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Il clipping si verifica quando i moduli solari producono una quantità di energia CC superiore a quella che l'inverter può convertire in energia CA utilizzabile. L'energia in eccesso viene "tagliata" e quindi sprecata.
Esempio: Un modulo da 425 W accoppiato a un microinverter da 325 W consente di ottenere 100 W di energia potenziale in uscita al massimo delle prestazioni. Questo è illustrato nella Figura 5.
Il clipping è facilmente individuabile nei grafici di uscita dei sistemi solari. Quando si verifica il clipping, il grafico mostra un picco appiattito, indicando che il sistema sta producendo meno energia di quanta ne potrebbe produrre. Una rapida scansione di reddit/r/solar alla ricerca del clipping mostra numerosi esempi di proprietari di casa che si chiedono perché la loro produzione di energia sia limitata. Alcuni dei commenti evidenziano come i proprietari di casa siano sempre più consapevoli del clipping e preoccupati del suo impatto sulle prestazioni dei loro sistemi.
Data la prevalenza di microinverter abbinati a moduli di maggiore capacità, il clipping non è un fenomeno raro. In molti casi, il disallineamento modulo-microinverter è giustificato dal fatto di non spendere di più per microinverter di potenza superiore. Tuttavia, le piccole perdite si sommano.
Solo il 3% di clipping annuale può costare 10.724 dollari di risparmio nel corso della vita per un impianto solare residenziale da 15 kW (fattore di capacità del 19%, 0,30 dollari/kWh, 5% di escalation della tariffa elettrica, 25 anni). Con gli stessi presupposti, una riduzione del 2% riduce i risparmi di 7.149 dollari, mentre l'1% li riduce di 3.575 dollari.
Nella Figura 7, un'analisi delle prestazioni effettuata da un fornitore leader di microinverter mostra che le quantità di clipping variano in base alla qualità delle condizioni solari (diverse per ogni città identificata) e alla potenza dei moduli.
Perdite di produzione dell'anno 1 per clipping in base alla potenza dei moduli e alla posizione con un microinverter da 300W
Anche i sistemi con inverter di stringa possono bloccarsi se la potenza combinata dei moduli supera quella dell'inverter di stringa. Questo può accadere ogni volta che il rapporto DC:AC è superiore a 1, il che è comune.
Ma gli inverter di stringa in un sistema con architettura in corrente continua hanno una caratteristica speciale: quando sono accoppiati con una batteria accoppiata in corrente continua, la produzione di energia oltre la targa dell'inverter può essere utilizzata per caricare la batteria.
La Figura 8 illustra la differenza tra le prestazioni dell'inverter accoppiato in CC e quelle del microinverter in una giornata in cui la produzione solare supera la capacità massima dell'inverter (CA).
Con una batteria ad accoppiamento CC, l'energia solare in eccesso può caricare la batteria. Con una batteria ad accoppiamento CA o un sistema a microinverter, l'energia in eccesso viene tagliata.
Gli installatori che non utilizzano attualmente le batterie spesso pensano che non ci sia alcuna differenza di clipping tra i sistemi a stringa e quelli a microinverter, se i rapporti DC:AC sono gli stessi. Ma c'è.
In conclusione, anche senza batteria e con rapporti DC:AC simili, un inverter di stringa consuma meno dei microinverter. Poiché l'argomento è più complesso e ricco di sfumature di quanto descritto qui, un capitolo con un esempio specifico e i relativi dettagli è disponibile qui: Bonus: Prova di clipping: MLPE vs. ottimizzatori.
I microinverter e gli ottimizzatori sono solitamente raggruppati in una categoria tecnologica chiamata Module-Level Power Electronics (MLPE). Tuttavia, poiché gli ottimizzatori hanno il vantaggio di essere accoppiati alla corrente continua, svolgono un lavoro minore e l'energia del modulo può essere inviata alla batteria senza subire le consuete perdite di conversione per clipping e roundtrip. Uno dei motivi per cui gli MLPE sono diventati popolari è che forniscono ottimizzazione, monitoraggio e spegnimento rapido a livello di modulo, caratteristiche che gli installatori e i proprietari di casa desiderano e richiedono. Gli ottimizzatori, come il TS4-A-O e il TS4-X-O di Tigo (rispettivamente per 700W e 800W), offrono queste caratteristiche molto richieste e sono in grado di ospitare moduli solari ad alte prestazioni.
Il clipping è un argomento molto sentito da proprietari e installatori, in parte perché la parte superiore piatta della curva di produzione è molto evidente. Basta dare un'occhiata a una bacheca di messaggi sull'energia solare per scoprire subito proprietari di case preoccupati che postano grafici di clipping. Questi post ricevono di solito una delle seguenti risposte:
"Non si preoccupi, col tempo si ridurrà "
È vero che il clipping dei microinverter probabilmente diminuirà nel tempo. Ma probabilmente sarà inferiore a quello pubblicizzato. Molti utenti indicano come prova il documento tecnico di Enphase sul clipping. Tuttavia, il documento ipotizza un tasso di degrado dello 0,4% dopo il primo anno. I moduli REC, che hanno rappresentato la quota maggiore di citazioni nel rapporto EnergySage 1H24, includono nella loro garanzia un tasso di degrado delle prestazioni inferiore allo 0,25% dopo il primo anno. La garanzia garantisce "entro la fine del 25° anno, una produzione effettiva di almeno il 92% della potenza di targa". Quindi, un modulo da 450W è ancora garantito per produrre 414W o più; si tratta del massimo degrado delle prestazioni, non della media. Inoltre, il documento di Enphase non menziona alcun degrado della potenza massima dei microinverter, nonostante la garanzia sui microinverter non preveda alcuna garanzia di prestazioni. Sarebbe difficile citare un dispositivo elettronico soggetto a tempi di funzionamento giornalieri e a cicli termici che non subisca impatti sulle prestazioni nel corso di decenni di funzionamento.
"Non vale la pena di investire per passare a microinverter di potenza superiore".
Si tratta di un'affermazione ragionevole se si sta facendo un confronto tra microinverter e microinverter; i microinverter di potenza superiore sono più costosi. Ma il confronto reale (e neutro) per evitare il clipping dovrebbe essere tra un microinverter e un inverter di stringa.
"In realtà è più efficiente"
Questa affermazione è solitamente riferita alle curve di efficienza degli inverter, che dimostrano che gli inverter funzionano in modo più efficiente quando sono vicini alla loro capacità massima. Inoltre, i microinverter di potenza superiore hanno in genere tensioni di avvio più elevate. L'aggiornamento a un microinverter di potenza superiore, quindi, significa che il sistema si "sveglia" più tardi rispetto a un microinverter di potenza inferiore e perderebbe le ore di produzione con poca luce. Questo è visibile nella Figura 9.
Oltre all'aumento dei costi legato al passaggio a un microinverter di potenza superiore, vi è un potenziale impatto negativo sull'efficienza e sul numero di ore di funzionamento. Si tratta di un vero e proprio compromesso da considerare. Ma ancora una volta, questa affermazione paragona microinverter a microinverter. Un inverter di stringa Tigo, invece, inizia a produrre a 80 V su tutti i moduli di una stringa, il che significa che la produzione inizia quando una sola stringa di moduli opera all'estremità inferiore dello spettro di produzione, ovvero a soli 10 V ciascuno per una stringa di 8 moduli.
"Anche gli inverter di stringa si bloccano"
Questo argomento è trattato in precedenza e un approfondimento è disponibile qui: Bonus: Prova di ritaglio: MLPE vs. ottimizzatori
All'aumentare della potenza dei moduli, aumenta il costo del clipping. Questa "tassa sul clipping" può costare fino a 10.724 dollari nel corso della vita di un progetto solare, ma è evitabile. Quando le batterie sono abbinate a un inverter con accoppiamento in corrente continua, la produzione solare in eccesso può caricare la batteria, evitando del tutto il clipping. Fortunatamente, le batterie stanno rapidamente diventando la norma.
Inoltre, le batterie introducono perdite aggiuntive per i microinverter, che illustreremo nel prossimo capitolo - Tassa di conversione: Il costo nascosto delle batterie accoppiate in CA.
Webinar: Il 15 aprile (giorno della dichiarazione dei redditi negli Stati Uniti) si terrà un webinar che approfondirà i dettagli della serie Microinverter Tax. Iscrivetevi al webinar qui.
Di seguito è riportato l'elenco completo dei capitoli inclusi in questa serie (i link saranno aggiunti man mano che i capitoli saranno pubblicati):
