Si está considerando pasarse a la energía solar, probablemente haya oído mucho sobre los propios paneles. De hecho, los sistemas de energía solar dependen de varios componentes clave para convertir la luz solar en electricidad utilizable. Entre ellos, el inversor solar juega un papel crucial.
Esta guía le llevará a través de todo lo que necesita saber sobre el inversor, desde el proceso básico de conversión hasta las funciones avanzadas que hacen posible la energía solar moderna.
¿Qué es un inversor y por qué lo necesita para los paneles solares?
Un inversor es esencialmente un dispositivo electrónico que convierte corriente continua (CC) en corriente alterna (CA). Su función principal radica en transformar el voltaje continuo de un sistema de CC (generador fotovoltaico, sistema de almacenamiento de energía o batería) en una señal de CA utilizable por los electrodomésticos diseñados para consumir dicha energía.
Dado que la mayoría de los electrodomésticos cotidianos requieren energía de CA para funcionar, un inversor sirve como el convertidor esencial, cerrando la brecha entre los paneles solares y los electrodomésticos del hogar. Cuando la luz solar incide en los paneles, captura la electricidad de CC cruda y la transforma en la energía de CA necesaria para su hogar.
Los inversores solares modernos son casi exclusivamente Inversores de Fuente de Voltaje (VSI) que estabilizan el voltaje de CC de un panel solar o batería en su entrada usando un condensador de CC y lo convierten en un voltaje de CA controlado en la salida mediante el conmutado rápido de dispositivos semiconductores en una secuencia específica para producir una forma de onda alternativa.
¿Qué hace un inversor en un sistema solar?
Aunque su función principal es la conversión de energía, un inversor solar moderno también realiza 5 funciones esenciales que mantienen su sistema seguro, estable y eficiente:
1. Acondicionamiento de energía de CC
Los paneles solares generan electricidad de CC, pero su voltaje y corriente fluctúan con la intensidad de la luz solar. El inversor primero utiliza un Módulo de Seguimiento del Punto de Máxima Potencia (MPPT) para ajustar el punto de operación de los paneles, asegurando que siempre funcionen a su máxima potencia.
La energía de CC luego pasa a través de un condensador de enlace de CC, que suaviza la ondulación de voltaje y estabiliza el bus de CC para crear un voltaje constante para la etapa posterior de conversión a CA.
2. Conversión de CC a CA
El voltaje DC estabilizado del capacitor de enlace DC se alimenta a la etapa de conmutación del inversor, típicamente implementada como un circuito de puente H. Un puente H consiste en cuatro interruptores (IGBTs o MOSFETs) dispuestos en forma de "H", permitiendo que el voltaje DC se invierta alternativamente a través de la salida, generando una forma de onda pulsante de CA.
- Inversor monofásico: Un puente H con cuatro interruptores produce una sola salida de CA.
- Inversor bifásico: Dos puentes H generan dos salidas de CA con una diferencia de fase de 180°, comúnmente usado en sistemas 120/240V en Norteamérica.
- Inversor trifásico: Cada fase tiene su propio puente H, con dos interruptores por fase, produciendo tres salidas de CA (220V~415V o 208V) separadas por 120° de fase.
3. Filtrado y control de la forma de onda
La forma de onda de CA producida por la conmutación de alta frecuencia inicialmente se asemeja a una onda cuadrada, que es áspera e inadecuada para la mayoría de los aparatos. Algunos inversores de bajo costo generan una onda senoidal modificada, una versión escalonada que es más suave pero aún no ideal para electrónica sensible.
Por lo tanto, el inversor usa control de modulación y un filtro LC, que es una combinación de un inductor y un capacitor. El inductor bloquea el rizado de alta frecuencia, mientras que el capacitor absorbe las fluctuaciones de voltaje en la forma de onda de CA. Juntos, suavizan la salida áspera en una onda senoidal pura limpia adecuada para electrodomésticos o conexión a la red.
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4. Regulación de voltaje, frecuencia y fase
Después de que la forma de onda de CA ha sido suavizada por el filtro LC, el inversor monitorea continuamente la salida para asegurar un voltaje estable, frecuencia correcta y fase adecuada para cada línea de fase.
El inversor mide el voltaje instantáneo y la forma de onda de cada fase y la compara con una señal de referencia. Luego ajusta el tiempo de conmutación de los IGBTs o MOSFETs usando PWM para corregir cualquier desviación de fase, mantener la frecuencia deseada y asegurar la estabilidad del voltaje según los requerimientos de carga de los usuarios.
5. Interacción con la red (Depende del modelo)
El inversor utiliza un circuito de Bucle de Bloqueo de Fase (PLL) para monitorear continuamente el voltaje, frecuencia y fase de la red. El PLL fuerza que la onda senoidal de salida del inversor se bloquee y coincida perfectamente con la forma de onda de la red en tiempo real.
Para exportar energía, el lazo de control del inversor genera entonces un voltaje que es fracciones de voltio más alto que la red, causando que la corriente fluya hacia afuera.
Para la anti-isla, verifica constantemente una referencia estable de la red. Si la red falla, esta referencia desaparece, causando una desviación rápida de voltaje o frecuencia que el controlador del inversor detecta, activando un apagado en milisegundos.
Otras funciones del inversor solar según el tipo
Además de las funciones principales descritas arriba, varios tipos de inversores solares ofrecen capacidades mejoradas que derivan de su diseño físico o arquitectura del sistema.
Inversores de cadena
Inversores string son la opción tradicional, gestionando varios paneles conectados en serie. Ejecutan eficazmente las cinco funciones principales descritas arriba con características de control centralizado. Toda la conversión de energía y la interfaz con la red ocurren en un solo lugar, simplificando el mantenimiento y diagnóstico del sistema.
Microinversores
Esta arquitectura coloca un pequeño inversor completo en cada panel. Esta "inteligencia distribuida" permite monitoreo granular y por panel:
Dado que cada microinversor tiene su propio módulo MPPT, puede optimizar la salida de potencia de cada panel individual y proporcionar la función única de poder monitorear el rendimiento en tiempo real e histórico de cada panel solar. Esto facilita identificar y diagnosticar paneles con bajo rendimiento de forma remota.
Inversores Híbridos
Un inversor híbrido es un inversor central avanzado construido con componentes y software adicionales para un propósito principal: gestionar una batería.
- Gestión bidireccional de energía: Un inversor híbrido no solo puede convertir CC de solar/batería a CA para el hogar, sino que también puede convertir CA de la red de vuelta a CC para cargar la batería.
- Modo de energía de respaldo: Su función más buscada es su capacidad para crear una burbuja de energía autosuficiente durante un corte de red. Cuando detecta un apagón, se desconecta de la red y forma una "isla" estable e independiente de energía para su hogar, utilizando los paneles solares y la batería.
- Modos de operación programables: Los inversores híbridos ofrecen funciones basadas en software que permiten al propietario controlar cómo y cuándo se usa la energía, como el modo de autoconsumo y el arbitraje por tiempo de uso (TOU).
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Preguntas frecuentes sobre inversores solares
¿Cuál es la diferencia entre un inversor y un convertidor?
Un inversor convierte corriente continua (CC) en corriente alterna (CA), mientras que la salida de un convertidor es corriente CC. El primero alimenta electrodomésticos y conecta a la red, el segundo cambia el nivel de voltaje de la energía CC o convierte CC a CA. Aunque ambos gestionan la transformación eléctrica, sus roles en un sistema de energía solar son distintos.
¿Funcionan los paneles solares durante un corte de energía?
Generalmente, no. Los protocolos de seguridad del inversor incluyen anti-isla, que apaga el inversor durante un corte de red a menos que se use una batería y un inversor híbrido como respaldo.
¿Qué causa el "recorte del inversor"?
El recorte del inversor ocurre cuando los paneles producen más potencia que la salida máxima de CA del inversor. Este diseño deliberado asegura protección y rendimiento óptimo.
