Menu

Paneles de energía
solar fotovoltaica

Inversor de corriente

Inversor de corriente

Un inversor de corriente es un aparato electrónico. La función del inversor es cambiar un voltaje de entrada de corriente continua a un voltaje simétrico de salida de corriente alterna, con la magnitud y frecuencia deseada por el usuario.

Los inversores de corriente también reciben el nombre de convertidores de corriente y onduladores de corriente.

En los inicios de la energía solar fotovoltaica, las instalaciones de electrificación utilizaban la electricidad para el consumo al mismo voltaje y con la misma forma que la recibían de los paneles solares fotovoltaicos y los acumuladores, es decir, a 12, 24, 48 voltios en corriente continua. Esto marcó una gran diferencia con los usuarios que disponían de red de distribución eléctrica o de grupos electrógenos a 220 voltios de corriente alterna.

¿Por qué son necesarios los inversores de corriente?

El mercado de los electrodomésticos se ha adaptado a la mayoría de los usuarios y podemos encontrar cualquier aparato a 220 voltios de corriente alterna. Por lo tanto, conseguir electrodomésticos fiables, de calidad ya un precio razonable que funcionen a bajo voltaje y en corriente continua es más difícil.

Por lo tanto, hacen falta equipos que transformen las corrientes continuas con valores bajos de tensión en corrientes alternas de valores de tensión 220 voltios. Estos son los inversores (también conocidos como onduladores o convertidores).

Los convertidores corriente continua / corriente alterna (inversores, onduladores) permiten convertir los 12, 24, 48 voltios de corriente continua que producen los paneles solares y almacenados en la batería, en corriente alterna de 125 o 220 V (actualmente, 230 V), como el que se usa normalmente en lugares donde está la red eléctrica convencional.

¿Cómo funciona un inversor de corriente?

Un inversor simple consta de un oscilador que controla a un transistor, el cual se utiliza para interrumpir la corriente entrante y generar una onda rectangular.

Esta onda rectangular alimenta a un transformador que suaviza su forma, haciéndola parecer un poco más una onda sinusoidal y produciendo el voltaje de salida necesario. La forma de onda de salida del voltaje de un inversor ideal debería ser sinusoidal. Una buena técnica para lograr esto es utilizar la técnica de PWM consiguiendo que la componente principal sinusoidal sea mucho mayor que las armónicas superiores.

La forma de onda cuadrada generada por estos dispositivos tiene el problema de ser rica en armónicos superiores, mientras que la onda sinusoidal de la red eléctrica está desprovista de ella. Esto implica una menor eficiencia del equipo motorizado, mayor ruido, tanto acústico como eléctrico, y graves problemas de compatibilidad electromagnética.

Tipos de inversores

Se pueden clasificar en general en dos tipos:

  • inversores monofásicos
  • inversores trifásicos.

¿Cómo son los convertidores modernos?

Los inversores más modernos han comenzado a utilizar formas más avanzadas de transistores o dispositivos similares, como los tiristores, los triacs o los IGBT.

Los inversores más eficientes utilizan varios artificios electrónicos para tratar de llegar a una onda que simule razonablemente a una onda sinusoidal en la entrada del transformador, en vez de depender para suavizar la onda. 

Un circuito electrónico produce un voltaje de paso por medio de la modulación de ancho de pulso (PAM) tan cerca como sea posible de una onda sinusoidal. La señal, llamada onda sinusoidal modificada, se nivela mediante condensadores e inductores 

Se pueden utilizar condensadores e inductores para suavizar el flujo de corriente desde y hacia el transformador. Estos elementos se colocan en la entrada y en la salida del transformador para suprimir los armónicos.

Además, es posible producir una llamada "onda sinusoidal modificada", la que se genera a partir de tres puntos: uno positivo, uno negativo y uno de tierra. Un circuito lógico encarga de activar los transistores de manera que se alternen adecuadamente.

Los inversores de onda sinusoidal modificada pueden causar que ciertas cargas operen de manera menos eficiente. Por ejemplo, los motores eléctricos.

¿Cómo son los onduladores más avanzados?

Los inversores más avanzados utilizan la modulación por ancho de pulsos con una frecuencia portadora mucho más alta para aproximarse más a la onda sinusoidal o modulaciones por vectores de espacio mejorando la distorsión armónica de salida. También se puede distorsionar préviamente la onda para mejorar el factor de potencia.

El sistema puede retroalimentarse para proporcionar una tensión de salida estable a medida que cambia el voltaje de entrada. Para ambos tipos de modulación, la calidad de la señal está determinada por la cantidad de bits utilizados. Se extiende desde un mínimo de 3 bits hasta un máximo de 12 bits, capaz de describir la sinusoide muy bien.

Motores eléctricos

En motores eléctricos asíncronos, y aún más en motores eléctricos síncronos, la velocidad de rotación está directamente relacionada con la frecuencia de la tensión de alimentación.

Donde sea necesario en la industria para variar la velocidad de un motor, se utilizan inversores de corriente alterna y de corriente alterna (AC-AC). En estos sistemas, el voltaje de entrada se convierte primero en corriente continua por un rectificador y nivelada por condensadores, luego aplicada a la sección de inversión. De hecho, este es, por lo tanto, un sistema de "inversor-rectificador" incluso si sólo se conocen como "inversores" (es decir, sólo "inversores").

El propósito de esta doble operación es únicamente cambiar la frecuencia deseada dentro de un intervalo predeterminado y la presencia de un transformador no es necesaria, ya que no es necesario variar el valor de la tensión de salida que permanece igual a la tensión de entrada.

La frecuencia de salida se determina en los casos más simples mediante una señal analógica suministrada al inversor, por ejemplo, mediante un potenciómetro, o mediante una señal digital enviada por un PLC.

¿Cuáles son las ventajas e inconvenientes de los convertidores de corriente?

Las ventajas de disponer de energía eléctrica en forma de corriente alterna son diversos:

  • Es el tipo de corriente que se utiliza en todo el mundo y, por tanto, da un punto de normalidad.
  • Facilita la compra de electrodomésticos para poder acceder a los que son más eficientes.
  • Permite mantener valores estables de voltaje y forma de onda, a pesar de la variabilidad del estado de carga de las  baterías.
  • El hecho de trabajar con voltajes superiores (220V es 18 veces 12V) permite trabajar con corrientes eléctricas bajos y, por tanto, se pueden usar conductores más delgados, protecciones eléctricas habituales y se minimizan las pérdidas.

No todo son ventajas, también tienen algún inconveniente:

  • La instalación consta de un elemento más, el convertidor. Por lo tanto, disminuye la fiabilidad del sistema.
  • El convertidor tiene unas pérdidas eléctricas compensar generando más electricidad a los módulos (5%).
  • En instalaciones pequeñas, el convertidor puede representar una parte importante del presupuesto; por ejemplo, para una instalación de unos 100 Wp de potencia de módulos, un convertidor de 250 W puede representar un 20% del coste total.

¿Qué características hay que tener en cuenta en un inversor de corriente?

Principales características que definen un convertidor

  • Voltaje de entrada (Vcc): este valor debe ser igual al del acumulador (12, 24, 48 V).
  • Voltaje de salida (Vca): este valor debe ser normalizado (230 VAC).
  • Estabilidad del voltaje de salida / entrada: se admiten variaciones de hasta el 10% para convertidores de onda cuadrada y del 5% para convertidores de onda sinusoidal. Son valores que las normas admiten para el voltaje de las redes eléctricas convencionales, independientemente de la potencia demandada por el consumo. Por otra parte, en instalaciones con acumuladores, la tensión de entrada no podrá ser superior al 125% ni inferior al 85% de la tensión nominal de entrada del convertidor.
  • Tipo de onda: actualmente, los inversores deben presentar un formato tipo de corriente alterna normalizado con una onda sinusoidal pura.
  • Capacidad de sobrecarga (potencias punta) y de protección térmica: muy útil en instalaciones con motores, ya que en el momento de arranque se puede duplicar la potencia necesaria para el funcionamiento nominal, aunque sólo durante unos segundos. Hay que tener en cuenta que cualquier motor, a la hora de poner en marcha, puede consumir una corriente hasta cinco veces la intensidad nominal y que, por regla general, aproximadamente es de tres veces.
  • La eficiencia energética o rendimiento del convertidor es la relación entre la energía que facilita el convertidor a los consumos en corriente alterna y la energía que necesita este convertidor de entrada (de la batería). Si el convertidor diseñado para una potencia determinada trabaja en una fracción de esta potencia, el rendimiento bajará. Se debe exigir a un convertidor sinusoidal un rendimiento del 70% trabajando a un 20% de la potencia nominal y del 85% cuando trabaje a una potencia superior al 40% de la nominal.
  • Arranque automático y estado en espera: permite que las partes de potencia del mismo convertidor se desconecten en ausencia de consumos y se vuelvan a conectar en el momento que detecten una demanda energética por encima de un umbral previamente fijado.
  • Protección contra la inversión de polaridad y cortocircuitos: opciones básicas, dadas las posibilidades de error o de funcionamiento defectuoso de los circuitos de consumo que son elevadas durante la vida del convertidor.
  • Baja distorsión armónica: parámetro relacionado con la calidad de la onda generada. Los armónicos normalmente se eliminan por medio de filtros, aunque esto conlleve pérdidas. La variación de la frecuencia de la tensión de salida será inferior al 3% de la nominal.
  • Posibilidad de ser combinado en paralelo: permitirá un posible crecimiento de la instalación y de la potencia de consumo.
  • Buen comportamiento con la variación de la temperatura: margen de operación entre -5ºC y 40ºC.
  • Basta documentación técnica. Se exige, como mínimo:
    • Tensión de trabajo de entrada y de salida.
    • La tensión nominal.
    • Frecuencia nominal y factor de distorsión.
    • Forma de la onda de salida.
    • Margen de temperaturas de trabajo admitido.
    • Rendimiento en función de la potencia demandada.
    • Sobrecarga que resiste.
    • Resistencia a cortocircuito.
    • Factor de potencia.

Inversores fotovoltaicos para la entrada a la red

Los inversores fotovoltaicos para la entrada a la red eléctrica es un tipo particular de inversor específicamente diseñado para convertir la energía eléctrica en forma de corriente continua producida por un módulo fotovoltaico en corriente alterna para ser alimentada directamente a la red eléctrica. La salida de corriente del panel solar, inicialmente es en forma de corriente continua.

¿Qué es el MPPT?

El MPPT es una función añadida que dispone este tipo de inversores.  El MPPT utiliza sistemas especiales de control de software y hardware que permiten extraer la máxima potencia disponible en todas las condiciones climáticas de los paneles solares.

Los paneles fotovoltaicos, de hecho, tienen una curva característica voltaje/intensidad tal que existe un punto de trabajo óptimo, llamado punto de máxima potencia, donde es posible extraer la máxima potencia disponible.

Este punto de característica varía continuamente de acuerdo con el nivel de radiación solar que incide la superficie de las células fotovoltaicas. Es evidente que un inversor capaz de permanecer "enganchado" en este punto siempre obtendrá la potencia máxima disponible en cualquier condición.

Existen varias técnicas para implementar la función MPPT, que difieren en términos de rendimiento dinámico (tiempo de establecimiento) y precisión. Aunque la precisión del MPPT es extremadamente importante, el tiempo de establecimiento es, en algunos casos, incluso más. Mientras que todos los fabricantes de inversores pueden alcanzar una gran precisión en el MPPT (normalmente entre el 99-99.6% del máximo disponible), sólo unos pocos pueden combinar precisión a velocidad.

De hecho, en los días con nubosidad variable ocurren cambios grandes y repentinos en la energía solar. Es muy común detectar variaciones de 100 vatios / m² a 1000-1200 vatios / m² en menos de 2 segundos. En estas condiciones, que son muy frecuentes, un inversor con tiempos de asentamiento de menos de 5 segundos puede producir hasta 5% -10% más de energía que uno lento.

Algunos inversores fotovoltaicos están equipados con etapas de potencia modulares, y algunos incluso están equipados con un MPPT para cada etapa de potencia. De esta forma, los fabricantes dejan que el sistema de ingeniería tenga libertad para configurar el funcionamiento maestro / esclavo independiente o MPPT.

El uso de MPPT independientes proporciona una ventaja objetiva en condiciones de irradiación de panel no uniformes. De hecho, no es infrecuente que la superficie de los paneles solares esté expuesta al Sol de una manera que difiera en todo el campo. Esto se debe a que está organizado en dos niveles diferentes del techo, ya que los módulos no se distribuyen en cadenas de igual longitud o debido a un sombreado parcial de los mismos módulos. En este caso, el uso de un sólo MPPT haría que el inversor trabajara fuera del punto de máxima potencia y, en consecuencia, la producción de energía se dañaría.

Interfaz de red

Otra característica importante de un inversor fotovoltaico es la interfaz de red. Esta función, generalmente integrada en la máquina, debe cumplir los requisitos establecidos por las reglamentaciones de las diversas compañías de suministro de electricidad.

¿Qué usos y aplicaciones tiene un inversor de corriente?

Los inversores utilizan en una gran variedad de aplicaciones, desde pequeñas fuentes de alimentación para ordenadores, hasta aplicaciones industriales para controlar alta potencia. Los inversores también se utilizan para convertir la corriente continua generada por los paneles solares fotovoltaicos, acumuladores o baterías, etc., en corriente alterna y de esta manera poder ser inyectados en la red eléctrica o usados en instalaciones eléctricas aisladas.

Además de las aplicaciones en el campo de la energía solar fotovoltaica, las aplicaciones del inversor son múltiples:

  • En el uso de paneles solares en la energía solar fotovoltaica, como hemos visto, permite transformar el voltaje directo en voltaje alterno para ser utilizado en el hogar o para ingresar a la red de distribución.
  • En fuentes de alimentación ininterrumpida, el inversor convierte la tensión suministrada por la batería en corriente alterna.
  • En la transmisión de energía eléctrica, el inversor convierte la energía en corriente continua transferida en algunas líneas eléctricas para alimentar a la red de corriente alterna.
  • La realización de una fuente de alimentación conmutada, para la transformación en corriente continua, con ventajas considerables en términos de eficiencia, tamaño y peso
  • En el sector aeroespacial, se utilizan para proporcionar aviónica de avión con una corriente alterna altamente estable incluso si es suministrada por baterías (en el caso de una falla eléctrica)
  • Variación de velocidad en motores eléctricos.
    valoración: 3.7 - votos 12

    Última revisión: 9 de abril de 2020