¿Qué tipos de inversores fotovoltaicos hay?
Los tipos de inversores fotovoltaicos se pueden clasificar en 2 grupos: inversores de conexión a red e inversores para sistemas aislados.
| Agrupación de inversores | Tipo |
|---|---|
| Conexión a red | Inversores centrales |
| Inversores de cadena (string) | |
| Inversores híbridos | |
| Microinversores | |
| Optimizadores de potencia | |
| Autónomos (sistemas aislados) | Inversores de onda senoidal modificada |
| Inversores de onda senoidal pura | |
| Inversores cargadores | |
| Según fases de salida (CA) | Monofásicos |
| Trifásicos | |
| Según topología interna de conversión | Alta frecuencia |
| Baja frecuencia |
1. Inversores conectados a la red
Un inversor solar de conexión a red es aquel con salida en corriente alterna sincronizada en tensión y frecuencia con la red pública. Puede ser monofásico o trifásico y permite consumir la energía y poder verter el excedente a la red para su venta.
Los inversores de red se utilizan en instalaciones residenciales, e incluyen a los inversores centrales, de cadena (string), cargadores, híbridos, microinversores, y optimizadores.
Inversores centrales
Un inversor central es un convertidor utilizado en sistemas de energía solar a gran escala, diseñado para convertir la corriente continua generada por una gran cantidad de paneles solares en corriente alterna para su integración en la red eléctrica.
Los inversores centrales son capaces de manejar altas capacidades de potencia, típicamente en el rango de 100 kW hasta 5 MW , lo que los hace ideales para instalaciones solares comerciales y parques solares de gran envergadura. Su diseño permite la conexión de múltiples strings de paneles solares a un único punto de conversión, facilitando una gestión centralizada y eficiente de la energía.
Los inversores centrales tienen alta eficiencia de conversión y un menor coste por vatio, gracias a las economías de escala.
Su instalación requiere un espacio específico y acondicionado, como una sala de inversores o incluso en cabinas especfícas para ellos, y aunque el mantenimiento es más sencillo debido a la centralización, cualquier fallo puede afectar significativamente al sistema fotovoltaico.
Los inversores solares centrales incorporan sistemas de monitorización avanzada y funcionalidades de control de red, como la regulación de voltaje y frecuencia, proporcionando servicios auxiliares esenciales para la estabilidad de la red eléctrica.
Por último añadir que los inversores centrales están diseñados para ser robustos y duraderos, capaces de operar en condiciones ambientales adversas, garantizando una vida útil de entre 10 y 15 años.
Inversores de cadena
Un inversor de cadena, también conocido como inversor de string, se utiliza en sistemas solares fotovoltaicos donde varios paneles solares se conectan en serie para formar una cadena o string. Cada cadena de paneles está conectada a un solo inversor de cadena o a cada entrada del mismo inversor, según el fabricante.
Las características principales de los inversores de cadena son su capacidad para manejar varias cadenas de paneles solares, su eficiencia en la conversión de energía y su facilidad de instalación y mantenimiento.
Son adecuados para instalaciones de tamaño mediano a grande (de 1,5kW a 50kW) debido a su capacidad de gestionar mayores cantidades de energía en comparación con microinversores.
Sin embargo, un aspecto a considerar es que la eficiencia de la cadena depende del rendimiento del panel con menor rendimiento, ya que cualquier sombra o mal funcionamiento de un panel afecta a toda la cadena. A pesar de esto, los inversores de cadena son populares debido a su coste relativamente bajo y su eficacia en la integración con la red eléctrica.
Inversores híbridos
Un inversor híbrido es un dispositivo que combina las funciones de conexión a red y de almacenamiento en baterías en un solo equipo.
Los inversores híbridos tienen la capacidad de poder gestionar al mismo tiempo la energía proveniente de paneles solares, la red eléctrica y las baterías de almacenamiento. Este tipo de inversor para placas solares no solo convierte la corriente para uso doméstico y vierte el excedente a la red pública, sino que también almacena el exceso de energía en baterías para su uso posterior
La capacidad de los inversores híbridos para trabajar con diferentes fuentes de energía y para gestionar el almacenamiento hace que sean una opción muy versátil y eficiente para instalaciones fotovoltaicas residenciales y comerciales.
Microinversores
Los microinversores realizan la conversión de corriente continua en corriente alterna en cada panel solar individualmente. Es decir, los microinversores se instalan por separado en cada panel solar.
Los microinversores optimizan individualmente el rendimiento de cada panel, mejorando la eficiencia global del sistema, especialmente en condiciones de sombreado parcial o de diferentes orientaciones y ángulos de inclinación de los paneles. En estos casos solo se ve mermada la produción del panel afectado y no la del resto de la serie.
Los microinversores son fáciles de instalar y mantener, y dan mayor fiabilidad a la instalación, ya que un fallo en un microinversor no afecta el funcionamiento del resto de la instalación.
Los microinversores proporcionan una mayor flexibilidad en el diseño de la instalación solar y una mayor oportunidad de aumentar la potencia en un futuro, porque permiten añadir paneles adicionales sin la necesidad de cambiar el inversor.
Optimizadores de potencia
Los optimizadores de potencia son dispositivos electrónicos que se instalan en sistemas solares fotovoltaicos junto a cada panel individual.
Su función principal es maximizar la eficiencia de cada placa solar, permitiendo que cada una opere en su punto de máxima potencia (MPP) independientemente del rendimiento de los otros paneles del sistema.
Los optimizadores de potencia son útiles en instalaciones solares donde las condiciones de sombra o diferencias en la orientación y la inclinación pueden afectar el rendimiento de ciertos paneles.
Los optimizadores de potencia reducen las pérdidas de eficiencia que normalmente se producirían en un sistema sin optimización, donde el rendimiento del sistema está limitado por el panel con peor rendimiento.
Por otro lado, tienen la desventaja de que para funcionar tienen que estar conectados a un inversor para placas solares. Por lo que tienen algunas de las ventajas de los microinversores pero también las desventajas de los inversores de cadena.
Inversores de aislada (autónomos)
Los inversores autónomos (o de aislada) son aquellos que funcionan en sistemas fotovoltaicos sin conexión a la red eléctrica. Convierten la electricidad de las baterías en corriente continua en corriente alterna para consumo.
Los inversores autónomos se utilizan en sistemas fotovoltaicos sin conexión a la red eléctrica, y se conectan con baterías para almacenar la energía sobrante durante el día y utilizarla cuando la generación solar es insuficiente o nula (noche, dias nublados, etc). Gestionan la carga y descarga de las baterías y garantizan un suministro fiable de energía.
Los tipos de inversores autónomos incluyen a los inversores de onda modificada y de onda senoidal pura.
Inversores de onda senoidal modificada
Los inversores de onda senoidal modificada son dispositivos que convierten la corriente continua de las baterías en corriente alterna con una forma de onda que es una aproximación a la onda senoidal pura. Esta forma de onda es menos suave y más escalonada que la que habitualmente tiene la red pública, lo que puede resultar en una menor calidad de energía para los equipos eléctricos comparada con la onda senoidal pura.
Las características de los inversores de onda senoidal modificada incluyen una mayor eficiencia en la conversión de energía y un coste generalmente más bajo en comparación con los de onda senoidal pura.
Los inversores de onda senoidal modificada no son recomendables para dispositivos electrónicos sensibles o que requieren una alimentación eléctrica de alta calidad porque la forma de onda no es tan precisa y puede generar ruido eléctrico y sobrecalentamiento en algunos aparatos.
Inversores de onda senoidal pura
Los inversores de onda senoidal pura son dispositivos que convierten la corriente continua almacenada en las baterías en corriente alterna de alta calidad, imitando la forma de onda sinusoidal que se encuentra en la red eléctrica pública.
Los inversores de onda senoidal pura producen una salida de CA que es prácticamente idéntica a la electricidad suministrada por la red eléctrica convencional, lo que los hace adecuados para alimentar equipos electrónicos sensibles y de alta precisión, como ordenadores, electrodomésticos modernos, y equipos médicos.
Las características principales de los inversores de onda senoidal pura incluyen una salida de energía más limpia y estable, ua menor generación de calor en los dispositivos conectados, y una mayor eficiencia en el funcionamiento de los aparatos eléctricos, lo cual se traduce en una mayor durabilidad y un funcionamiento más silencioso y eficiente de los mismos.
Inversores cargadores
Los inversores cargadores para sistemas off-grid integran inversor y cargador de baterías. Cuando un inversor cargador detecta que la batería conectada está por debajo de la tensión mínima de funcionamiento, activa la función de cargador para cargarla.
Estos inversores pueden cargar el banco de baterías desde los paneles o un generador externo, como puede ser un grupo electrógeno. Los inversores cargadores permiten almacenar el excedente generado durante el día para su uso nocturno o en periodos de baja generación solar.
Están diseñados para instalaciones sin red o con una red muy inestables, y se ubican cerca del banco de baterías, en una zona ventilada y accesible para el mantenimiento. Los inversores cargadores también regulan la carga de la batería para maximizar su vida útil y garantizar un suministro estable de energía.
Tipos de inversores por atributos transversales
Tanto los inversores fotovoltaicos de conexión a red como los autónomos pueden clasificarse en otros subtipos según 2 atributos transversales que afectan a su aplicación y rendimiento:
- Según su configuración de fases de salida en corriente alterna: Inversores monofásicos e inversores trifásicos.
- Según la topología interna de conversión: Inversores de alta frecuencia e inversores de baja frecuencia.
Inversores monofásicos
Un inversor monofásico transforma la corriente continua generada por módulos fotovoltaicos en corriente alterna monofásica. La corriente alterna monofásica se sincroniza en tensión y frecuencia con la red pública para permitir su uso en sistemas eléctricos residenciales o comerciales con una única fase de corriente alterna.
Los inversores monofásicos sirven para alimentar cargas eléctricas monofásicas, tienen un diseño compacto y facilidad de integración en sistemas solares pequeños y medianos. Incluyen también funciones de monitorización y protección contra sobretensiones, sobrecargas y fallos en la red (normalmente), garantizando una operación segura y eficiente.
Inversores trifásicos
Un inversor trifásico convierte la corriente continua en corriente alterna con tres fases desfasadas 120 grados entre sí, con 230V entre fase y neutro y 400V entre fases.
Se utiliza en instalaciones fotovoltaicas industriales y comerciales de más de 10 kW-15 kW para suministrar corriente en equipos eléctricos en alterna trifásica sin interrupciones, como motores, maquinaria industrial o para la conexión a red.
Las características principales de los inversores trifásicos son: su capacidad para manejar mayores potencias que los monofásicos, y la mejor calidad de la energía, reduciendo las pérdidas y las fluctuaciones en la red.
Estos inversores se instalan en sistemas de generación distribuida (utility scale), como los parques solares, donde se necesita inyectar energía en la red eléctrica de manera estable y fiable.
También ofrecen una mayor eficiencia y mejor rendimiento en la integración con la infraestructura de red existente, facilitando el balance de cargas y la estabilidad del sistema eléctrico.
Inversores de baja frecuencia
Un inversor de baja frecuencia utiliza un transformador de baja frecuencia (normalmente 50 ó 60 Hz) en su diseño, lo que le permite manejar mayores niveles de potencia y ofrecer una mayor durabilidad y robustez.
Los inversores de baja frecuencia son particularmente adecuados para aplicaciones donde la fiabilidad y la capacidad de manejar cargas pesadas son necesarias. Sus principales características son la capacidad de soportar grandes sobrecargas temporales, una mayor eficiencia en la conversión de energía en situaciones de alta demanda y una mayor resistencia a las interferencias electromagnéticas.
Tienen una mejor capacidad de aislamiento galvánico, lo que mejora la seguridad y la protección del sistema. Aunque suelen ser más grandes y pesados, su robustez y fiabilidad los hacen ideales para instalaciones de autoconsumo industrial y comercial.
Se utilizan tanto con aparatos eléctricos domésticos como con equipos industriales con cargas inductivas fuertes como bombas, sistemas de aire acondicionado, sistemas de refrigeración industrial, etc.
Inversores de alta frecuencia
Un inversor de alta frecuencia es un convertidor diseñado para transformar la corriente continua en corriente alterna a frecuencias muy altas. Funcionan en el rango de decenas a cientos de kilohercios (kHz), lo que permite el uso de componentes más pequeños y ligeros, mejorando así la eficiencia y reduciendo el tamaño y el peso del inversor.
Una de las principales características de los inversores de alta frecuencia es su capacidad para transformar la energía de manera más eficiente debido a las menores pérdidas por conmutación en los transistores. Incorporan transformadores más compactos y menos costosos debido a las frecuencias más altas en las que operan.
Los inversores para placas solares de alta frecuencia tienen una capacidad de respuesta rápida a los cambios en la carga y la demanda.
Son los inversores más utilizados en instalaciones fotovoltaicas residenciales y comerciales, gracias a su eficiencia y a su tamaño compacto.