¿Cómo funciona un inversor de conexión a red?

¿Cómo funciona un inversor solar para suministrar electricidad de CA después de tomar la corriente continua de un campo solar? Aquí tiene la respuesta y mucho más.

Esquema de funcionamiento de un inversor solar
Esquema de funcionamiento de un inversor solar
Recurso: https://youtu.be/x-05gKrdg3U

En su búsqueda de información sobre inversores solares, probablemente se pregunte lo siguiente: ¿cómo funciona un inversor solar? ¿Los distintos inversores funcionan de forma diferente? etc. Este artículo pretende responder a todas estas y otras preguntas sobre los inversores solares de una forma que le resultará sencilla y fácil de entender.

¿Cómo funciona un inversor de conexión a red?

Un sistema de inversor solar se compone principalmente de un inversor, paneles solares y (la mayoría de las veces) baterías de almacenamiento junto con el regulador de carga. El inversor convierte la corriente continua en alimentación de CA útil. Por otro lado, el controlador de carga regula la carga de la batería.

El funcionamiento básico del inversor solar es bastante sencillo: cuando hay un excedente de potencia de los paneles solares, la energía sobrante se almacena en baterías. Cuando la energía es insuficiente, se toma energía de las baterías. De este modo, el inversor garantiza un suministro constante de energía incluso cuando los paneles solares no generan electricidad.

Sin embargo, los distintos tipos de inversores solares pueden funcionar de forma diferente y adaptarse a diferentes propósitos. Por ejemplo, algunos se conectan directamente a la red y pueden utilizar o no baterías de almacenamiento. Los inversores solares conectados a la red pueden vender el excedente de energía a la compañía eléctrica, mientras que los inversores sin conexión a la red sólo pueden utilizar la energía almacenada en baterías. Más información a continuación.

El funcionamiento del inversor de conexión a red depende de los componentes y circuitos utilizados
El funcionamiento del inversor de conexión a red depende de los componentes y circuitos utilizados
Recurso: https://www.mdpi.com

Principio de funcionamiento del inversor solar

Veamos ahora cómo consiguen los inversores FV dar una salida de CA o, en otras palabras, el principio de funcionamiento de los dispositivos inversores solares. Visto desde fuera, un inversor fotovoltaico puede parecer una simple caja. Sin embargo, en su interior hay varios circuitos electrónicos que funcionan conjuntamente para realizar la conversión de CC a CA.

Componentes del inversor de conexión a red

Los distintos tipos de inversores fotovoltaicos pueden utilizar diferentes componentes para lograr la conversión CC-CA. A continuación se indican algunos de los principales componentes de los inversores solares que ayudan a convertir CC en CA:

  • Diodos
  • Transformadores (en inversores basados en transformadores)
  • Condensadores e inductores
  • MOSFET o IGBT
  • Software de control

Funcionamiento del Solar Inverter

El funcionamiento del inversor solar, basado en los componentes mencionados, consiste en conmutar rápidamente la corriente continua dentro de un circuito para producir una corriente alterna. Para ello, se utilizan dispositivos de conmutación de alta frecuencia. Suelen ser MOSFETs (transistor de efecto de campo de óxido metálico-semiconductor) o IGBTs (transistores bipolares de puerta aislada).

Los condensadores y los inductores, por su parte, almacenan energía en forma de carga eléctrica y campo eléctrico, que se libera cuando es necesario para suavizar la salida resultante de la acción de conmutación. Los diodos, cuando se utilizan en la tecnología de inversores solares, proporcionan principalmente una vía para las corrientes de carga inductivas, mientras que los transformadores cambian la tensión al nivel requerido.

Por último, el software de supervisión que se encuentra en prácticamente todos los inversores actuales sirve para supervisar el funcionamiento del inversor y detectar fallos antes (o cuando) se produzcan. Los distintos inversores, como ya se ha mencionado, pueden utilizar diferentes formas de producir energía de CA: más información al respecto a continuación.

Funcionamiento de los inversores de conexión a red por tipo

El principio de funcionamiento de los inversores solares depende principalmente de si están basados en transformadores o no, si son de onda sinusoidal pura o de onda sinusoidal modificada, y de si son monofásicos o trifásicos. Para entender estas diferencias, echemos un vistazo a cada tipo de inversor solar, su funcionamiento y mucho más.

Componentes del inversor solar sin transformador
Componentes del inversor solar sin transformador
Recurso: https://www.mdpi.com

Inversor de conexión a red Transformador vs. sin transformador

En pocas palabras, un inversor solar basado en transformador utiliza un transformador de aislamiento para convertir la tensión según sea necesario. Un inversor sin transformador no lo utiliza y se basa en componentes electrónicos. Como es de esperar, esto puede dar lugar a algunas ventajas y desventajas para cada tipo: más información sobre estos inversores a continuación.

Inversor de conexión a red basado en transformador

Es el inversor solar tradicional o estándar. Utiliza un transformador normal para la conversión de CC a CA, junto con varios componentes electrónicos como condensadores y transistores. Una de sus principales ventajas es que proporciona aislamiento eléctrico entre los circuitos de entrada y salida, lo que se traduce en una mayor seguridad eléctrica.

Pero un inversor solar basado en transformador es más caro que un inversor sin transformador. Esto se debe a que el propio transformador es un componente caro. Además, el transformador añade peso y volumen al inversor, haciéndolo más grande y menos cómodo de instalar.

Otra desventaja es que el transformador puede introducir pérdidas de potencia. Estas pérdidas suelen rondar los 2-3%, pero pueden llegar a 5%. Esto significa que el inversor será menos eficiente que un inversor sin transformador, además de producir un zumbido característico durante el funcionamiento.

Inversor sin transformador

Los inversores solares sin transformador son un tipo de dispositivo más reciente. En lugar de transformadores físicos, utilizan dispositivos semiconductores para cambiar la CC a CA y la tensión al nivel requerido. Esto tiene varias ventajas sobre los inversores basados en transformadores.

En primer lugar, los inversores sin transformador son más eficientes porque no pierden energía en el proceso de transformación. En segundo lugar, los inversores sin transformador son más pequeños y ligeros que los basados en transformador, lo que facilita su instalación. También son menos caros, ya que no utilizan transformador.

Hoy en día, la mayoría de los inversores TL también vienen instalados con MPPT, lo que los hace bastante eficaces a la hora de suministrar energía. Sin embargo, los inversores solares sin transformador carecen de la seguridad de aislamiento que ofrecen los transformadores, lo que puede resultar preocupante. Sin embargo, los modelos modernos vienen equipados con tecnologías para solucionar este problema.

Parte de un circuito inversor solar de onda sinusoidal pura
Parte de un circuito inversor solar de onda sinusoidal pura
Recurso: https://www.youtube.com/watch?v=LVstIU2l5E4

Inversor de onda sinusoidal pura vs. Modificado

La forma de onda de la salida de un inversor solar FV también determina su funcionamiento. Los dos tipos de onda más comunes son la onda sinusoidal pura y la onda sinusoidal modificada. Aunque es poco frecuente, también puede encontrarse con inversores de onda cuadrada. A continuación encontrará más información sobre los 3 tipos de inversores y su funcionamiento.

Inversor de onda sinusoidal pura

La salida de un inversor solar de onda sinusoidal pura es un onda sinusoidal perfecta. Es el mismo tipo de onda que producen las compañías eléctricas (a veces incluso mejor). Los inversores de onda sinusoidal pura son más caros que otros tipos de inversores (y más complejos), pero también son más eficientes y tienen mejor calidad de energía.

Un inversor de onda sinusoidal pura para sistema solar es la mejor opción para un sistema de alimentación de reserva: proporciona energía limpia y fiable para todos sus aparatos electrónicos sensibles. Son los más adecuados cuando se trata de alimentar electrodomésticos sensibles o equipos motorizados como bombas y ventiladores.

Inversor de onda sinusoidal modificada

La salida de un inversor solar de onda sinusoidal modificada adopta una forma de escalera. Este tipo de forma de onda es menos costosa que la de un inversor solar sinusoidal puro, pero también es menos eficiente y tiene una menor calidad de potencia. Por lo tanto, los inversores de onda sinusoidal modificada suelen utilizarse en aplicaciones en las que la calidad de la energía no es tan importante.

La principal ventaja de los inversores solares de onda sinusoidal modificada es que suelen ser menos caros que los inversores de onda sinusoidal pura. Sin embargo, su forma de onda modificada puede hacer que algunos equipos electrónicos funcionen con menos eficacia o generen más calor. En general, son utilizables en aplicaciones de baja potencia.

Inversor solar de onda cuadrada

En este caso, la tensión de salida del inversor de conexión a red cambia bruscamente de pico positivo a pico negativo, produciendo una forma de onda cuadrada. Este tipo de onda es el más básico y barato de producir. Pero al igual que los tipos de onda sinusoidal modificada, estos inversores pueden hacer que muchos aparatos eléctricos se sobrecalienten o funcionen con menos eficiencia.

Interior de una placa de circuito impreso de un inversor solar trifásico
Interior de una placa de circuito impreso de un inversor solar trifásico
Recurso: https://www.eeworldonline.com

Inversores de conexión a red monofásicos frente a trifásicos

Un inversor de conexión a red también puede ser monofásico o trifásico. El inversor solar monofásico sólo tiene una tensión de entrada, mientras que un inversor solar trifásico tiene tres. Los inversores monofásicos son los más utilizados en sistemas solares residenciales porque son más baratos y más que suficientes para suministrar energía a una vivienda. Los inversores solares trifásicos se suelen utilizar en sistemas solares comerciales o en sistemas residenciales muy grandes.

Inversor de conexión a red monofásico

Un inversor de conexión a red monofásico es el tipo más básico y común. Produce una salida monofásica a partir de la corriente de la matriz solar, por lo que es muy adecuado para cargas pequeñas, como las de un hogar o una pequeña oficina. El inconveniente de utilizar un inversor de conexión a red monofásico es que sólo puede alimentar determinados tipos de equipos.

Inversor de conexión a red trifásico

Un inversor solar trifásico es más complejo que un inversor solar monofásico y funciona produciendo tres corrientes de salida diferentes a partir de la entrada de CC. Producen más potencia y son más adecuados para cargas más grandes, como las de un entorno industrial. Como es de esperar, el inversor solar trifásico suele ser más caro y complejo de diseñar y construir.

Conclusión

El funcionamiento responsable de la conversión de CC a CA del inversor solar puede adoptar diversas formas y requerir distintos componentes. Por lo general, la tecnología actual de inversores solares incluye el uso de dispositivos semiconductores. Los diferentes principios de funcionamiento del inversor tienen diferentes ventajas y desventajas. Éstas se describen en este artículo. Utilice la información para encontrar el tipo de inversor más adecuado para su sistema de energía solar.

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