Un impianto fotovoltaico, anche un impianto fotovoltaico o un sistema di energia solare, è un sistema di alimentazione progettato per fornire energia solare utilizzabile tramite il fotovoltaico. Consiste in una disposizione di diversi componenti, tra cui pannelli solari per assorbire e convertire la luce solare in energia elettrica, un inverter solare per modificare la corrente elettrica da CC a CA, nonché il montaggio, il cablaggio e altri accessori elettrici per impostare un sistema funzionante . Può anche utilizzare un sistema di localizzazione solare per migliorare le prestazioni generali del sistema e includere una soluzione di batteria integrata, poiché i prezzi dei dispositivi di archiviazione dovrebbero diminuire. A rigor di termini, un array solare comprende solo l’insieme di pannelli solari, la parte visibile del sistema fotovoltaico, e non include tutto l’altro hardware, spesso riassunto come sistema di bilanciamento (BOS). Inoltre, i sistemi fotovoltaici convertono la luce direttamente in elettricità e non devono essere confusi con altre tecnologie, come l’energia solare concentrata o il solare termico, utilizzate per il riscaldamento e il raffreddamento.

I sistemi fotovoltaici spaziano da piccoli sistemi montati sul tetto o integrati nell’edificio con capacità da poche a diverse decine di kilowatt, fino a grandi centrali elettriche di centinaia di megawatt.Oggigiorno, la maggior parte dei sistemi fotovoltaici è collegata alla rete, mentre i sistemi off-grid o stand-alone rappresentano solo una piccola parte del mercato.

Operando in silenzio e senza parti mobili o emissioni ambientali, i sistemi fotovoltaici si sono trasformati da applicazioni di mercato di nicchia in una tecnologia matura utilizzata per la generazione di corrente elettrica tradizionale. Un sistema sul tetto recupera l’energia investita per la sua produzione e installazione entro 0,7 o 2 anni e produce circa il 95 percento di energia rinnovabile pulita netta su una durata di servizio di 30 anni.

A causa della crescita esponenziale del fotovoltaico, i prezzi dei sistemi fotovoltaici sono diminuiti rapidamente negli ultimi anni. Tuttavia, variano a seconda del mercato e della dimensione del sistema. Nel 2014, i prezzi dei sistemi residenziali da 5 kilowatt negli Stati Uniti sono stati di circa 3,29 dollari per watt, mentre nel mercato tedesco altamente penetrato i prezzi dei sistemi da tetto fino a 100 kW sono scesi a 1,24 euro per watt. Al giorno d’oggi, i moduli fotovoltaici rappresentano meno della metà del costo complessivo del sistema, lasciando il resto ai componenti BOS rimanenti e ai costi soft, che comprendono l’acquisizione, l’autorizzazione, l’ispezione e l’interconnessione dei clienti, i costi di installazione e di finanziamento.
Sistema moderno

Scala del sistema
I sistemi fotovoltaici sono generalmente suddivisi in tre distinti segmenti di mercato: tetto residenziale, tetto commerciale e sistemi di scala a terra. Le loro capacità vanno da pochi kilowatt a centinaia di megawatt. Un tipico sistema residenziale è di circa 10 kilowatt e montato su un tetto inclinato, mentre i sistemi commerciali possono raggiungere una scala di megawatt e sono generalmente installati su tetti a bassa pendenza o addirittura pianeggianti. Sebbene i sistemi montati sul tetto siano piccoli e presentino un costo per watt più elevato rispetto alle installazioni su larga scala, rappresentano la quota maggiore sul mercato. Esiste tuttavia una crescente tendenza verso centrali elettriche più grandi, in particolare nella regione “sunbelt” del pianeta.19]

Utility scala
I grandi parchi solari o aziende agricole su larga scala sono centrali elettriche e capaci di fornire energia a un gran numero di consumatori. L’elettricità generata viene immessa nella rete di trasmissione alimentata da centrali di generazione centrale (collegate alla rete o collegate alla rete) o combinate con uno o più generatori nazionali di elettricità per alimentare una piccola rete elettrica (impianto ibrido). In casi rari l’elettricità generata viene immagazzinata o utilizzata direttamente dall’isola / impianto autonomo. Gli impianti fotovoltaici sono generalmente progettati per garantire il massimo rendimento energetico per un dato investimento. Alcune grandi centrali fotovoltaiche come Solar Star, Waldpolenz Solar Park e Topaz Solar Farm coprono decine o centinaia di ettari e hanno una potenza fino a centinaia di megawatt.
Rooftop, mobile e portatile

Un piccolo impianto fotovoltaico è in grado di fornire energia elettrica a sufficienza per alimentare una singola casa o anche un dispositivo isolato sotto forma di corrente alternata o continua. Ad esempio, satelliti di osservazione della Terra militari e civili, lampioni stradali, segnali stradali e di costruzione, auto elettriche, tende ad energia solare ed aerei elettrici possono contenere sistemi fotovoltaici integrati per fornire una fonte di alimentazione primaria o ausiliaria sotto forma di alimentazione CA o CC , a seconda del design e delle richieste di potenza. Nel 2013, i sistemi da tetto rappresentavano il 60 percento delle installazioni mondiali. Tuttavia, vi è una tendenza lontana dal tetto e verso i sistemi fotovoltaici su scala aziendale, poiché l’attenzione di nuovi impianti fotovoltaici si sta spostando dall’Europa verso i paesi della regione sunbelt del pianeta in cui l’opposizione agli impianti solari montati a terra è meno accentuata. I sistemi fotovoltaici portatili e mobili forniscono energia elettrica indipendente dalle connessioni di rete, per operazioni “fuori dalla rete”. Tali sistemi sono così comunemente usati su veicoli ricreativi e barche che ci sono rivenditori specializzati in queste applicazioni e prodotti specificamente mirati a loro. Poiché i veicoli ricreazionali (RV) normalmente trasportano le batterie e fanno funzionare l’illuminazione e altri sistemi con corrente nominale a 12 volt CC, i sistemi fotovoltaici RV funzionano normalmente in un intervallo di tensione scelto per caricare direttamente batterie da 12 volt e l’aggiunta di un sistema fotovoltaico richiede solo pannelli , un regolatore di carica e cablaggio. I sistemi solari su veicoli ricreativi sono solitamente limitati in wattaggio dalle dimensioni fisiche dello spazio del tetto del camper. Ecco perché è più importante l’efficienza dei pannelli solari per queste applicazioni.

Costruire integrato
Nelle aree urbane e suburbane, gli array fotovoltaici sono comunemente usati sui tetti per integrare l’uso di energia; spesso l’edificio avrà una connessione con la rete elettrica, nel qual caso l’energia prodotta dall’array fotovoltaico potrà essere venduta all’utenza in una sorta di accordo di misurazione della rete. Alcune utility, come Solvay Electric a Solvay, NY, utilizzano i tetti dei clienti commerciali e dei pali telefonici per supportare il loro uso di pannelli fotovoltaici. Gli alberi solari sono matrici che, come suggerisce il nome, imitano l’aspetto degli alberi, forniscono ombra e di notte possono funzionare come luci stradali.

Prestazione
Le incertezze delle entrate nel tempo si riferiscono principalmente alla valutazione della risorsa solare e alle prestazioni del sistema stesso. Nel migliore dei casi, le incertezze sono tipicamente del 4% per la variabilità climatica di anno in anno, del 5% per la stima delle risorse solari (su un piano orizzontale), del 3% per la stima dell’irradiazione nel piano dell’array, del 3% per il potere valutazione dei moduli, 2% per perdite dovute a sporcizia e sporco, 1,5% per perdite dovute alla neve e 5% per altre fonti di errore. Identificare e reagire a perdite gestibili è fondamentale per le entrate e l’efficienza O & amp; M. Il monitoraggio delle prestazioni dell’array può far parte degli accordi contrattuali tra il proprietario dell’array, il builder e l’utility che acquista l’energia prodotta. Recentemente, un metodo per creare “giorni sintetici” utilizzando dati meteorologici e verifiche prontamente disponibili utilizzando il campo di prova Open Solar Outdoors rende possibile prevedere le prestazioni dei sistemi fotovoltaici con elevati livelli di precisione. Questo metodo può essere utilizzato per determinare i meccanismi di perdita su scala locale, ad esempio quelli causati dalla neve o gli effetti dei rivestimenti superficiali (ad esempio idrofobico o idrofilo) su sporco o perdite di neve. (Anche se in condizioni di forte innevamento con forti interferenze al suolo si possono verificare perdite annuali della neve del 30%.) L’accesso a Internet ha consentito un ulteriore miglioramento nel monitoraggio e nella comunicazione energetica. I sistemi dedicati sono disponibili da numerosi fornitori. Per i sistemi fotovoltaici che utilizzano microinverter (conversione da CC a CA a livello di pannello), i dati di alimentazione del modulo vengono forniti automaticamente. Alcuni sistemi consentono di impostare avvisi sulle prestazioni che attivano avvisi telefonici / email / di testo quando vengono raggiunti i limiti. Queste soluzioni forniscono dati per il proprietario del sistema e il programma di installazione. Gli installatori sono in grado di monitorare da remoto più installazioni e vedere a colpo d’occhio lo stato dell’intera base installata.

componenti
Un sistema fotovoltaico per l’approvvigionamento energetico residenziale, commerciale o industriale è costituito dall’array solare e da una serie di componenti spesso riassunti come il bilanciamento del sistema (BOS). Questo termine è sinonimo di componenti hardware di tipo “Equilibrio di impianto”. I componenti BOS includono apparecchiature di condizionamento e strutture per il montaggio, in genere uno o più convertitori di potenza da CC a CA, anche detti inverter, un dispositivo di accumulo di energia, un sistema di rack che supporta il impianto solare, collegamenti elettrici e interconnessioni e montaggio per altri componenti.

Facoltativamente, un sistema di bilanciamento può includere uno o tutti i seguenti elementi: misuratore di guadagno del credito di energia rinnovabile, inseguitore del punto di massima potenza (MPPT), sistema di batterie e caricabatterie, GPS inseguitore solare, software di gestione dell’energia, sensori di irraggiamento solare, anemometro, o accessori specifici per le attività progettati per soddisfare requisiti specifici per un proprietario del sistema. Inoltre, un sistema CPV richiede obiettivi ottici o specchi e talvolta un sistema di raffreddamento.

I termini “array solare” e “sistema fotovoltaico” sono spesso usati in modo errato in modo intercambiabile, nonostante il fatto che l’array solare non comprenda l’intero sistema. Inoltre, “pannello solare” è spesso usato come sinonimo di “modulo solare”, anche se un pannello è costituito da una stringa di diversi moduli. Il termine “sistema solare” è anche un termine improprio spesso usato per un sistema fotovoltaico.

Array solare
Le celle solari c-Si tradizionali, normalmente collegate in serie, sono incapsulate in un modulo solare per proteggerle dalle intemperie. Il modulo è costituito da un vetro temperato come copertura, un incapsulante morbido e flessibile, un foglio posteriore posteriore realizzato con un materiale resistente agli agenti atmosferici e al fuoco e un telaio in alluminio attorno al bordo esterno. Collegati elettricamente e montati su una struttura portante, i moduli solari costruiscono una serie di moduli, spesso chiamati pannelli solari. Un array solare è costituito da uno o più di questi pannelli. Un array fotovoltaico, o array solare, è una collezione collegata di moduli solari. Il potere che un modulo può produrre è raramente sufficiente per soddisfare i requisiti di una casa o un’azienda, quindi i moduli sono collegati tra loro per formare una matrice. La maggior parte degli array fotovoltaici utilizza un inverter per convertire la corrente continua prodotta dai moduli in corrente alternata in grado di alimentare luci, motori e altri carichi. I moduli in un array FV vengono solitamente collegati in serie per ottenere la tensione desiderata; le singole stringhe vengono poi collegate in parallelo per consentire al sistema di produrre più corrente. I pannelli solari vengono in genere misurati in condizioni standard di prova (STC) o PTC (condizioni di test PVUSA), in watt. Le classificazioni tipiche dei pannelli variano da meno di 100 watt a oltre 400 watt. La classificazione dell’array consiste in una somma delle valutazioni del pannello, in watt, kilowatt o megawatt.

Modulo ed efficienza
Un tipico modulo fotovoltaico da 150 watt misura circa un metro quadrato. Ci si può aspettare che un tale modulo produca 0,75 kilowattora (kWh) ogni giorno, in media, dopo aver considerato il tempo e la latitudine, per un’insolazione di 5 ore di sole al giorno. Negli ultimi 10 anni, l’efficienza dei moduli di silicio cristallino medio basati su wafer commerciali è aumentata da circa il 12% al 16% e l’efficienza del modulo CdTe è aumentata dal 9% al 13% nello stesso periodo. Uscita del modulo e durata degradata dall’aumento della temperatura. Permettendo all’aria ambiente di scorrere e, se possibile, i moduli fotovoltaici riducono questo problema. Le vite dei moduli efficaci sono in genere di 25 anni o più. Il periodo di ammortamento per un investimento in un impianto solare fotovoltaico varia notevolmente e in genere è meno utile di un calcolo del ritorno sull’investimento. Sebbene sia tipicamente calcolato tra 10 e 20 anni, il periodo di ammortamento finanziario può essere molto più breve con incentivi.

A causa della bassa tensione di una singola cella solare (in genere circa 0,5 V), diverse celle sono cablate (vedi anche il rame utilizzato nei sistemi fotovoltaici) in serie nella produzione di un “laminato”. Il laminato è assemblato in un involucro protettivo resistente alle intemperie, rendendo così un modulo fotovoltaico o un pannello solare. I moduli possono quindi essere legati insieme in un array fotovoltaico. Nel 2012, i pannelli solari disponibili per i consumatori possono avere un’efficienza fino a circa il 17%, mentre i pannelli disponibili in commercio possono arrivare fino al 27%. È stato registrato che un gruppo dell’Istituto Fraunhofer per i sistemi di energia solare ha creato una cella che può raggiungere il 44,7% di efficienza, il che rende le speranze degli scienziati di raggiungere la soglia di efficienza del 50% molto più fattibile.

Ombreggiamento e sporcizia
L’uscita elettrica delle celle fotovoltaiche è estremamente sensibile all’ombreggiamento. Gli effetti di questa sfumatura sono ben noti. Quando anche una piccola porzione di una cella, un modulo o una matrice è ombreggiata, mentre il resto è esposto alla luce solare, l’uscita diminuisce drasticamente a causa del “cortocircuito” interno (gli elettroni invertono la rotta attraverso la parte ombreggiata della giunzione pn). Se la corrente prelevata dalla serie di celle di celle non è maggiore della corrente che può essere prodotta dalla cella ombreggiata, la corrente (e quindi la potenza) sviluppata dalla stringa è limitata. Se è disponibile una tensione sufficiente dal resto delle celle in una stringa, la corrente verrà forzata attraverso la cella suddividendo la giunzione nella parte ombreggiata. Questa tensione di rottura nelle celle comuni è compresa tra 10 e 30 volt. Invece di aggiungere alla potenza prodotta dal pannello, la cella ombreggiata assorbe potenza, trasformandola in calore. Poiché la tensione inversa di una cella ombreggiata è molto maggiore della tensione diretta di una cella illuminata, una cella ombreggiata può assorbire la potenza di molte altre celle nella stringa, incidendo in modo sproporzionato sull’uscita del pannello. Ad esempio, una cella ombreggiata può perdere 8 volt, invece di aggiungere 0,5 volt, a un particolare livello di corrente, assorbendo così la potenza prodotta da 16 altre celle. È quindi importante che un’installazione fotovoltaica non sia ombreggiata da alberi o altri ostacoli.

Sono stati sviluppati diversi metodi per determinare le perdite di ombreggiamento dagli alberi ai sistemi fotovoltaici su entrambe le grandi regioni usando LiDAR, ma anche a livello di singolo sistema usando sketchup. La maggior parte dei moduli ha diodi di bypass tra ogni cella o stringa di celle che minimizzano gli effetti dell’ombreggiamento e perdono solo la potenza della porzione ombreggiata dell’array. Il compito principale del diodo di bypass è eliminare i punti caldi che si formano sulle celle che possono causare ulteriori danni alla matrice e causare incendi. La luce solare può essere assorbita da polvere, neve o altre impurità sulla superficie del modulo. Questo può ridurre la luce che colpisce le cellule. In generale, queste perdite aggregate nel corso dell’anno sono piccole anche per le sedi in Canada. Il mantenimento di una superficie del modulo pulita aumenterà le prestazioni in uscita per tutta la durata del modulo. Google ha scoperto che la pulizia dei pannelli solari montati in piano dopo 15 mesi ha aumentato la loro produzione di quasi il 100%, ma che gli schieramenti inclinati del 5% sono stati adeguatamente puliti dall’acqua piovana.

Insolazione ed energia
L’insolazione solare è costituita da radiazione diretta, diffusa e riflessa. Il fattore di assorbimento di una cella FV è definito come la frazione di irraggiamento solare incidente assorbito dalla cella. A mezzogiorno in una giornata senza nuvole all’equatore, la potenza del sole è di circa 1 kW / m², sulla superficie terrestre, su un piano perpendicolare ai raggi del sole. Pertanto, gli array fotovoltaici possono monitorare il sole ogni giorno per migliorare notevolmente la raccolta di energia. Tuttavia, i dispositivi di tracciamento aumentano i costi e richiedono manutenzione, quindi è più comune per gli array fotovoltaici avere montaggi fissi che inclinano la matrice e affrontano il mezzogiorno solare (approssimativamente a sud nell’emisfero settentrionale oa nord nell’emisfero meridionale). L’angolo di inclinazione, da orizzontale, può essere variato per la stagione, ma se è fisso, deve essere impostato per fornire un’uscita ottimale dell’array durante la parte di picco della richiesta elettrica di un anno tipico per un sistema stand-alone. Questo angolo di inclinazione ottimale del modulo non è necessariamente identico all’angolo di inclinazione per la massima produzione di energia di serie annuale. L’ottimizzazione del sistema fotovoltaico per un ambiente specifico può essere complicata in quanto dovrebbero essere applicate le questioni relative al flusso solare, allo sporco e alle perdite di neve. Inoltre, recenti lavori hanno dimostrato che gli effetti spettrali possono avere un ruolo nella scelta ottimale del materiale fotovoltaico. Ad esempio, l’albedo spettrale può giocare un ruolo significativo in uscita a seconda della superficie attorno al sistema fotovoltaico e del tipo di materiale delle celle solari. Per le condizioni meteorologiche e le latitudini degli Stati Uniti e dell’Europa, l’insolazione tipica varia da 4 kWh / m² / giorno nei climi settentrionali a 6,5 ​​kWh / m² / giorno nelle regioni più soleggiate. Un impianto fotovoltaico alle latitudini meridionali dell’Europa o degli Stati Uniti potrebbe aspettarsi di produrre 1 kWh / m² / giorno. Un tipico impianto fotovoltaico da 1 kW in Australia o nelle latitudini meridionali dell’Europa o degli Stati Uniti, può produrre 3,5-5 kWh al giorno, a seconda della posizione, dell’orientamento, dell’inclinazione, dell’insolazione e di altri fattori.Nel deserto del Sahara, con meno copertura nuvolosa e un migliore angolo solare, si potrebbe idealmente ottenere un valore più vicino a 8,3 kWh / m² / giorno, a condizione che il vento quasi mai presente non sparga sabbia sulle unità. L’area del deserto del Sahara è di oltre 9 milioni di km².90.600 km², pari a circa l’1%, potrebbero generare più elettricità di tutte le centrali elettriche del mondo messe insieme.

Montaggio
I moduli sono assemblati in array su una sorta di sistema di montaggio, che può essere classificato come montaggio a terra, montaggio sul tetto o montaggio su asta. Per i parchi solari è montato un grande rack a terra e i moduli montati sul rack. Per gli edifici, sono stati ideati diversi rack per tetti inclinati. Per tetti piatti, cremagliere, cassonetti e soluzioni integrate di costruzione vengono utilizzati.I rack del pannello solare montati sopra i pali possono essere fermi o in movimento, vedere Trackers di seguito. I supporti side-of-pole sono adatti per le situazioni in cui un palo ha qualcos’altro montato nella sua parte superiore, come una lampada o un’antenna. Il montaggio su palo solleva ciò che altrimenti sarebbe un array montato a terra sopra le ombre e il bestiame delle infestanti e potrebbe soddisfare i requisiti del codice elettrico per quanto riguarda l’inaccessibilità del cablaggio esposto. I pannelli montati su palo sono aperti a più aria di raffreddamento sulla parte inferiore, il che aumenta le prestazioni. Una molteplicità di portapacchi può essere trasformata in un posto auto coperto o in un’altra struttura ombra. Un rack che non segue il sole da sinistra a destra può consentire la regolazione stagionale su o giù.

cablaggio
A causa del loro uso all’aperto, i cavi solari sono specificamente progettati per resistere alle radiazioni UV e alle fluttuazioni di temperatura estremamente elevata e generalmente non sono influenzati dalle condizioni meteorologiche. Un certo numero di norme specifica l’uso di cavi elettrici in impianti fotovoltaici, come la IEC 60364 dalla Commissione elettrotecnica internazionale, nella sezione 712 “Sistemi di alimentazione solare fotovoltaici (PV)”, la norma britannica BS 7671, che incorpora le norme relative alla microgenerazione e sistemi fotovoltaici, e lo standard US UL4703, nel soggetto 4703 “Filo fotovoltaico”.

Tracker
Un sistema di tracciamento solare inclina un pannello solare per tutto il giorno. A seconda del tipo di sistema di tracciamento, il pannello è rivolto direttamente al sole o alla zona più luminosa di un cielo parzialmente annebbiato. I tracker migliorano notevolmente le prestazioni nelle prime ore del mattino e nel tardo pomeriggio, aumentando la quantità totale di energia prodotta da un sistema di circa il 20-25% per un inseguitore monoassiale e circa il 30% o più per un inseguitore biassiale, a seconda della latitudine. I tracker sono efficaci nelle regioni che ricevono direttamente una grande porzione di luce solare. In luce diffusa (cioè sotto la nuvola o la nebbia), il rilevamento ha poco o nessun valore.Poiché la maggior parte dei sistemi fotovoltaici concentrati sono molto sensibili all’angolo della luce del sole, i sistemi di tracciamento consentono loro di produrre energia utile per più di un breve periodo ogni giorno. I sistemi di tracciamento migliorano le prestazioni per due motivi principali. In primo luogo, quando un pannello solare è perpendicolare alla luce solare, riceve più luce sulla sua superficie che se fosse angolata. In secondo luogo, la luce diretta viene utilizzata in modo più efficiente rispetto alla luce angolata. Speciali rivestimenti antiriflesso possono migliorare l’efficienza del pannello solare per la luce diretta e angolata, riducendo in qualche modo il beneficio del tracciamento.

Tracker e sensori per ottimizzare le prestazioni sono spesso visti come opzionali, ma i sistemi di tracciamento possono aumentare la redditività fino al 45%. Gli array fotovoltaici che si avvicinano o superano un megawatt utilizzano spesso inseguitori solari. Contabilità per le nuvole e il fatto che la maggior parte del mondo non è sull’equatore, e che il sole tramonta la sera, la misura corretta di energia solare è l’insolazione – il numero medio di kilowattora per metro quadrato al giorno. Per le condizioni meteorologiche e le latitudini degli Stati Uniti e dell’Europa, l’insolazione tipica varia da 2,26 kWh / m² / giorno nei climi settentrionali a 5,61 kWh / m² / giorno nelle regioni più soleggiate.

Per i sistemi di grandi dimensioni, l’energia ottenuta utilizzando sistemi di tracciamento può superare la complessità aggiuntiva (i tracker possono aumentare l’efficienza del 30% o più). Per sistemi molto grandi, la manutenzione aggiuntiva del tracciamento è un notevole danno. Il tracking non è richiesto per i sistemi fotovoltaici a schermo piatto e bassa concentrazione. Per i sistemi fotovoltaici ad alta concentrazione, il tracciamento biassiale è una necessità. Le tendenze dei prezzi influiscono sull’equilibrio tra l’aggiunta di più pannelli solari fissi rispetto al minor numero di pannelli che tracciano. Quando i prezzi dei pannelli solari scendono, i tracker diventano un’opzione meno allettante.

Inverter
I sistemi progettati per fornire corrente alternata (CA), come le applicazioni connesse alla rete, necessitano di un inverter per convertire la corrente continua (CC) dai moduli solari in CA. Gli inverter collegati alla rete devono fornire l’elettricità CA in forma sinusoidale, sincronizzati alla frequenza di rete, limitare l’alimentazione in tensione a una tensione non superiore alla rete e disconnettersi dalla rete se la tensione di rete è disattivata. Gli inverter ad isola necessitano solo di produrre tensioni e frequenze regolate in una forma d’onda sinusoidale in quanto non è necessaria alcuna sincronizzazione o coordinamento con le alimentazioni di rete.

Un inverter solare può collegarsi a una serie di pannelli solari. In alcune installazioni un micro-inverter solare è collegato a ciascun pannello solare. Per motivi di sicurezza, è previsto un interruttore automatico sul lato CA e CC per consentire la manutenzione. L’uscita CA può essere collegata tramite un contatore elettrico alla rete pubblica. Il numero di moduli nel sistema determina i watt totali in cc che possono essere generati dall’array solare; tuttavia, l’inverter regola in definitiva la quantità di watt CA che è possibile distribuire per il consumo. Ad esempio, un impianto fotovoltaico comprendente 11 chilowatt di cc (kWDC) di moduli fotovoltaici, abbinato a un inverter da 10 kilowatt AC (kWAC), sarà limitato alla potenza dell’inverter di 10 kW. A partire dal 2014, l’efficienza di conversione per convertitori allo stato dell’arte ha raggiunto oltre il 98 percento. Mentre gli inverter di stringa sono utilizzati nei sistemi fotovoltaici residenziali e di media dimensione, gli inverter centralizzati coprono il grande mercato commerciale e delle utility. La quota di mercato per gli inverter centrali e di stringa è di circa il 50% e il 48%, rispettivamente, lasciando meno del 2% ai microinverter.

Il tracking del punto di massima potenza (MPPT) è una tecnica utilizzata dagli inverter collegati alla rete per ottenere la massima potenza possibile dall’array fotovoltaico. Per fare ciò, il sistema MPPT dell’inverter campiona digitalmente la potenza in uscita in continua mutazione del generatore solare e applica la resistenza adeguata per trovare il punto di massima potenza ottimale.

L’anti-islanding è un meccanismo di protezione che spegne immediatamente l’inverter impedendogli di generare corrente alternata quando la connessione al carico non esiste più. Ciò accade, ad esempio, nel caso di un blackout. Senza questa protezione, la linea di rifornimento diventerebbe una “isola” con il potere circondato da un “mare” di linee non alimentate, poiché l’array solare continua a fornire energia DC durante l’interruzione di corrente. L’isolamento è un rischio per i lavoratori del servizio di pubblica utilità, che potrebbero non rendersi conto che un circuito CA è ancora alimentato e potrebbe impedire la ricollegamento automatico dei dispositivi.

genere	Energia	Efficienza(a)	Mercato  Condividi(b)	Osservazioni
Inverter di stringa	fino a 100 kWp (c)	98%	50%	Costo (b) 0,15 € per watt-picco. Facile da sostituire
Inverter centrale	superiore a 100 kW p	98,5%	48%	€ 0,10 per watt-picco. Alta affidabilità. Spesso venduto insieme a un contratto di servizio.
Micro-inverter	gamma di potenza del modulo	90% -95%	1,5%	€ 0,40 per watt-picco. Facilità di problemi di sostituzione.
Convertitore DC / DC Ottimizzatore di potenza	gamma di potenza del modulo	98,8%	n / A	€ 0,40 per watt-picco. Facilità di problemi di sostituzione.L’inverter è ancora necessario. Circa 0,75 GW P installati nel 2013.
Fonte: dati di IHS 2014, osservazioni di Fraunhofer ISE 2014, da: Rapporto sul fotovoltaico, aggiornato all’8 settembre 2014, p. 35, Note PDF : (a) migliori efficienze visualizzate, (b) la quota di mercato e il costo per watt sono stimati, (c) kW p = kilowatt-picco

Batteria
Sebbene ancora costosi, gli impianti fotovoltaici utilizzano sempre più batterie ricaricabili per immagazzinare un’eccedenza da utilizzare successivamente durante la notte. Le batterie utilizzate per l’immagazzinamento della rete stabilizzano anche la rete elettrica livellando i picchi di carico e svolgono un ruolo importante in una rete intelligente, poiché possono caricare durante periodi di bassa domanda e immettere l’energia immagazzinata nella rete quando la domanda è elevata.

Le tecnologie di batteria comuni utilizzate nei sistemi fotovoltaici odierni includono la batteria al piombo regolata dalla valvola, una versione modificata della batteria al piombo-acido convenzionale, batterie al nichel-cadmio e agli ioni di litio. Rispetto agli altri tipi, le batterie piombo-acido hanno una durata inferiore e una minore densità di energia. Tuttavia, a causa della loro elevata affidabilità, della bassa autoscarica e dei bassi costi di investimento e manutenzione, sono attualmente la tecnologia predominante utilizzata nei sistemi fotovoltaici residenziali su piccola scala, poiché le batterie agli ioni di litio sono ancora in fase di sviluppo e circa 3,5 volte costoso come batterie al piombo. Inoltre, poiché i dispositivi di memorizzazione per impianti FV sono stazionari, la minore energia e densità di potenza e quindi il peso più elevato delle batterie piombo-acido non sono così importanti come, ad esempio, nel trasporto elettrico. Altre batterie ricaricabili considerate per sistemi fotovoltaici distribuiti includono sodio -Sulfur e batterie redox al vanadio, due tipi prominenti di un sale fuso e una batteria di flusso, rispettivamente. Nel 2015, i motori Tesla hanno lanciato Powerwall, una batteria ricaricabile agli ioni di litio con l’obiettivo di rivoluzionare il consumo energetico.

Anche i sistemi FV con una soluzione di batteria integrata necessitano di un regolatore di carica, poiché la tensione e la corrente variabili provenienti dall’array solare richiedono una regolazione costante per evitare danni da sovraccarico. I regolatori di carica di base possono semplicemente accendere e spegnere i pannelli fotovoltaici o possono misurare impulsi di energia secondo necessità, una strategia chiamata PWM o modulazione della larghezza dell’impulso. I controller di carica più avanzati incorporeranno la logica MPPT nei loro algoritmi di ricarica della batteria. I controller di carica possono anche deviare l’energia per scopi diversi dalla ricarica della batteria.Invece di spegnere l’energia fotovoltaica quando non è necessario, un utente può scegliere di riscaldare l’aria o l’acqua quando la batteria è piena.

Monitoraggio e misurazione
La misurazione deve essere in grado di accumulare unità di energia in entrambe le direzioni o utilizzare due metri. Molti metri si accumulano bidirezionalmente, alcuni sistemi usano due metri, ma un contatore unidirezionale (con fermo) non accumulerà energia da qualsiasi feed risultante nella griglia. In alcuni paesi, per installazioni superiori a 30 kWp è richiesta una frequenza e un monitor di tensione con scollegamento di tutte le fasi. Questo viene fatto quando viene generata più energia solare di quella che può essere ospitata dall’utilità, e l’eccesso non può essere né esportato né immagazzinato. Storicamente gli operatori di rete hanno dovuto fornire linee di trasmissione e capacità di generazione. Ora devono anche fornire spazio di archiviazione. Questo è normalmente l’idro-stoccaggio, ma vengono usati altri mezzi di stoccaggio. Inizialmente è stato utilizzato lo storage in modo che i generatori baseload potessero funzionare a pieno regime. Con l’energia rinnovabile variabile, è necessario lo stoccaggio per consentire la generazione di energia ogni volta che è disponibile e il consumo ogni volta che è necessario.

Le due variabili che un operatore di rete ha stanno memorizzando l’elettricità per quando è necessaria, o trasmettendola dove è necessaria. Se entrambi falliscono, le installazioni superiori a 30kWp possono spegnersi automaticamente, sebbene in pratica tutti gli inverter mantengano la regolazione della tensione e interrompano l’erogazione di energia se il carico non è adeguato. Gli operatori di rete hanno la possibilità di limitare la generazione in eccesso da sistemi di grandi dimensioni, anche se questo è più comunemente fatto con l’energia eolica che con l’energia solare e si traduce in una sostanziale perdita di entrate. Gli inverter trifase hanno l’esclusiva possibilità di fornire potenza reattiva che può essere vantaggiosa per soddisfare i requisiti di carico.

I sistemi fotovoltaici devono essere monitorati per rilevare guasti e ottimizzare il loro funzionamento.Esistono diverse strategie di monitoraggio fotovoltaico a seconda dell’output dell’impianto e della sua natura. Il monitoraggio può essere eseguito sul posto o in remoto. Può misurare solo la produzione, recuperare tutti i dati dall’inverter o recuperare tutti i dati dalle apparecchiature di comunicazione (sonde, misuratori, ecc.). Gli strumenti di monitoraggio possono essere dedicati esclusivamente alla supervisione o offrire funzioni aggiuntive. Singoli inverter e controller di carica della batteria possono includere il monitoraggio utilizzando protocolli e software specifici del produttore. La misurazione dell’energia di un inverter può essere di precisione limitata e non adatta ai fini del conteggio delle entrate. Un sistema di acquisizione dati di terze parti può monitorare più inverter, utilizzando i protocolli del produttore dell’inverter e acquisire anche informazioni relative alle condizioni meteorologiche. I contatori intelligenti indipendenti possono misurare la produzione di energia totale di un sistema di campi fotovoltaici. È possibile utilizzare misure separate come l’analisi dell’immagine satellitare o un misuratore di radiazione solare (un piranometro) per stimare l’insolazione totale per il confronto. I dati raccolti da un sistema di monitoraggio possono essere visualizzati in remoto sul World Wide Web, come OSOTF.