INVERSOR FOTOVOLTAICO


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¿Qué es un Inversor Fotovoltaico?

 Dentro de una instalación solar fotovoltaica (ISFTV), el inversor es el aparato encargado de convertir la corriente continua generada por la instalación, en corriente alterna (c.a.) igual a la de la red eléctrica, corriente alterna a 230V de valor eficaz de tensión y 50Hz (hertzios) de frecuencia. De esta forma podemos utilizar la energía generada para conectar los receptores habituales en c.a. como lámparas, tv, electrodomésticos, etc.

inversor fotovoltaico

 El inversor es un elemento imprescindible en las instalaciones conectadas a la red eléctrica y en la mayoría de las instalaciones autónomas (ver instalación fotovoltaica Tipos).

instalacion solar con inversor

 Una instalación solar fotovoltaica (ISFTV) produce energía eléctrica en forma de corriente que se puede utilizar para aportar energía a la red eléctrica o para alimentar un sistema autónomo, como por ejemplo una vivienda aislada.

 Si la ISFTV se va utilizar para conectarla a la red de distribución eléctrica hay que convertir la corriente continua generada por los paneles solares, también llamados "generador", en corriente alterna a la tensión de 230V en monofásica o 400V en trifásica y a 50Hz (hertzios) de frecuencia, ya que son las corrientes, tensiones y frecuencias que utilizan las compañías eléctricas para distribuir la energía eléctrica.

 Si la ISFTV se pretende usar para un sistema autónomo (consumo propio), y donde se utilizará la energía generada solo para los receptores eléctricos más comunes como lámparas, televisión, etc. se pueden utilizar receptores que funcionen con corriente continua y no necesitaríamos un inversor, pero lo más habitual es utilizar estos receptores en corriente alterna porque son mucho más baratos que los mismos receptores trabajando en corriente contínua. Por este motívo, las instalaciones autónomas llevan la mayoría también inversor fotovoltaico.

 Por otro lado, las tensiones que se utilizan en corriente continua en los ISFTV suelen ser de 12V o 24V limitando su uso a sistemas de poca potencia porque, ya que para tener mucha potencia con esas tensiones tan bajas, las intensidades deberían ser muy grandes y los conductores que tendríamos que utilizar serían de secciones excesivas y muy caros.

*Recuerda Potencia = V x I; si la tensión (V) es muy pequeña (12V o 24V) para conseguir grandes potencias debemos tener intensidades (I) muy grandes, lo que implica conductores de mucha sección (muy gruesos) y caros.

 De forma general, podemos decir que para potencias superiores a 1kw es imprescindible disponer de un sistema que convierta la corriente continua generada en las ISFTV en corriente alterna para su consumo y con los parámetros adecuados de tensión y frecuencia. Este aparato es el llamado "Inversor Fotovoltaico " o "Inversor Solar"

inversor fotovoltaico

 La conexión del inversor y la instalación solar es diferente si la ISFTV está conectada a la red o si es autónoma.

 - Inversores Para Sistemas Fotovoltaicos Autónomos: Pueden ser conectados a la salida del regulador de carga solar o en bornes del acumulador o baterias. Normalmente suele ir a la salida del regulador (ver imagen de arriba).

 - Inversores Para Sistemas Fotovoltaicos Conectados a la Red: van conectados directamente a los paneles solares fotovoltaicos, también llamados generador fotovoltaico. El contador mide la energía enviada a la red. Estos inversores pueden tener salida monofásica o trifásica, depende de la red a la que se conecten. Es necesario que dispongan de un seguidor del punto de máxima potencia (MPP). Un MPP es un adaptador eléctrico que hace trabajar al generador (paneles) en la zona de la curva característica de los paneles donde entregan la máxima potencia, independientemente de la carga conectada al generador.

 Según el RD 1699/2011, para aquellos inversores o suma de inversores cuya potencia nominal sea menor o igual a 5kW, la conexión a red debe ser monofásica, mientras que si excede los 5kW de potencia nominal la conexión deberá ser trifásica.

instalacion solar conectada a la red

 La principal diferencia es que en las autónomas la energía se almacena y en las conectadas a la red se pone a disposición de los usuarios a través de la red eléctrica directamente según se produce.

 Normalmente llevan un transformador para elevar la tensión que se crea a la salida del inversor, sobretodo cuando se quiere transportar la energía generada en medias o altas tensiones. Fíjate en la siguiente imagen de una "central solar fotovoltaica" también llamada "huerto solar".

energia fotovoltaica

Características de un Inversor Fotovoltaico

 Llega la hora de elegir el inversor solar adecuada para una instalación. Veamos las características más importantes que hay que tener en cuenta para su elección así como su dimensionado.

 La característica más importante de un inversor es su rendimiento, que se define como la relación entre la potencia de salida y la potencia de entrada del inversor.

 En muchas hojas de características de inversores se denomina "eficiencia al rendimiento". El rendimiento es un valor que determina las pérdidas que se producen en el inversor. Este rendimiento debe ser mayor del 90% a plena carga, caso que ocurre en la mayoría de los inversores que nos podemos encontrar en el mercado.

 Los principales parámetros habituales a tener en cuenta en un inversor son:

- Eficiencia o rendimiento. Relación entre las potencias de salida y entrada del inversor.

- Tensión nominal (V). Tensión que debe aplicarse en bornes de entrada del inversor.

- Potencia nominal (VA). Potencia aparente que suministra el inversor de forma continuada. Se mide en VoltioAmperios (VA).

- Potencia activa (W). Potencia real que suministra el inversor teniendo en cuenta el desfase entre tensión y corriente. Se mide en vatios (w).

- Capacidad de sobrecarga. Capacidad del inversor para suministrar una potencia superior a la nominal y tiempo que puede mantener esa situación. Muy importante cuando algún receptor en el arranque necesita más potencia que una vez pasado un tiempo de su arranque, por ejemplo la mayoría de los motores. En estos casos el inversor tiene que aguantar esta sobrepotencia el tiempo que dure ya que en caso contrario se quemaría. Suele venir expresada como un porcentaje de la potencia nominal (10%, 20%, etc.).

- Factor de potencia. Cociente entre potencia activa y potencia aparente a la salida del inversor. En el caso ideal, donde no se producen pérdidas por corriente reactiva, su valor máximo es 1, es decir, estas condiciones son inmejorables para el suministro de corriente del inversor. Para saber mas: Factor de Potencia.

- Autoconsumo. Es la potencia, en tanto por ciento, consumida por el inversor comparada con la potencia nominal de salida.

- Rizado de corriente. Pequeña variación que se produce sobre el valor de la onda de corriente alterna al rectificarse o invertir una señal de CC a CA.

 - Forma de la Onda. Normalmente los inversores nos dan una onda sinusoidal de corriente alterna.

- Armónicos. Un armónico ideal es una frecuencia de onda múltiplo de la frecuencia fundamental. Tener en cuenta que, sólo a frecuencia fundamental, se produce potencia activa. Lo mejor es que la onda de salida resultante no tenga o tenga los mínimos contenidos en armónicos.

- Distorsión armónica. La distorsión armónica total o THD (Total Harmonic Distortion) es el parámetro que indica el porcentaje de contenido armónico de la onda de tensión de salida del inversor. Lo mejor es que sea lo más baja posible para que el inversor tenga un buen rendimiento.

 En función de la onda de salida generada tenemos 3 tipos de inversores:

Tipos de Inversores

 - Los inversores de onda cuadrada son los más económicos. Se basan en una rectificación (chopear) muy simple de la onda de corriente continua de entrada, con muy poca modulación o filtrado. La onda resultante tiene un gran contenido en armónicos no deseados. La distorsión armónica total (THD) es bastante elevada, en torno al 40%, y su rendimiento es bajo, en torno al 50-60%.

 - Los inversores de onda semi-senoidal o quasi-senoidal presentan una THD del 20% y sus rendimientos son mayores del 90%.

 - Los inversores senoidales tienen un cuidadoso filtrado de la señal generada. En general son la mejor opción para la alimentación de cargas AC

 Aquí tienes un ejemplo de la hoja de características de un inversor fotovoltaico:

inversor solar caracteristicas

Dimensionado del Inversor

 De forma general, para el dimensionado de un inversor en una ISFTV, debemos elegir un inversor cuya potencia nominal sea igual a la potencia que debe suministrar a las cargas que se van a conectar al inversor, y además, que tenga la misma tensión de entrada y salida que la instalación.

 Para los inversores autónomos

 Los parámetros que se utilizan para realizar el dimensionado del inversor son la tensión nominal y la potencia nominal.

 La tensión nominal de entrada del inversor debe coincidir con la tensión nominal de la batería de acumuladores. Si la batería es de 24V la tensión de entrada del inversor será de 24V.

 Para la tensión de salida, si es monofásico será de 230V y si es trifásico de 400V teniendo una onda senoidal y a 50Hz de frecuencia.

 Para la potencia nominal del inversor se aplica el criterio de que la suma de todas las potencias de los receptores que puedan funcionar a la vez de forma simultánea no sobrepase dicha potencia nominal. Lo normal es sumar las potencias de todos los receptores e incrementar ese valor multiplicando la suma de las potencias por 1,25, es decir un 25% de sobredimensión.

 Un ejemplo: 2 lámparas x 20w cada lámpara + 1 ordenador de 100w = 140w. se sobredimensiona un 25% multiplicando por 1,25 con lo que tenemos 140w x 1,25 = 175w. Necesitamos un inversor mayor o igual de 175w.

 OJO si la instalación tiene motores (receptores inductivos) para determinar la potencia nominal se debe trabajar con las potencias aparentes de los receptores (VA), no con las activas (W), puesto que la potencia nominal del inversor se especifica para un factor de potencia unidad. Además este tipo de receptores la mayoría de las veces consumen más potencia durante el arranque, por lo que como ya dijimos antes, hay que tener en cuenta que durante ese periodo de tiempo el inversor aguante ese exceso de potencia. Lo veremos viendo su capacidad de sobrecarga. OJO Si esto no lo tenemos en cuenta podemos quemar el inversor.

 Para lámparas no hay problema, coincide la aparente con la activa, y para el caso de los motores su potencia activa viene en la placa de características.

 Fíjate en el siguiente video:



 Para los inversores conectados a la red

 La potencia nominal se calcula el 80% y el 90% de la potencia total generada por los paneles. Potencia máxima generada por los paneles en condiciones normales (CEM). Si se calculase para el 100% la mayoría del tiempo el inversor estaría trabajando en condiciones de baja potencia de salida y con bajo rendimiento, por lo que no es recomendable.

 Además, el inversor debe soportar la tensión máxima que producen los paneles fotovoltaicos en vacío (Vco) y la intensidad máxima o de cortocircuito (Isc). Estos dos datos vienen en las características de los paneles utilizados.

 OJO si los paneles están en serie se suman las tensiones para la tensión total y si están en paralelo se suman las intensidades de cada panel para la intensidad total.

Protecciones del Inversor

 El inversor debe incorporar algunas protecciones:

 - Debe estar protegido frente a tensiones de entrada y salida fuera del margen de operaciones. Sobretensiones y bajas tensiones se desconecta.

 - Debe estar protegido frente a frecuencias fuera del rango permitido.

 - Debe estar protegido frente a la desconexión del acumulador.

 - Debe estar protegido frente a cortocircuitos en la salida de corriente alterna.

 - Debe estar protegido frente a sobrecargas que excedan la duración y limites permitidos.

 Suelen llevar un fusible para sobrecargas y cortocircuitos en la parte de entrada (continua), que en caso de rotura, se produciría antes la rotura del fusible que la rotura del inversor.

 En la parte de alterna suelen llevar a la salida un magnetotérmico para sobrecargas y un diferencial para contactos indirectos.

 Normalmente los inversores llevan incorporados indicadores luminosos y alarmas que indican el estado de funcionamiento del inversor o incluso una pantalla digital. Algunos tienen la posibilidad de ser monitorizados por medio de su conexión a un ordenador.

Conexión del Inversor

 A la hora de la conexión del inversor con el resto de la instalación, habrá que utilizar las secciones de los conductores adecuadas en función de la parte que estemos conectando. No tendrán la misma sección los cables conectados en la parte de corriente continua (a los paneles o regulador) que los conectados en la parte de salida en corriente alterna.

Mantenimiento de un Inversor

 Algunas de las actividades que se pueden realizar para mantener los inversores, no difiere mucho de las especificaciones generales, siendo algunas de las operaciones que se pueden realizar las siguientes:

- De forma visual revisar que las conexiones sigan bien hechas.

- Comprobar que la ventilación de la sala sea la correcta para evitar la acumulación de gases por los acumuladores.

- Asegurarse de que la temperatura es la adecuada para evitar posibles daños en los circuitos electrónicos.

- Comprobar que no exista ninguna alarma de mal funcionamiento de la instalación.

- Control del funcionamiento de los indicadores.

- Medición de eficiencia y distorsión armónica.

- Comprobar posibles caídas de tensión entre los terminales.

- Si existiera acumulación de polvo o suciedad, limpiar bien los dispositivos.

 Por último un pequeño video resumen sobre inversores:





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