Se encuentra en: :Inicio|Equipos solares: Inversor fotovoltaico

Inversor Solar Fotovoltaico – Fundamentos

Hoy vamos a analizar y describir qué es un un inversor solar y que aplicaciones tienen dentro de una instalación solar fotovoltaica.

Los inversores estáticos son circuitos que producen tensión o intensidad alterna a partir de una fuente de corriente continua.

Funcionamiento básico de un inversor solar:

Los inversores estáticos utilizan, para efectuar la conmutación, dispositivos semiconductores de potencia, los cuales funcionan únicamente de dos modos: modo corte (off) y modo saturación (on). Por ello, la señal alterna de salida que se obtiene es cuadrada.

Ejemplo de un inversor solar fotovoltaico de conexión a red

Una señal cuadrada puede convertirse en sinusoidal mediante filtros de potencia. El proceso de filtrado de los armónicos más cercano al fundamental requiere voluminosos condensadores y bobinas que reducirán el rendimiento del sistema, así como dispositivos de conexión / desconexión de los mismos.

Por esto, un objetivo a tener en cuenta cuando se diseñan inversores fotovoltaicos es obtener señales de salida, en las cuales los armónicos que aparezcan sean de pequeño valor y estén lo más lejos posible del fundamental. Esto se conseguirá aumentando la frecuencia de conmutación de los semiconductores y filtrando adecuadamente la señal obtenida.

Una de las funciones que debe cumplir cualquier inversor solar es la de regular el valor de la tensión de salida. Esto se consigue básicamente 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)

Parámetros fundamentales de un inversor fotovoltaico:

Los parámetros característicos de un inversor solar 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.
  • Forma de onda.– En los terminales de salida del inversor aparece una señal alterna caracterizada principalmente por su forma de onda y los valores de tensión eficaz y frecuencia de la misma.
  • 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.

Tipos de inversores fotovoltaicos:

Los inversores de uso fotovoltaico se clasifican generalmente atendiendo a dos criterios: su aplicación y su forma de onda. Y más ampliamente, podemos hablar de dos grupos: el inversor fotovoltaico de conexión a red y el inversor fotovoltaico para sistemas de 12V, 24V.. con baterías.

Inversores para instalaciones de placas solares con baterías:

Inversor 12V fotovoltaicos Aislada Victron

Son los utilizados en los sistemas fotovoltaicos autónomos o aislados de la red eléctrica externa. Entre las variantes de este tipo de inversores de 12V 220V para sistemas fotovoltaicos aislados existentes en el mercado destacan:

  • Entrada de Batería.- Es el más común, en el que la entrada del inversor se conecta única y directamente a la batería solar. Este tipo de inversores suelen disponer de la función de protección contra la sobredescarga de la batería, ya que esta conexión directa constituye una línea de consumo no controlada por el regulador.
  • Entradas de Batería y Campo Fotovoltaico.- Este tipo incluye un regulador de carga interno que posibilita la conexión directa del campo FV y hace innecesario el uso de un regulador externo.
  • Entradas de Batería y Generador Auxiliar.- Permite la conexión directa de un grupo electrógeno auxiliar, posibilitando la carga de las baterías mediante una fuente distinta a la solar (función de cargador), y la alimentación directa del consumo mediante dicho grupo (función generador).
  • Salida alterna y continua.- Hay inversores que disponen de doble salida, alterna y continua, diseñados especialmente para su utilización en sistemas que precisan estos dos tipos de alimentación.

Inversores fotovoltaicos para conexión a red:

Son los utilizados en los sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica externa. Este tipo de inversor, llamado habitualmente inversor solar para conexión a red , debe disponer de unas característica y cumplir unos requisitos reglamentarios específicos.

Clasificación según su forma de onda:

  • De onda cuadrada.- Característica de algunos inversores económicos de baja potencia, aptos para la alimentación exclusiva de aparatos puramente resistivos, como elementos de iluminación y otros.
  • De onda cuadrada modulada.- También característica de inversores de baja potencia, pero con un espectro de posibles elementos de consumo más amplio que el tipo anterior, que incluye alumbrado, pequeños motores y equipos electrónicos no muy sensibles a la señal de alimentación.
  • De onda senoidal pura.– Este tipo de inversores proporciona una forma de onda a su salida que, a efectos prácticos, se puede considerar idéntica a la de la red eléctrica general, permitiendo así la alimentación de cualquier aparato de consumo o, en su caso la conexión a red.
  • De onda senoidal modificada (o trapezoidal).- Intermedio entre los dos anteriores, permite ampliar el espectro de elementos de consumo y de potencia, limitado en el de onda cuadrada modulada.

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

Los inversores fuente de tensión generalmente tienen una eficiencia a plena carga de entre el 90 y 94% para sistemas de baja tensión de entrada (400 V).

Ejemplo de gráfica de rendimiento de un inversor solar

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 las placas solares crece.

Conexionado a la red eléctrica:

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

Esquema básico de conexión a red de un inversor solar

Los requerimientos básicos exigidos para la conexión a la red eléctrica son:

  • El sistema fotovoltaico parte como un componente de la red eléctrica.
  • El inversor debe cumplir las especificaciones de la red eléctrica.
  • La seguridad de los operadores debe tenerse siempre en cuenta (pueden existir partes activas desconocidas).
  • Los sistemas fotovoltaicos no deberán entregar energía a una línea sin protecciones.
  • La desconexión del inversor debe ser automática en cuando aparezca un fallo.
  • Deberá existir un punto de fácil desconexión (interruptor frontera) que sea accesible a los empleados de la compañía eléctrica.
  • Los inversores deberán operar con factor de potencia igual a la unidad.
  • 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.

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 inversor solar 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 prespuesto y precio de inversor solar para su proyecto fotovoltaico, no dude en ponerse en contacto con nosotros. Somos distribuidores desde el año 2007.

Artículo elaborado por el departamento técnico de SunFields Europe: www.sfe-solar.com

Utilizamos cookies propias y de terceros para realizar análisis de uso y de medición de nuestra web para mejorar nuestros servicios. Si continúa navegando, consideramos que acepta su uso. Puede cambiar la configuración u obtener más información aquí política de cookies.

ACEPTAR
Aviso de cookies