareori pot asigura asemenea condiţii de alimentare. De aceea se folosesc echipamente de intermediere între acestea şi utilizator, constând în invertoare de tensiune construite în mod corespunzător.
Spre deosebire de invertoarele „obişnuite” DC/DC destinate alimentării, în funcţie de aplicaţia ţintă, invertoarele care funcţionează cu surse de energie regenerabilă trebuie să aibă parametrii adecvaţi, adaptaţi la „capriciile” sursei. Dintre aceştia, cei mai importanţi sunt domeniul larg al tensiunii de intrare, rezistenţa de intrare corespunzătoare şi tensiunea mare de străpungere între intrare şi ieşire, care ajunge, de obicei, la cel puţin câteva sute de volţi.
Datorită cererii crescute de „energie verde”, echipamentele şi produsele destinate obţinerii acesteia sunt oferite de numeroase firme concurente. Utilizatorul mediu de panouri este interesat, în primul rând, de module gata de utilizat de tip plug&play ataşate panourilor, însă proiectanţii electronişti pot fi interesaţi mai mult de modulele de invertoare destinate integrării în propriul echipament. Aplicaţiile ţintă pot fi indicatoare rutiere iluminate, echipamente de monitorizare sau circuite care funcţionează în reţele IoT. Dintre produsele destinate acestor utilizări, se remarcă produsele firmei canadiene Aimtec, care se bucură de recunoaşterea proiectanţilor din întreaga lume.
Aimtec este o companie de nivel global care se ocupă cu elaborarea şi producţia de sisteme modulare de alimentare AC/DC şi DC/DC, inclusiv surse de alimentare LED. Sediul central al firmei se află în Montreal, dar aceasta are numeroase reprezentanţe în Europa şi Asia. Produsele Aimtec sunt apreciate, în principal, pentru opţiunile unicat, dar şi pentru raportul calitate-preţ.
Invertoare pentru panouri fotovoltaice
Invertoarele pentru panouri fotovoltaice produse de Aimtec sunt interesante, în primul rând, pentru proiectanţii de echipamente alimentate la o tensiune constantă în intervalul cuprins între 5V şi 48V DC. Bineînţeles, nimic nu ne împiedică să încărcăm cu această tensiune o baterie de acumulatori, de la care, cu ajutorul unui alt invertor, se va obţine o tensiune de 230V AC, dar acest lucru este realizat cu o pierdere semnificativă a eficienței sursei de alimentare.
Având în vedere că tensiunea prezentă la bornele panourilor fotovoltaice şi ale generatoarelor acţionate de energie eoliană are parametri apropiaţi, firma recomandă seria produselor sale pentru conectarea la ambele tipuri de surse de energie. Este vorba aici de gama de invertoare AM5W…AM200W, în care numărul care urmează după prefixul „AM” reprezintă puterea maximă, continuă de alimentare disponibilă la ieşire. În continuare, conform nomenclaturii producătorului, sunt indicate: tensiunea nominală de intrare, tensiunea de ieşire şi tipul carcasei. Astfel, de exemplu, simbolul AM15W-60015S-NZ se referă la un invertor cu puterea de 15W, o tensiune de ieşire de 15V DC, o tensiune nominală de intrare de până la 600V DC, într-o carcasă destinată lipirii pe o placă cu circuite imprimate. În afară de carcasele de acest tip, sunt oferite şi module cu borne cu şurub, siguranţă externă şi filtru EMC (-ST), pentru montare pe şină TH/TS35 cu siguranţă şi filtru EMC (-STD, -STS) sau fără siguranţă (-STF). Detaliile indicativelor merită căutate în fişele de catalog disponibile pe site-ul producătorului sau pe cel al distribuitorului, firma TME.
De cel mai mare interes din partea utilizatorilor OEM se bucură invertoarele cu putere cuprinsă între 5W şi 40W, în carcasă cu dimensiunile 70mm×48mm×23,5mm, destinată lipirii pe o placă cu circuite imprimate. Lucru foarte important, invertoarele oferite în această gamă sunt montate în carcase cu aceleaşi dimensiuni şi sunt compatibile sub aspectul dispunerii terminalelor, ceea ce permite extinderea cu uşurinţă a funcţionalităţii sursei de alimentare fără modificarea plăcii cu circuite imprimate. Invertoarele cu putere mai mare, şi anume 45W şi 200W, au carcasă de tip open frame şi sunt conectate la circuite cu ajutorul unor borne cu şurub, fapt apreciat, cu siguranţă, de instalatori şi tehnicienii de service. Merită amintit aici faptul că şi invertoarele cu putere mai mică (despre care am vorbit şi mai sus) sunt oferite în varianta pentru montare în afara plăcii cu circuite imprimate, cu siguranţă, filtru EMC şi borne cu şurub.
Tensiunea de intrare nominală depinde de tip şi este cuprinsă între 200V şi 1500V DC, iar domeniul acesteia este foarte larg, şi anume de 10:1. Tensiunea de ieşire este invariabilă, stabilită de fabricant în etapa de producţie. Cea mai largă paletă de variante este disponibilă în cadrul seriei de invertoare cu puterea de până la 40W. Printre acestea, sunt oferite invertoare cu tensiunea de ieşire de 5, 9, 12, 15 sau 24 V DC. Invertorul cu puterea de 45W are două ieşiri de 15 volţi, iar invertorul de 200 W furnizează tensiune de 24V DC sau 48V DC. Toate pot fi utilizate la o temperatură ambiantă cuprinsă între -40°C şi +70°C fără afectarea parametrilor de performanță. Cea mai mare eficienţă energetică este de aproximativ 80%, ceea ce, în aplicaţii, se traduce prin pierderi de putere nesemnificative şi lipsa necesităţii unei răciri forţate.
Toate produsele menţionate respectă cerinţele stricte prevăzute de standardele de siguranţă pentru echipamentele conectate la panourile fotovoltaice. Deţin aprobări CSA (CSA-C22.2 No.107.1-01), UL (1741), marcaj CE acordat în conformitate cu normele europene (lista detaliată a acestora este disponibilă în fişa de catalog a fiecărui invertor). Opţiunile standard de elemente de protecţie cuprind protecţia la supratensiune şi scurtcircuit la ieşire, supraîncălzire, polarizare inversă a tensiunii de alimentare.
Pentru pornirea invertorului nu este necesară o sarcină minimă, iar punerea în funcţiune a acestuia în condiţii fără sarcină are loc în mai puţin de 1 secundă. Tensiunea standard de străpungere între intrare şi ieşire, pentru majoritatea invertoarelor, are valoarea de 4 kV.