Il boom nella generazione dell'energia rinnovabile previsto nel corso dei prossimi 10 anni aumenterà la richiesta di condensatori utilizzati per una serie di finalità critiche, incluse le funzioni di conversione della potenza nei segmenti in rapida crescita dell'energia eolica e di quella solare. La società di ricerche di mercato Frost & Sullivan prevede che la capacità installata a livello globale per le fonti di energia rinnovabile si espanderà di più del 100 percento durante il prossimo decennio. La capacità totale aumenterà a 3.203 GW nel 2025, da 1.566 GW nel 2015.
La tecnologia fotovoltaica (PV) solare condurrà la crescita, costituendo il 33,4 percento della nuova capacità durante il periodo menzionato. L'energia eolica segue a poca distanza, con il 32,7 percento della capacità aggiuntiva. La crescita in altre aree, inclusa quella dell'energia idroelettrica, sarà relativamente più lenta.
Secondo la Frost & Sullivan, sono diversi i fattori che causeranno la crescita delle energie rinnovabili, tra cui la riduzione dei prezzi grazie ai progressi tecnologici e al rafforzamento delle economie di scala. Ad esempio, il costo dei pannelli solari è sceso del 70 percento dal 2008 al 2013. Tali riduzioni hanno reso l'energia rinnovabile più competitiva in termini di costi con la generazione del combustibile fossile.
Massimo solare
I condensatori svolgono un ruolo fondamentale nel mercato dell'energia solare, poiché vengono impiegati, tra l'altro, negli invertitori PV, dispositivi che convertono l'alimentazione CC prodotta da celle solari in alimentazione CA utilizzabile nella rete elettrica. In genere, gli invertitori fanno ampio uso dei condensatori di grandi dimensioni che immagazzinano elettricità.
Secondo IHS, il mercato degli invertitori PV complessivo globale ammontava nel 2014 a 6,6 miliardi di dollari. Attualmente il settore è contrastato da una intensa attività della concorrenza costituita dai fornitori cinesi, i quali accedono al mercato per soddisfare la richiesta interna in costante aumento.
L'affidabilità è un fattore fondamentale per questi invertitori. I sistemi a energia solare devono rimanere in funzione per periodi di tempo estremamente lunghi e alcuni installatori offrono garanzie di 25 anni per i loro impianti. I pannelli PV possono mantenere gran parte della propria resa per 40 anni o più. E poiché questi sistemi sono posizionati in esterni in condizioni climatiche di vario tipo, devono funzionare in modo affidabile in un'ampia gamma di temperature.
A causa del loro ruolo fondamentale nei sistemi a energia solare, anche gli invertitori PV devono essere in grado di sopportare condizioni climatiche estreme e restare in funzione per lunghi periodi di tempo. In passato, spesso gli invertitori duravano periodi di tempo molto più brevi, a volte non più di cinque anni. Tuttavia, la maggior parte dei nuovi prodotti è progettata per una durata di gran lunga maggiore; ad esempio, SolarEdge Technologies offre invertitori con garanzia di 12 anni.
Condensatori di livello superiore
I guasti dei condensatori sono spesso causa di malfunzionamento degli invertitori PV. Questi componenti sono soggetti a diverse sollecitazioni, ad esempio quella meccanica, vibrazioni e funzionamento continuato a tensioni massime. Gli esperti notano inoltre che i condensatori elettrolitici su elettroliti non solidi si deteriorano più rapidamente di quelli che utilizzano elettroliti solidi. Ciò può comportare una riduzione della durata di questi condensatori e degli invertitori in cui sono impiegati. Alla luce di questo problema, alcuni progettisti di invertitori stanno iniziando a utilizzare altri condensatori, inclusi quelli a pellicola sottile e in ceramica, che hanno durate maggiori.
EPCOS offre ora il condensatore di potenza (PCC, Power Capacitor), idoneo a tali applicazioni. Questo condensatore di potenza compatto presenta valori ESR ed ESL estremamente bassi e può essere montato direttamente sul modulo IGBT. La robustezza e il piccolo fattore di forma del PCC lo rende adatto per invertitori con vincoli di spazio in installazioni fotovoltaiche.
Problemi di grande portata nei microinvertitori
Le opportunità e, di conseguenza, anche i problemi dei condensatori negli invertitori PV aumentano in una nuova generazione di prodotti conosciuti come microinvertitori. In genere, gli invertitori PV operano in configurazioni di stringhe, combinando la resa di più moduli solari. Al contrario, ciascun microinvertitore è abbinato a un singolo modulo solare. Ciò significa che una riduzione nella resa di un singolo modulo non riduce in modo sproporzionato la resa dell'intero array.
I microinvertitori possono essere integrati direttamente in pannelli solari per produrre moduli solari CA. Questo aspetto semplifica il processo di installazione e riduce i costi dei materiali, nonché compensa efficacemente l'aumento dei costi dei microinvertitori rispetto a quello degli invertitori di stringhe. Secondo la società di ricerche di mercato IHS, il segmento dei microinvertitori si espanderà rapidamente, con una stima dell'aumento del fatturato del mercato globale pari a 1,1 miliardi di dollari nel 2018, più del triplo della cifra totale pari a 329 milioni di dollari di fatturato nel 2013. Tuttavia, nel caso in cui i microinvertitori siano collegati direttamente ai moduli PV, è fondamentale che questi dispositivi abbiano garanzie di durata equivalente agli stessi pannelli solari, ovvero di circa 25 anni.
Una sola parola: plastica
Alcuni progetti di microinvertitori sono ora in grado di utilizzare condensatori a pellicola in poliestere. Uno di questi progetti include un condensatore di bulk di EPCOS basato su pellicola in poliestere, un tipo di plastica. L'utilizzo di questo dispositivo evita i problemi di durata associati ai condensatori elettrolitici.
Potenza eolica
I condensatori svolgono un ruolo sempre più importante anche nel settore dell'energia eolica. Negli ultimi anni, il mercato dell'energia eolica ha testimoniato l'arrivo di una nuova generazione di turbine che eliminano l'uso del cambio. Queste turbine eoliche senza cambio utilizzano un collegamento diretto tra il rotore e il generatore. I fautori della tecnologia senza cambio sostengono che questo approccio riduce la complessità delle turbine eoliche e, di conseguenza, la necessità di manutenzione. Si tratta di un attributo particolarmente importante per le turbine offshore, la cui ubicazione remota aumenta i costi delle riparazioni.
I generatori nelle turbine eoliche senza cambio richiedono condensatori in grado di garantire livelli elevati di capacità, affidabilità e robustezza. Per servire questo mercato, EPCOS offre una linea di condensatori elettrolitici in alluminio con morsetto a vite adatto alle turbine eoliche senza cambio. Insieme alla elevata capacità, questi condensatori EPCOS sono progettati per soddisfare requisiti di affidabilità, lunga durata e temperatura. I condensatori hanno una elevata densità di energia, una caratteristica adatta agli spazi ristretti all'interno delle turbine eoliche. Sono collegati in serie e in parallelo per soddisfare le esigenze delle applicazioni nelle installazioni di energia eolica.
Capacità di cambiamento
Grazie all'aumento della produzione e degli investimenti nel campo dell'energia rinnovabile, per i produttori di condensatori questo mercato è un'opportunità in grande sviluppo. I produttori offrono componenti specificatamente progettati per soddisfare le esigenze dei sistemi a energia solare ed eolica. Grazie a questi sforzi, i produttori di condensatori consentono una distribuzione più rapida, costi di manutenzione inferiori e maggiore efficienza dell'energia rinnovabile.