INVERSOR FOTOVOLTAICO

El inversor fotovoltaico, también llamado inversor de energía solar, es un elemento imprescindible en las instalaciones fotovoltaicas, tanto en las instalaciones conectadas a la red eléctrica, como en la mayoría de las instalaciones autónomas (ver tipos de instalación fotovoltaica).

Índice de Contenidos:

- ¿Que es un Inversor Solar o Fotovoltaico?
- Instalación Fotovoltaica Sin Inversor
- El Inversor en Instalaciones Conectadas y Aisladas
- Conexión del Inversor
- Conexión Inversor en Instalaciones Aisladas
- Inversor/Cargador
- Inversor/Regulador
- Inversor/cargador/regulador
- Conexión Inversor en Instalaciones Conectadas a Red
- El Inversor en los Huertos Solares
- Dimensionado del Inversor
- Dimensionado del inversor en instalaciones autónomas
- Dimensionado inversor en instalaciones conectadas a la red
- Características de un Inversor
- Tipos de Inversores
- Protecciones del Inversor
- Cables del Inversor
- Mantenimiento de un Inversor
- Video Sobre Inversores

¿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 fotovoltaica (paneles), en una 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 esta energía generada por los Paneles Solares en corriente continua podemos utilizarla para conectar los receptores habituales en una vivienda, que son todos de c.a., o también para enviarla a la red eléctrica y venderla.

instalacion solar autonoma

inversor fotovoltaico

Instalación Fotovoltaica Sin Inversor

Solo podría ser el caso en pequeñas instalaciones autónomas con receptores en corriente continua. Para el resto, siempre con inversor.

Veamos el por qué.

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 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 "Inversor Fotovoltaico " o "Inversor Solar".

El Inversor en Instalaciones Conectadas y Aisladas

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 de la red eléctrica.

Si la ISFTV se va a conectar a la red de distribución eléctrica para vender el excedente de energía generada hay que convertir la corriente continua generada por los paneles solares, también llamados "generador fotovoltaico", en corriente alterna a la tensión de 230V en monofásica o 400V en trifásica y a 50Hz (hertzios) de frecuencia.

Estas sonlas corrientes, tensiones y frecuencias que utilizan las compañías eléctricas para distribuir la energía eléctrica.

Esta conversión la realiza el inversor.

Para estas instalaciones los inversores utilizados se llaman "Inversores de Conexión a Red".

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 continua.

Por este motivo, las instalaciones autónomas también llevan la mayoría un inversor fotovoltaico.

En estos casos suelen llamarse "Inversores de Baterías".

Conexión del Inversor

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

Conexión Inversor Instalaciones Aisladas

Los Inversores Para Sistemas Fotovoltaicos Autónomos o Aislados de la Red Eléctrica pueden ser conectados a la salida del regulador de carga solar o en bornes del acumulador o baterías.

Por norma general (se hace siempre) el inversor va conectado a la salida de las baterías ya que normalmente supera con creces la intensidad de consumo que podría aguantar el regulador.

Por este motivo se llaman "Inversores de Baterías".

Si conectáramos el inversor al regulador, la salida de las baterías deberían ir conectadas también al regulador.

El inversor pediría la energía necesaria para el consumo de la instalación al regulador, en lugar de a las baterías.

Si la intensidad que soporta el regulador no es la misma que la que soporta el inversor, cosa que no suele ser por el elevado coste, se podría quemar el regulador por un exceso de demanda del inversor.

La única ventaja que tendría esta conexión sería que el regulador controlaría la carga y la descarga de las baterías.

Pongamos un ejemplo de una instalación autónoma con conexión del inversor al regulador, en lugar de a la batería, para entender el problema.

Si tenemos un regulador de 30A y los paneles solo cargan 15, si solo consumieras 15 amperios, los sacarías directamente de los paneles pasando por el regulador y luego al inversor sin pasar por las baterías.

Todo correcto.

Si ahora tenemos un consumo de 30A, lo máximo que permite el regulador sin que se queme, quiere decir que 15 salen de los paneles y los otros 15 de la batería. A la salida del regulador tenemos 30 amperios que irían al inversor.

Todo correcto.

Hasta aquí todo correcto y parece que tiene sentido ya que cargamos y descargamos menos las baterías con lo que aumentaría su duración.

Pero....

Si estamos utilizando un inversor de 1.000 Wts. a 12 V quiere decir que en un momento dado puedes consumir 1000/12 = 83.33 amperios y esa intensidad no la puedes sacar del regulador ya que al intentarlo haría pluff, se quemaría.

Esto es lo que suele suceder siempre que la intensidad que puede aguantar el inversor es mucho mayor que la del regulador.

La solución pasaría por poner un regulador con la misma intensidad que el inversor pero como esta intensidad es mucho más grande el problema es que o no existen reguladores tan grandes en el mercado o serían carísimos.

Solución Correcta: Inversor conectado a la batería.

En este caso el regulador solo tiene que soportar la intensidad máxima de los paneles solares.

¡¡¡OJO muy importante!!!

Siempre se deben de colocar unos fusibles de protección entre la batería y el inversor
para proteger el inversor en caso de sobreintensidad.

Mejor que se quemen los fusibles que no el inversor que es mucho más caro
.

conexion inversor a bateria


Al conectar el inversor a la salida de la batería el regulador solo controla la carga de la batería, pero no la descarga.

Podríamos pensar que conectar el inversor directamente a la batería podría producir en algún momento un exceso de descarga de la batería, incluso llegar a descargarse por completo, cosa que como ya sabemos es malísimo porque reduce mucho el tiempo de vida de las baterías y son lo más caro de la instalación.

Esto en la práctica no es un problema real, ya que las propias baterías e incluso muchos inversores llevan un sistema de protección para que esto no suceda nunca.

Los inversores conectados a las baterías disponen de protección de bajo voltaje en batería y cortaría el suministro en caso de bajo voltaje de las mismas.

Bajo voltaje = Poca carga de las baterías.

Normalmente todos los inversores están programados para dar una aviso sonoro cuando baja el nivel de la batería y si baja más cortar el suministro.

Por ejemplo, en instalaciones con baterías a 12V, los inversores a 12V suelen tener:

- Aviso batería baja: entre 11,7 y 12,2 Voltios

- Desconexión por batería baja: entre 11,1 y 11,6 Voltios

Podríamos ver el nivel de bajo voltaje del inversor a qué profundidad en voltios corresponde de descarga de la batería, ya que en todas las batería para fotovoltaica suele venir las tensiones en función del régimen de descarga.

Fíjate en la tabla:

profundidad de descarga baterias en funcion de su tension en bornes

Un ejemplo, una batería de 12V de tensión nominal se considera cargada totalmente a 12,7V y la máxima tensión de descarga para que nunca se descarge a menos del 30% del total de su carga (70% DOD) es de 11,6V.

Para no superar el 70% de DOD debemos de conectar a las baterías un inversor con una protección por bajo voltaje de la batería de 11,6V, para que ha esa tensión corte el suministro de la batería.

Esta protección por bajo voltaje ya lo suelen hacer todos los inversores y por eso en la práctica no es un dato que se suela tener en cuenta a la hora de elegir un inversor.

Recuerda DOD: Profundidad de Descarga de la Batería = máxima descarga que queremos que se produzca en la batería en %.

Por ejemplo si DOD es del 70%, quiere decir que la batería le hemos calculado para que se descargue como máximo al 70% del total de su capacidad.

Para no superar esta DOD y que el tiempo de vida de las baterias sea mayor, lo mejor es tener una batería bien calculada y dimensionada en nuestra instalación.

Para eso puedes ir a ver: batería para fotovoltaica.

El problema de la DOD lo podemos solucionar con las nuevas baterías de litio para las instalaciones fotovoltaicas que nos permiten descargas casi del 100% de la baterías sin problemas.

Nota: Todos los reguladores suelen tener una salida en corriente continua llamada o utilizada como "cargador", para que el excedente de carga de los paneles se pueda aprovechar para recargar pequeños aparatos electrónicos en cc o incluso para alguna pequeña bombilla o electrodoméstico de la instalación que funcionen a corriente continua, aunque esto último no es recomendable como ya vimos.

No se debe conectar en estos bornes el inversor
, recuerda siempre en las baterías.

Si quieres saber más visita Regulador de Carga.

Inversor/Cargador

Cuando en una instalación autónoma se prevé que en alguna época del año la luz solar no será suficiente para alimentar la instalación, la solución pasa por poner una fuente de energía eléctrica de apoyo, por ejemplo un grupo electrógeno que genere la energía eléctrica necesaria en esos momentos de falta de sol.

Grupo Electrógeno: equipo que tiene como función convertir energía de calor producida por un combustible, en energía mecánica y luego en energía eléctrica.

Normalmente consiste en un motor y un alternador que están acoplados. Los grupos electrógenos pueden utilizar diferentes combustibles como el gasóleo o el diésel, el gas natural o el biogás, la biomasa (pellet).

Para estos casos se hace necesario el llamado "Inversor Cargador" que lo que hace es que cuando nuestra instalación fotovoltaica no cargue suficientemente la batería, el inversor/cargador conecta el grupo electrógeno para cargarlas, evitando quedarnos sin energía en la instalación.

Incluso si disponemos de conexión a la red eléctrica podría conectar las baterías a la red para cargarlas, aunque no tiene mucho sentido tener una instalación autónoma con baterías con conexión a la red.

Inversor/Regulador

En el mercado ya existen muchos inversores de carga que llevan en su interior y conectado el regulador, siendo 2 componentes en 1 inversor y regulador.

El inversor hace la conversión de cc a ca y el regulador controla la carga de la batería y controlar las intensidades de la corriente.

En estos equipos los cables de conexión del regulador y del inversor vienen internamente ahorrando espacio físico y dinero por ser más cortas las distancias del cableado.

Incluso tenemos inversores 3 en 1 llamados inversor/cargador/regulador.

Inversor/Cargador/Regulador

También tenemos en el mercado los 3 en 1, inversor/cargador/regulador que suelen ser equipos muy económicos que incorporan la función regulador, inversor y cargador, pero es cierto que no son equipos tan robustos y eficientes como los convencionales comprados por separado.

Esto no ocurre con los 2 en 1.

Estos inversores 2 en 1 o 3 en 1 suelen utilizarse en ISFTV de bastante potencia, ya que reduce los gastos en cableado y pérdidas en el sistema, además de ahorrar en espacio físico.

Conexión Inversor Instalaciones Conectadas a Red

Los Inversores Para Sistemas Fotovoltaicos Conectados a la Red van conectados directamente a los paneles solares fotovoltaicos, también llamados generador fotovoltaico por el lado de contínua y por el lado de alterna al cuadro eléctrico de la vivienda.

instalacion fotovoltaica conectada a red

El contador mide la energía enviada a la red y la consumida.

El excedente,si lo hay, se nos descuenta de la siguiente factura de la luz al precio que la compañia estime oportuno.

Estos inversores de red 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.

inversor fotovoltaico

El Inversor en los Huertos Solares

En los huertos solares (centrales de producción) si se quiere vender la energía, esta energía debemos enviarla a la red en medias o altas tensiones, que es como se transporta.

En estos casos siempre se coloca un transformador a la salida del inversor.

Fíjate en la siguiente imagen de una "central solar fotovoltaica" también llamada "huerto solar".

energia fotovoltaica
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.

Dimensionado del inversor en instalaciones autónomas

Los parámetros que se utilizan para realizar el dimensionado del inversor son la tensión nominal de entrada en continua, la de salida en alterna 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.

Si la instalación en alterna tiene IPC (interruptor de control de potencia) o IGA (interruptor general automático) la intensidad de esos aparatos nos dará la máxima potencia que tendrá que soportar el inversor.

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:



Dimensionado inversor en instalaciones conectadas 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.

Características de un Inversor

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

Protecciones del Inversor

El inversor debe incorporar algunas protecciones:

- Debe estar protegido frente a tensiones de entrada y salida fuera del margen de operaciones. Con 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 de Luz 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.

Cables 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.

Para aprender a calcular la sección de los cables en una ISFTV visita: Cables Fotovoltaica.

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.

Video Sobre el Inversor Solar

Por último un pequeño video resumen sobre inversores:



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