Migliorare l’efficienza degli inverter per la crescita del fotovoltaico

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$Zucchero bianco, un \'killer\' invisibile$

Nell’ultimo quarto di secolo gli enormi miglioramenti intervenuti nel settore fotovoltaico hanno portato ad un notevole aumento delle installazioni di impianti fotovoltaici a livello mondiale. Tuttavia, sembra che un'area cruciale di miglioramento, la densità di potenza degli inverter, sia rimasta pressoché inesplorata.

Negli ultimi 25 anni, il progresso del settore fotovoltaico rispetto alla densità di potenza degli inverter è stato limitato, rimanendo stabile dal 2005. Poiché nella progettazione di base dell'inverter il rapporto di potenza è correlato all'efficienza, questo progresso limitato compromette anche il miglioramento dell'efficienza dell'inverter.

Aumentare l'efficienza dell'inverter è fondamentale per migliorare l'economia degli impianti fotovoltaici e contribuire al raggiungimento della grid parity.

Cerchiamo innanzitutto di capire cosa si intenda per "efficienza dell'inverter".

Si tratta della misurazione della quantità di energia fotovoltaica (corrente continua) convertita in energia (corrente alternata) che può essere immessa in rete o utilizzata nelle abitazioni e negli edifici.

Ad esempio, con un'efficienza del 97%, la quantità di energia in corrente continua prodotta dai pannelli fotovoltaici disponibile per il consumo è pari al 97%. In questo caso, il 3% dell'energia viene perso.

Tuttavia, è importante capire anche il modo in cui viene misurata l'efficienza dell'inverter quando si esaminano i dati riportati sulle schede tecniche.

Due specifiche standard relative ai dati sull'efficienza sono l'efficienza di picco e l'efficienza ponderata dell'inverter.

L'efficienza di picco corrisponde al valore dell'efficienza di un inverter in funzione alla sua massima capacità. L'efficienza ponderata, invece, riguarda l'efficienza misurata ai diversi valori ai quali l'inverter potrebbe funzionare durante il giorno.

Il fatto che molti inverter presentino un'efficienza di picco particolarmente elevata può risultare fuorviante, poiché la maggior parte degli inverter non funziona alla capacità di picco per tutto il giorno o per tutto il ciclo di vita. Per questa ragione l'efficienza ponderata è un parametro molto più importante e accurato per valutare l'efficienza dell'inverter.

La ragione per la quale gli inverter non sono evoluti in termini di efficienza è da ricercare nel fatto che le tecnologie di inverter standard utilizzano elementi di commutazione che creano un'onda sinusoidale grezza non efficiente, con conseguente necessità di elementi magnetici e di raffreddamento di grandi dimensioni.

Questi tipi di inverter offrono un'efficienza compresa tra il 92 e il 98%, il range di efficienza sul quale gli inverter si sono attestati per quasi tutto il decennio scorso. È stato finora pressoché impossibile raggiungere l'obiettivo del 99% di efficienza.

Tuttavia, rivedendo la tecnologia stessa dell’inverter, tale livello può essere raggiunto. Un inverter presente sul mercato è riuscito, infatti, a stabilire il record del 99% di efficienza ponderata facendo ricorso alla commutazione distribuita e alla potente elaborazione DSP per sintetizzare un'onda sinusoidale pulita ad alta definizione. Con un'onda sinusoidale molto più vicina all'onda sinusoidale di corrente alternata finale auspicata, le perdite di energia si riducono e l'efficienza aumenta.

Anche se potrebbe sembrare che questo 1% non faccia una grande differenza, in realtà produce un impatto piuttosto significativo nel corso del ciclo di vita di un impianto.

Ipotizzando una produzione annua potenziale di 1.500 kWh/kWp per 25 anni, durante il ciclo di vita di un impianto da 5 kW, un inverter con efficienza pari al 98% produrrebbe una perdita di 3,75 MWh contro i soli 1,87 MWh per un inverter con efficienza al 99%. Tale perdita si traduce direttamente in un mancato profitto.

Questo progresso tecnologico è importante per la diffusione del fotovoltaico e per raggiungere la grid parity poiché l'efficienza degli inverter è direttamente correlata alla redditività di un impianto.

Ad esempio, un impianto domestico da 5 kWp in cui l'inverter presenta un'efficienza pari a solo il 95% (numero fornito per semplicità di calcolo), in termini di produzione di energia, esso corrisponde in realtà ad un impianto di soli 4,75 kW.

Nel corso del ciclo di vita dell'impianto, questa minore produzione ridurrà i guadagni allungando il periodo di payback. Per gli installatori, un inverter con una maggiore efficienza offre un vantaggio competitivo in fase di preventivo: l'efficienza dell'inverter, infatti, può contribuire a ridurre il costo dell'energia prodotta dall’impianto (cosiddetto LCOE, Levelized Cost of Electricity), un parametro utile di cui tenere conto nel processo di progettazione di un impianto.

Inoltre, nella misura in cui migliora l'efficienza, i componenti pesanti necessari per raffreddare l'inverter si riducono. Questo è dovuto al fatto che le perdite di efficienza vengono fisicamente trasformate in calore. I componenti per il raffreddamento sono costosi e pesanti; riducendone il numero, l'inverter diventa più leggero e quindi più facile da installare e meno costoso.

Migliorando l'efficienza dell'inverter e diminuendo i componenti voluminosi che rendono gli inverter costosi, il settore fotovoltaico potrebbe assistere allo stesso tipo di crescita.