Inversores Solares

El inversor solar es el dispositivo que se encarga de transformar la corriente continua, procedente de los paneles solares, en corriente alterna en una instalación fotovoltaica.

¿Cómo funciona un inversor solar?

Como comentamos, un inversor de corriente o convertidor es el equipo eléctrico que se encarga de convertir la corriente continua (CC) procedente de los paneles solares o de las baterías de la instalación fotovoltaica, en corriente alterna (CA) que es la que utilizan los electrodomésticos para poder funcionar.

Una de las funciones que debe cumplir cualquier inversor solares la de regular el valor de la tensión de salida. Esto se consigue básicamente, en fase de fabricación, de tres distintas formas:

  • regulando la tensión antes del inversor (convertidores DC/DC)
  • regulando la tensión en el propio inversor mediante un sistema de control (variando el ángulo de fase, mediante modulación de ancho de pulso (PWM))
  • o regulando a la salida del inversor (mediante un auto-transformador)

Tipos de inversores solares:

Como bien sabrás, un inversor de energía solar se encarga de transformar la tensión continua en alterna para su consumo en un hogar, industria, sistemas de bombeo o cualquier otra aplicación.

Los tipos de inversor de corriente solar se clasifican generalmente atendiendo a dos criterios: su aplicación y su forma de onda. Y más ampliamente, podemos hablar de esta clasificación de inversores fotovoltaicos:

  • Inversores monofasicos: Para instalaciones monofásicas. Más habituales en viviendas para autoconsumo con balance neto.
  • Inversores trifásicos: Para instalaciones trifásicas. Más habituales en instalaciones de autoconsumo de tamaño medio y grande.

Eso en relación a su configuración eléctrica, pero si atendemos a sus aplicaciones, también podemos clasificarlos como:

Inversores solares centrales, de cadena (string), híbridos  y microinversores:

Atendiendo a como se conectan, podemos encontrarnos con estas opciones de inversores fotovoltaicos:

  1. Inversores centrales: Son los de mayor potencia, eficiencia, simplicidad. Tienen la desventaja de que, al ser un solo inversor, y éste falla, caerá la producción de electricidad de la instalación.
  2. Inversores de cadena o string: A la entrada del inversor se conecta un string (una cadena de paneles conectados en serie), de este modo el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) es independiente para cada string. Tiene la gran ventaja que permite que no todos los strings tengan la misma orientación o instalaciones dónde hay complicaciones de sombreado, por lo que es muy ventajoso en tejados de viviendas, donde es habitual ese problema.
  3. Microinversores: Similares a los primeros pero se conectan a cada panel o cada dos paneles. Tiene ventajas en caso de sombras en los paneles y que se puede ir ampliando la instalación gradualmente, pero la desventaja de ser más caro. Son los de mayor eficiencia que existen.
  4. Inversores híbridos: Es un tipo de inversor que permite conectar las baterías y el suministro eléctrico (o un grupo electrógeno como un motor diésel), dando prioridad a una de ellas según sea necesario en cada momento.
  5. Inversores de aislada: Están diseñados para trabajar con baterías en instalaciones que no disponen de suministro eléctrico. Convierten la corriente continua (DC) que procede de las baterías en corriente alterna (AC) a una tensión de 220V para su uso doméstico.
  6. Inversor-Cargador: Su comportamiento es el mismo que los inversores de aislada, pero además incorporan un cargador interno para la batería que se puede servir de un grupo electrógeno externo, como un motor diésel, usándolo como fuente de alimentación de 220V. De este modo, esa fuente externa, puede usarse para alimentar la vivienda y cargar las baterías, en caso de la que la solar no esté disponible en ese momento.

Además, al disponer todos de pantalla LCD, se hace muy intuitiva y fácil su instalación y puesta en marcha. Muchos de estos inversores están ya adaptados para trabajar con baterías para poder hacer uso de ellas cuando no luce el sol.

Especificaciones básicas de los inversores fotovoltaicos:

Antes de afrontar el diseño de una instalación fotovoltaica de autoconsumo, debemos tener en cuenta que en el mercado podemos encontrar, fundamentalmente, dos tipos de inversores solares.

Hablamos de inversores fotovoltaicos para instalaciones aisladas (es decir, con baterías) e inversores para conexión a red o autoconsumo. Este último tipo de inversor, el de instalaciones de autoconsumo y conexión a red, es al que hacemos referencia en esta sección de nuestra web.

Las especificaciones eléctricas fundamentales para cualquier instalación inversor fotovoltaico existentes en el mercado son:

  • Tensión Nominal.– Es la tensión que se debe aplicar a los terminales de entrada del inversor.
  • Potencia Nominal.– Es la potencia que puede suministrar el inversor de forma continuada.
  • Capacidad de sobrecarga.– Se refiere a la capacidad del inversor para suministrar una potencia considerablemente superior a la nominal, así como el tiempo que puede mantener esta situación.
  • Tensión de entrada de arranque: Tensión de entrada a partir de la cual el inversor empieza a verter energía a la red.
  • Tensión máxima del MPP: tensión máxima de seguimiento de máxima potencia.
  • Tensión mínima del MPP: tensión mínima de seguimiento de máxima potencia.
  • Corriente máxima de entrada: máxima corriente a la cual puede funcionar el inversor. Si el inversor tiene múltiples MPPT (seguimientos del punto de máxima potencia), Iccmáx se relaciona con cada una de las entradas individuales.
  • Eficiencia (ó rendimiento).– Es la relación, expresada en tanto por ciento, entre las potencias presentes a la salida y a la entrada del inversor. Su valor depende de las condiciones de carga del mismo, es decir de la potencia total de los aparatos de consumo alimentados por el inversor en relación con su potencia nominal.

Rendimiento de un inversor fotovoltaico:

La eficiencia de todos los inversores se ve afectada no sólo por las pérdidas producidas por la conmutación, sino también por las pérdidas debidas a elementos pasivos, como son los transformadores, filtros, condensadores, etc....

Así el término eficiencia de la conversión del sistema completo, el cual incluye filtros de entrada, dispositivos de conmutación, filtros de salida y transformador es más apropiado que únicamente la eficiencia del inversor.

Los inversores generalmente tienen una eficiencia a plena carga de entre el 90 y 94% para sistemas de baja tensión de entrada (400 V), e incluso superiores como en casos de fabricantes de inversor SMA o de los modelos de inversor Fronius.

En general la eficiencia de un inversor es mayor en los inversores con bajas pérdidas en vacío, y la eficiencia crece si la tensión continua de entrada de los paneles fotovoltaicos crece.

¿Sirven para cualquier tipo de panel solar?

Los inversores para placas solares, también llamados inversor de energía solar a eléctrica, como hemos comentado, son una parte fundamental cualquier instalación en fotovoltaica y están pensados precisamente para eso, para convertir la corriente continua en corriente alterna.

Bien es cierto que, si bien los inversores de conexión a red sirven para todo tipo de panel solar, los de aislada suelen usarse para modelos más pequeños y sería preciso además de un cargador para controlar la carga de las baterías.

Aunque con la disponibilidad actual de reguladores MPPT, prácticamente ese requisito ha dejado de ser tan restrictivo y se utilizan paneles convencionales en todos los casos. Por lo que no debes preocuparte.

¿Como es el esquema eléctrico básico de conexión?

El funcionamiento de un inversor solar y el modo de conectar el inversor fotovoltaico es relativamente sencillo. Lo puedes comprobar en la siguiente imagen, que es el esquema típico de una instalación con balance neto:

Esquema típico de conexión inversor instalación autoconsumo

El flujo de energía eléctrica normalmente siempre va en el sentido de las cargas, cuando se produce un corte en la red eléctricael inversor se tiene que parar y dejar de inyectar a la red eléctrica.

Esquema eléctrico de un sistema de autoconsumo con inversores solares

Los requerimientos básicos exigidos a los inversores solares para autoconsumo y conexión a red son, entre otros:

  • La instalación fotovoltaica debe considerarse como parte de un componente de la red eléctrica.
  • El inversor debe cumplir las especificaciones exigidas de la red eléctrica.
  • La seguridad de los operadores debe tenerse siempre en cuenta (pueden existir partes activas desconocidas).
  • Las instalaciones fotovoltaicas no deberán entregar energía a una línea eléctrica sin protecciones.
  • La desconexión del inversor debe ser automática en cuanto aparezca un fallo.
  • Deberá existir un punto de fácil desconexión (interruptor frontera) que sea accesible a los empleados de la compañía eléctrica en cualquier momento.
  • Los inversores deberán operar con factor de potencia igual a uno.
  • Se deberá efectuar aislamiento eléctrico entre la instalación fotovoltaica y la red.
  • Si la señal de salida del inversor excede de las condiciones predefinidas para la operación (sobre/subtensión, sobre/subfrecuencia) el inversor debe desconectarse automáticamente de la red.
  • Se posibilitará la nueva conexión después de un cierto tiempo (3 minutos normalmente), tiempo que el sistema de control y protección de red espera para intentar una nueva conexión.

¿Qué tamaños hay disponibles?

Con un inversor fotovoltaico, hay prácticamente cualquier potencia disponible. Desde los pequeños microinversores de 250W, hasta los grandes inversores centrales de 1MW, o más, pensados para grandes huertas solares.

En cualquier caso, los tamaños más habituales son los que van de 5kW a 25kW, por su modularidad que los hacen perfectos para instalaciones de pequeño, medio y gran tamaño.

Calidad de la señal:

Las dos principales cuestiones técnicas a tener en cuenta en un inversor desde el punto de vista de calidad de la señal son: el factor de potencia y la distorsión armónica. El contenido armónico en la señal de salida de un inversor para uso fotovoltaico es difícil de fijar debido a que no hay mucha información disponible.

Los efectos de la distorsión armónica en la propia red eléctrica y en las cargas conectadas a ella no están suficientemente estudiados y además existen múltiples dificultades para medir la distorsión obtenida.

Dentro de todas las especificaciones, las de la corriente se deben tener mas en cuenta que las de voltaje, ya que los armónicos de corriente son los que más problemas causan y porque es más fácil para el fabricante de equipos demostrar el total cumplimiento de la especificación de inyección de corriente.

Esta especificación normalmente se da en términos de distorsión armónica total (THD). La magnitud que representa a cualquiera de los armónicos por separado se denomina distorsión armónica simple (SHD) y es igualmente interesante para las compañías eléctricas.

Los valores normalmente utilizados para ambas distorsiones son el 5% y el 3% respectivamente.

Aislamiento eléctrico de un inversor:

Otra necesidad de considerable importancia en la conexión con la red eléctrica es la obtención de un adecuado aislamiento. Este se puede obtener mediante un transformador situado entre la red y el inversor (aunque algunos ya lo incorporan de serie). El aislamiento galvánico es obligado por motivos de seguridad.

Tensión de voltaje en bornes inversores solares con y sin transformador

En principio, varios reglamentos de países de la UE indican que no se puede conectar inversores a la red a menos que se prevea alguna forma de aislamiento. La instalación fotovoltaica y la compañía eléctrica deberán utilizar protecciones que logren interrumpir corrientes de fallo en continua. Un fallo en el inversor con niveles de continua puede saturar el transformador de distribución de la compañía eléctrica y causar mal funcionamiento del servicio a otros abonados.

Protecciones:

Los inversores actuales suelen incluir el control de todo el sistema. Esto incluye detectar que el campo fotovoltaico tenga suficiente potencia como para poder conectarse a la red, cerrando en ese momento un contactor y comenzando a operar tan pronto como haya luz solar. Por la noche el inversor deberá estar totalmente desconectado.

La lógica de control del inversor fotovoltaico incluirá un sistema de protección que detecte situaciones de funcionamiento anormales como son:

  • Falta a tierra en continua.
  • Condiciones anormales en la red eléctrica (tensión, frecuencia, etc..)
  • Pérdidas en una fase.
  • Parada del inversor solar.

El inversor solar deberá estar protegido contra transitorios de tensión mediante varistores en el lado de continua y alterna. Si desea presupuesto y precio de inversor solar para su proyecto fotovoltaico, no dude en ponerse en contacto con nosotros. Somos distribuidores desde el año 2007.

Norma IP para Inversores:

La norma IP indica el nivel de protección que tienen los equipos eléctricos ante agentes exteriores (intemperie), como el polvo y el agua.

Para saber interpretarla, basta con saber que el Grado IP posee dos cifras, la primera se refiere al grado de protección del equipo frente al polvo y la segunda cifra hace referencia a la protección frente al agua.

Para poder identificarlos, estas son las tablas de referencia:

Grado de protección contra el polvo:

 

Grado de Protección Tamaño del objeto entrante Efectivo contra…
0 Sin protección
1 <50 mm El elemento que debe utilizarse para la prueba (esfera de 50 mm de diámetro) no debe llegar a entrar por completo.
2 <12.5 mm El elemento que debe utilizarse para la prueba (esfera de 12,5 mm de diámetro) no debe llegar a entrar por completo.
3 <2.5 mm El elemento que debe utilizarse para la prueba (esfera de 2,5 mm de 4
4 <1 mm El elemento que debe utilizarse para la prueba (esfera de 1 mm de diámetro) no debe llegar a entrar por completo.
5 Protección contra polvo La entrada de polvo no puede evitarse, pero el mismo no debe entrar en una cantidad tal que interfiera con el correcto funcionamiento del equipamiento.
6 Protección fuerte contra polvo El polvo no debe entrar bajo ninguna circunstancia.

Grado de protección contra el agua:

 

Nivel Protección frente a Método de prueba Resultados
0 Sin protección. Ninguno El agua entrará en el equipamiento en poco tiempo.
1 Goteo de agua Se coloca el equipamiento en su lugar de trabajo habitual. No debe entrar el agua cuando se la deja caer, desde 200 mm de altura respecto del equipo, durante 10 minutos (a razón de 3-5 mm³ por minuto)
2 Goteo de agua Se coloca el equipamiento en su lugar de trabajo habitual. No debe entrar el agua cuando se la deja caer, durante 10 minutos (a razón de 3-5 mm³ por minuto). Dicha prueba se realizará cuatro veces, a razón de una por cada giro de 15°, tanto en sentido vertical como horizontal, partiendo cada vez de la posición normal de trabajo.
3 Agua nebulizada. (spray) Se coloca el equipamiento en su lugar de trabajo habitual. No debe entrar el agua nebulizada en un ángulo de hasta 60° a derecha e izquierda de la vertical a un promedio de 11 litros por minuto y a una presión de 80-100 kN/m² durante un tiempo que no sea menor a 5 minutos.
4 Chorros de agua Se coloca el equipamiento en su lugar de trabajo habitual. No debe entrar el agua arrojada desde cualquier ángulo a un promedio de 10 litros por minuto y a una presión de 80-100 kN/m² durante un tiempo que no sea menor a 5 minutos.
5 Chorros de agua. Se coloca el equipamiento en su lugar de trabajo habitual. No debe entrar el agua arrojada a chorro (desde cualquier ángulo) por medio de una boquilla de 6,3 mm de diámetro, a un promedio de 12,5 litros por minuto y a una presión de 30 kN/m² durante un tiempo que no sea menor a 3 minutos y a una distancia no menor de 3 metros.
6 Chorros muy potentes de agua. Se coloca el equipamiento en su lugar de trabajo habitual. No debe entrar el agua arrojada a chorros (desde cualquier ángulo) por medio de una boquilla de 12,5 mm de diámetro, a un promedio de 100 litros por minuto y a una presión de 100 kN/m² durante no menos de 3 minutos y a una distancia que no sea menor de 3 metros.
7 Inmersión completa en agua. El objeto debe soportar sin filtración alguna la inmersión completa a 1 metro durante 30 minutos. No debe entrar agua.
8 Inmersión completa y continua en agua. El equipamiento eléctrico / electrónico debe soportar (sin filtración alguna) la inmersión completa y continua a la profundidad y durante el tiempo que especifique el fabricante del producto con el acuerdo del cliente, pero siempre que resulten condiciones más severas que las especificadas para el valor 7. No debe entrar agua
9K Potentes chorros de agua a alta temperatura Protegido en contra de chorros de corto alcance a alta presión y de alta temperatura. Duración del Test:

Volumen de agua: 14–16 litros por minuto
Presión: [8000–10000 kPa / 80–100 Bar] distancia de 0.1–0.15 m
Temperatura del agua: 80 °C

 

Dimensionado de un inversor solar con conexión a red:

Los inversores de conexión a red se conectan directamente a la red eléctrica y no necesitan baterías. Un sistema sin baterías es mucho menos complejo (y menos costoso) que un sistema con baterías.

El principal inconveniente es que un sistema solar conectado a la red sin baterías no puede suministrar energía a la vivienda en caso de corte de en el suministro eléctrico.

Por otro lado, y por normativa y por la seguridad de las personas que trabajan en las líneas de suministro, los inversores conectados a la red se apagarán hasta que se restablezca el suministro, para evitar que viertan energía a la red y provocar un accidente a los trabajadores de la compañía eléctrica sin ellos saberlo.

Para poder acogerse a la mayoría de los programas estatales de ayudas y subvenciones que existen, el inversor solar debe estar conectado a la red eléctrica.

Cada fabricante de inversores ofrece una herramienta de dimensionamiento mostrará las configuraciones aceptables para la instalación fotovoltaica.

En cualquier caso, para un mejor aprovechamiento del inversor, que funcione el mayor tiempo posible al 100% de su capacidad, se suele dimensionar un 15% más de potencia en paneles que la del inversor como regla básica.

Sin embargo, todo cálculo y dimensionado de un inversor siempre debe ser realizado por un profesional así como su instalación.

José Alfonso Alonso Lorenzo

José Alfonso Alonso Lorenzo

Profesional Fotovoltaico desde 2006.

  • Ingeniero técnico Industrial por la Escuela Politécnica de Ferrol.
  • Experto en Solar Fotovoltaica por el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas de Madrid en 2009-2010.
  • Experto Profesional en Energía Fotovoltaica, por la UNED 2010-2011.
  • Gerente y Responsable de Compras en SunFields Europe desde 2010.
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