La trasformazione della corrente continua (CC o DC in inglese) in corrente alternata (CA o AC in inglese) ha rivestito un ruolo di grande importanza nella transizione verso le energie rinnovabili.
Gli inverter DC/AC sono necessari se si desidera utilizzare l’elettricità proveniente da:
- Batterie solari
- Pannelli fotovoltaici
- Turbine eoliche per uso domestico
- Batterie dell’auto e dei veicoli ricreazionali (camper e roulotte)
Tutti i sistemi elencati sopra producono, accumulano ed utilizzano l’elettricità sotto forma di corrente continua (CC), mentre lo standard internazionale dei dispositivi elettronici e degli elettrodomestici è la corrente alternata (AC).
C’è quindi bisogno di apparecchi che convertano in modo efficiente l’elettricità da CC a CA sia nell’uso domestico che in quello industriale.
In questo articolo potrai trovare tutte le informazioni sugli inverter DC/AC.
Prima spiegheremo cosa sono la corrente continua (CC) e la corrente alternata (CA), dopodiché risponderemo alla seguente domanda: la corrente alternata (CA) è meglio della corrente continua (CC)?
Poi vedremo come trasformare la corrente continua (CC) in corrente alternata (CA) attraverso un inverter. Infine, descriveremo quali apparecchiature possono funzionare senza necessità di trasformare la corrente continua (CC) in corrente alternata (CA).
Cosa sono la corrente alternata (CA) e la corrente continua (CC), in inglese AC/DC
Forse la prima cosa che viene in mente è la mitica band heavy metal, ma i termini AC e DC, rispettivamente corrente alternata e corrente continua, erano noti ben prima della famosa band.
La corrente alternata (CA) e la corrente continua (CC) sono tipi di corrente elettrica. La corrente elettrica è un moto di particelle dotate di carica (elettroni) in un conduttore, ad esempio un cavo elettrico.
Vediamo ora perché esistono due tipi di corrente elettrica.
Accenni storici sui tipi di corrente (CA e CC): la guerra delle correnti
Torniamo indietro nel tempo, alla fine del 19° secolo, l’epoca in cui le scienze elettriche hanno visto i maggiori progressi grazie a scienziati come Alexander Graham Bell, Werner von Siemens, Heinrich Hertz, George Westinghouse, Nikola Tesla e Thomas Edison.
Tesla, Edison e Westinghouse erano impegnati in quella che può essere definita come la battaglia tecnica più dinamica dell’era moderna.
George Westinghouse, supportato da Tesla, era un appassionato sostenitore della corrente alternata (CA o AC in inglese), mentre Edison spingeva fortemente affinché la corrente continua (CC o DC in inglese) diventasse lo standard internazionale.
I primi impianti elettrici furono le centrali elettriche in corrente continua (CC o DC) di Edison, che iniziarono a distribuire corrente ai primi 59 clienti di New York nel settembre 1882.
Ironia della sorte, Tesla arrivò negli Stati Uniti nel 1884 e cominciò a lavorare per Edison su macchine in corrente continua. Era convinto, tuttavia, che il futuro dell’elettricità fosse la Corrente Alternata (CA).
Due anni più tardi, Tesla incontrò George Westinghouse, un ricco industriale che acquistò molti dei suoi brevetti e cominciò a sviluppare centrali elettriche in CA.
Questo segnò l’inizio di una battaglia epica, la guerra delle correnti, tra Westinghouse/Tesla ed Edison per lo sviluppo degli standard elettrici. Un recente film mostra la dura battaglia tra i due uomini, che culminò con la prima esecuzione umana di condanna a morte su sedia elettrica, alimentata con corrente alternata.
Probabilmente sai già la fine della storia: Westinghouse e Tesla vinsero la battaglia per gli standard elettrici e Thomas Edison perse. La corrente alternata è oggi riconosciuta come lo standard mondiale ed utilizzata per generare elettricità.
La corrente continua (CC o DC) tuttavia non è caduta in disuso e con lo sviluppo delle energie rinnovabili, come i pannelli fotovoltaici che generano solo ed esclusivamente corrente continua, si è potuto assistere ad un rinnovato interesse nei suoi confronti.
Per capire meglio perché la corrente alternata è stata adottata come standard internazionale spieghiamo la differenza tra corrente alternata e corrente continua.
Cosa è la corrente continua (CC o DC in inglese)
La corrente continua è conosciuta anche con l’acronimo CC o DC dall’inglese Direct Current. Come si evince dal nome, la corrente continua è un tipo di corrente elettrica caratterizzata da un flusso di carica elettrica di direzione costante nel tempo, continua appunto. Gli elettroni si spostano dal polo negativo al polo positivo.
Graficamente può essere rappresentata da una linea retta continua.
La corrente continua può essere prodotta ad esempio dai pannelli fotovoltaici e “raccolta” in batterie che a loro volta erogano corrente continua.
Cosa è la corrente alternata (CA o AC in inglese)
La corrente alternata è conosciuta anche con l’acronimo CA o AC dall’inglese Alternating Current. Come si evince dal nome, la corrente alternata è un tipo di corrente elettrica in cui il flusso di elettroni inverte continuamente la propria direzione con un’alternanza che avviene con frequenza standard (50Hz) [*1]. Questo significa che la corrente cambia direzione 50 volte al secondo.
Graficamente può essere rappresentata con un’onda.
La corrente alternata è ad esempio prodotta da un alternatore nelle centrali elettriche a combustibile, carbone e nelle centrali idroelettriche e nucleari. Essendo lo standard internazionale, la corrente alternata è utilizzata in tutti gli elettrodomestici e i macchinari elettrici.
Ora che sappiamo cosa sono la corrente alternata e la corrente continua, mettiamole a confronto e scopriamo qual è la migliore.
Corrente alternata e corrente continua: qual è la migliore
Westinghouse e Tesla furono in grado di dimostrare la superiorità della corrente alternata rispetto a quella continua di Thomas Edison adottata in precedenza.
Vediamo i lati positivi e negativi di entrambi i tipi di corrente.
Pro e contro della corrente continua (CC o DC)
Uno dei principali vantaggi della corrente continua è che è molto più facile immagazzinarla rispetto alla corrente alternata. I motori e gli apparecchi che funzionano con corrente continua sono inoltre più efficienti. Una pompa per l’acqua che funziona con corrente continua, ad esempio, può essere due volte più efficiente rispetto allo stesso modello con lo stesso consumo di watt che però funziona con corrente alternata.
La corrente continua riveste un ruolo di grandissima importanza nel settore delle energie rinnovabili e dei veicoli elettrici. Può infatti essere prodotta direttamente da pannelli fotovoltaici e immagazzinata in batterie.
C’è una certa ironia in questo visto che la società Tesla utilizza principalmente la corrente continua ma porta il nome del grande sostenitore della corrente alternata.
Un altro fatto degno di nota è che tutti i dispositivi elettrici funzionano con corrente continua e la trasformazione della corrente alternata in corrente continua causa una perdita dal 5 al 20% (questo vale per i computer portatili, i telefoni cellulari ed altri dispositivi elettronici).
In ultimo, entrambe le correnti sono pericolose, ma la corrente alternata ha maggiori probabilità di causare fibrillazione cardiaca e morte.
Pro e contro della corrente alternata (CA o AC)
Il principale vantaggio della corrente alternata è la possibilità che offre di essere trasportata per lunghe distanze con perdite di energia minime (i cavi non si surriscaldano). Questo consente l’utilizzo di cavi di dimensioni inferiori e quindi minori costi per il trasporto della corrente.
La produzione di corrente alternata da alternatore è inoltre meno costosa rispetto alla produzione di corrente continua.
Anche se la corrente alternata è il principale tipo di corrente elettrica, la corrente continua è ampiamente utilizzata e con la crescita delle energie rinnovabili, delle batterie e dei dispositivi elettronici ci si aspetta un suo ritorno in auge negli anni a venire.
Per alimentare i normali apparecchi domestici è quindi necessario trasformare la corrente continua in corrente alternata.
Nel prossimo paragrafo vedremo in che modo gli inverter trasformano la corrente da continua ad alternata.
Come trasformare la corrente continua in corrente alternata: l’inverter
L’inverter è un dispositivo elettronico che trasforma la corrente continua in corrente alternata in due passaggi:
prima trasforma la corrente continua in corrente alternata, poi aumenta il voltaggio di ingresso (12V, 24V…) fino ad arrivare ai 230V utilizzabili da tutti gli apparecchi.
Trasformazione della corrente continua in corrente alternata
Esistono due tipi di inverter:
- Inverter ad onda sinusoidale modificata (MSW)
- Inverter ad onda sinusoidale pura (PSW)
Per maggiori informazioni sugli inverter ad onda sinusoidale pura leggi questo articolo.
La vera sfida nella conversione della corrente continua in corrente alternata è trasformare un segnale continuo in un’onda alternata con perdite minime.
Per farlo si può iniziare con un semplice interruttore che accende e spegne alternativamente la linea continua della CC. Si ottiene quindi un segnale alternato ma il flusso di corrente è ancora monodirezionale e ben lontano dall’onda della corrente alternata.
Per fare sì che il flusso di corrente scorra in entrambe le direzioni negli inverter vengono utilizzati i transistor. I transistor sono interruttori elettronici. In parole semplici, gli inverter utilizzano transistor a ponte per reindirizzare la corrente continua ed alternarla secondo una frequenza data attraverso il carico.
Si ottiene quindi una corrente alternata. Per trasformarla in un’onda, negli inverter vengono utilizzati diodi ed altri componenti elettronici che “distendono” il segnale fino a farlo diventare un’onda sinusoidale pura.
Gli inverter ad onda sinusoidale modificata producono solamente un’onda sinusoidale approssimativa, come mostrato sotto. Gli inverter ad onda sinusoidale pura creano una perfetta onda sinusoidale simile all’elettricità della rete elettrica.
Gli inverter ad onda sinusoidale pura come quelli presenti in tutti i generatori solari Bluetti hanno componenti elettronici di alta qualità. Ecco perché sono più costosi di quelli ad onda sinusoidale modificata.
Aumento della tensione fino a 230V AC: il trasformatore
I volt in corrente continua sono generalmente inferiori ai 230 volt della corrente alternata necessari per alimentare i vari apparecchi. È necessario quindi aumentarli e per fare questo entra in gioco il trasformatore integrato.
Fondamentalmente, i trasformatori sono costituiti da un nucleo in acciaio con due avvolgimenti di filo di rame che costituiscono l’avvolgimento primario e l’avvolgimento secondario. La corrente con il voltaggio più basso entra attraverso l’avvolgimento primario e la corrente con il voltaggio più alto esce dall’avvolgimento secondario. La corrente passa da un avvolgimento all’altro tramite induzione elettromagnetica.
La densità dei fili dei due avvolgimenti determina i volt in uscita. Per aumentare i volt, l’avvolgimento secondario deve avere fili con densità (numero di spire) maggiore rispetto a quelli del primario.
Ora che abbiamo spiegato come trasformare la corrente continua in corrente alternata vediamo in quali situazioni potrebbe essere necessario un inverter.
Quando è necessario un inverter DC/AC
Gli inverter vengono usati tutti i giorni, sono ovunque.
Quando si ricarica il telefono o il computer portatile attraverso una presa a muro si sta utilizzando un micro-inverter AC/DC perché i dispositivi elettronici funzionano esclusivamente con corrente continua
I pannelli fotovoltaici e le batterie erogano corrente continua, quindi se si vuole alimentare un apparecchio standard è necessario che un inverter trasformi la corrente diretta in alternata.
Detto questo, molti apparecchi sono stati progettati per funzionare solo con corrente continua, il che elimina la necessità di un inverter quando la fonte di energia è solo corrente continua, come in un camper o un sistema off-grid.
Cosa è possibile alimentare con la corrente continua
Gli apparecchi che funzionano con corrente continua fanno risparmiare denaro!
Come detto in precedenza, ci sono molti vantaggi nell’utilizzo della corrente continua ed uno dei principali è la maggiore efficienza rispetto alla corrente alternata. Gli apparecchi che funzionano solo con corrente continua richiedono meno energia per il loro funzionamento.
Ad esempio, una pompa idraulica da 500W che funziona con corrente continua ha le stesse prestazioni di una pompa idraulica da 1000W che funziona in corrente alternata.
Ecco perché molti apparecchi sono stati progettati e sviluppati per funzionare solo con corrente continua. Tra questi:
- Frigorifero/freezer
- Ventilatore
- Pompa elettrica
- TV a LED
- Pentole elettriche
Con il continuo sviluppo dell’energia solare e la produzione locale di elettricità è altamente probabile che la corrente continua avrà un ruolo maggiore nelle centrali elettriche.
Considerazioni finali
Come probabilmente sai già, stiamo vivendo un momento di transizione energetica: da energia ottenuta con carburanti fossili ad energia a zero emissioni. L’elettricità ha un ruolo fondamentale nella trasformazione dell’energia.
Il consumo mondale di elettricità, infatti, ha subito un incremento del 40% negli ultimi 10 anni. Ci si aspetta inoltre una forte richiesta di elettricità a livello mondiale nei prossimi 20 anni, ad un ritmo di crescita due volte maggiore rispetto alla richiesta dell’energia primaria. [*2]
Le auto elettriche a batteria e gli impianti per la produzione di energia rinnovabile (solare, eolica) sono alla base della crescita di consumo di elettricità.
Sia le auto elettriche che gli impianti per la produzione di energia rinnovabile utilizzano corrente continua che può essere fino a due volte più efficiente rispetto alla corrente alternata.
Di conseguenza, nel breve periodo, la corrente continua riacquisterà certamente popolarità nei sistemi micro-grid.
Nel frattempo i sistemi in corrente continua e in corrente alternata continueranno a co-esistere e gli inverter DC/AC rivestiranno un ruolo fondamentale.
[*1] in Italia la frequenza non è 60 ma 50 Hz.
[*2] questa frase non ha molto senso. Il senso dovrebbe essere questo ma non è quello della frase in inglese:
Ci si aspetta inoltre una forte richiesta di elettricità a livello mondiale nei prossimi 20 anni, ad un ritmo di crescita due volte maggiore rispetto alla disponibilità dell’energia primaria.
