¿Qué es el inversor trifásico y cómo funciona?

Después de discutir el inversor de fase dividida, hoy analizaremos un componente clave en grandes instalaciones solares: el inversor trifásico.

La salida de un sistema eléctrico trifásico de los sistemas monofásicos convencionales mejora la eficiencia y abre caminos para una distribución de energía superior. Comprender los conceptos básicos de la energía trifásica es fundamental para apreciar sus aplicaciones en instalaciones solares.

 

 

¿Qué es la energía trifásica?

La energía trifásica es un tipo de transmisión de energía eléctrica que involucra tres formas de onda sinusoidales, cada una desfasada en fase por un tercio del ciclo, o 120 grados de separación. Es un método comúnmente utilizado en la generación, distribución y utilización de energía eléctrica.

Los estándares de voltaje para sistemas eléctricos trifásicos pueden variar según las regulaciones regionales, los requisitos de la red y las prácticas de la industria.

 

Tensión de potencia trifásica de Europa

Por ejemplo, el sistema de suministro eléctrico trifásico europeo generalmente se adhiere a voltajes estandarizados, como 380V/400V/415V, con posibles variaciones entre países.

El suministro de electricidad trifásico utiliza un sistema de 4 hilos, con tres hilos designados como hilos de fase o línea, y el cuarto hilo como el hilo neutro. La tensión entre cualquiera de los dos hilos de línea se designa como 380V, 400V o 415V, denominado como tensión de fase a fase / tensión de línea.

La tensión de fase a neutro / tensión de fase, medida entre cada conductor de línea y el conductor neutro, es de 220/230/240V. Este estándar se extiende más allá de los contextos industriales y comerciales, encontrando aplicación también en entornos residenciales.

 

Voltaje de potencia trifásica de América del Norte

En las Américas, los sistemas de energía trifásica exhiben diversos estándares de voltaje, con valores comunes de 208V, 240V o 480V, determinados por aplicaciones específicas y regulaciones locales.

Por ejemplo, los sistemas de energía trifásica, prevalentes en edificios comerciales de EE. UU., típicamente presentan una configuración de 120/208V con cuatro cables. Las plantas industriales prefieren un arreglo trifásico más denso y potente de 277/480V, proporcionando un suministro de energía significativamente mayor, ya sea a la misma corriente.

 

Voltaje de potencia trifásica de Oceanía

En Oceanía, Australia y Nueva Zelanda se alinean con las prácticas globales, adoptando estándares de 400V para sistemas solares trifásicos.

 

Voltaje de potencia trifásica de Asia

Al mudarse a Asia, China opta por 380V o 400V, y Japón sigue las normas locales como 200V o 400V. En el Medio Oriente, ejemplificado por Arabia Saudita, prevalece un estándar uniforme de 400/690V.

 

Voltaje de potencia trifásica de África

Al dirigirse a África, Sudáfrica se adhiere a los estándares de 400V, mientras que Nigeria y otras naciones africanas se inclinan hacia las normas europeas, empleando 400V para sistemas trifásicos. Los países del norte de África, como Egipto, reflejan el Medio Oriente con estándares de 400/690 V.

 

¿Qué es un inversor trifásico?

Un inversor trifásico es un dispositivo que convierte la energía DC en tres formas de onda AC distintas, desfasadas 120 grados entre sí para crear una salida AC trifásica sincronizada.

En aplicaciones solares, el inversor desempeña un papel crucial al convertir la energía solar de CC en energía de CA para una integración sin problemas con la red o equipos trifásicos, particularmente en sistemas híbridos que requieren una conversión de energía eficiente.

 

¿Cómo funciona un inversor trifásico en un sistema de energía solar?

Conversión de CC a CA

Típicamente, la energía trifásica comprende cuatro cables, de los cuales tres sirven como fases activas y un cable neutro adicional, conectado a tierra en el tablero de distribución.

Por ejemplo, el PowMr inversor de la serie SunSmart L3 (8kw, 12kw) asegura una salida de CA a través de L1, L2, L3 y N, con un voltaje de fase ajustable que varía de 200 a 240Vac (230Vac por defecto). Además, el inversor ofrece flexibilidad con un voltaje de línea ajustable entre 350 y 415V, con una configuración predeterminada de 400Vac. Esta adaptabilidad beneficia tanto a los electrodomésticos monofásicos como a los dispositivos trifásicos, lo que lo convierte en una opción versátil para aplicaciones residenciales y comerciales.

 

Regulación de la energía DC del panel solar (DC a DC)

Para satisfacer las altas demandas de energía y garantizar la independencia del sistema trifásico de la red, se integran comúnmente baterías de almacenamiento de energía. Esto permite que el sistema funcione de manera autónoma y sirva como respaldo durante cortes de energía en la red. Para aprovechar eficientemente la energía solar, los inversores trifásicos incorporan controladores de carga solar de Seguimiento del Punto de Máxima Potencia (MPPT).

Por ejemplo, el PowMr SunSmart L3 8kw inversor trifásico está equipado con controladores de carga MPPT duales, cada uno de los cuales soporta un amplio rango de voltaje de entrada de 200 a 650Vdc, con una potencia máxima de entrada de panel solar de 6000W por canal. Esto asegura que los paneles solares operen a su máxima eficiencia, mejorando el rendimiento general del sistema y maximizando la cosecha de energía.

 

Conversión de CA a CC

Después de la integración de una batería de almacenamiento de energía, la conversión de energía AC a DC mejora la flexibilidad del sistema eléctrico. La combinación fluida de AC a DC y de DC a AC optimiza el uso de energía y la interacción con la red.

Esta funcionalidad dinámica no solo garantiza un suministro de energía estable, sino que también permite al sistema aprovechar las horas de menor demanda y minimizar los costos de electricidad. En el contexto de sistemas solares trifásicos, las ventajas de la reducción de picos y el llenado de valles se amplifican, especialmente en entornos industriales donde la demanda máxima es más pronunciada.

El PowMr inversor trifásico acepta un rango de voltaje de fase de 170 a 280V y un rango de voltaje de línea de 305 a 485V durante la etapa de conversión de CA a CC. Con configuraciones de carga/descarga por franjas horarias, capitaliza las tarifas de picos y valles para minimizar costos. Ideal para sistemas solares trifásicos, especialmente en entornos industriales, sobresale en aplicaciones de reducción de picos y llenado de valles, asegurando un suministro de energía estable y una interacción eficiente con la red.

 

Sincronización con la Red

En los sistemas de energía solar híbridos, la sincronización precisa con la red eléctrica, lo que significa lograr armonía en la frecuencia de salida, forma de onda, fase y voltaje, es crucial para una integración sin problemas, y es esencial para una transferencia de energía fluida. El inversor trifásico será responsable de esta tarea.

Ejemplificado por PowMr inversor trifásico, ofrece opciones de frecuencia de 50 o 60Hz, contribuyendo a una conexión sincronizada y estable a la red. Además, proporciona una salida de onda sinusoidal pura, mejorando la calidad y fiabilidad de la energía generada.

 

Ventajas de los inversores trifásicos sobre los inversores monofásicos

Densidad de potencia mejorada
Los inversores trifásicos permiten la entrega de amperaje equivalente con cables más pequeños, aumentando la densidad de potencia general en los sistemas de distribución.

Aumento de la eficiencia
En comparación con los circuitos monofásicos, los sistemas trifásicos proporcionan casi el doble de potencia con la misma corriente, lo que conduce a una mayor eficiencia en la distribución de energía.

Optimización del espacio
La utilización compacta de más potencia en menos espacio reduce los costos de cableado y retrasa los gastos de capital, contribuyendo a la optimización general del espacio.

Aplicabilidad
Particularmente beneficioso en entornos que requieren mucha energía, como instalaciones de TI de alta densidad, centros de datos, almacenes, fabricación e industrias manufactureras.

 

Conclusión - Cuándo son necesarios los inversores trifásicos

Es importante señalar que para aplicaciones residenciales con instalaciones solares más pequeñas, un inversor solar monofásico puede ser suficiente. La elección entre inversores monofásicos y trifásicos depende de los requisitos específicos de la instalación y de las características de la red eléctrica local. A continuación se presentan los escenarios comunes donde las ventajas de la distribución de energía trifásica son esenciales para un rendimiento óptimo e integración.

 

Aplicaciones Industriales

Las industrias con maquinaria pesada y alta demanda de energía se benefician significativamente de los inversores trifásicos. La mayor capacidad de potencia y estabilidad que ofrecen los sistemas trifásicos son cruciales para mantener las operaciones industriales sin interrupciones.

 

Grandes Instalaciones Comerciales

Los establecimientos comerciales con requisitos energéticos sustanciales, como centros comerciales, centros de datos y grandes complejos de oficinas, encuentran necesarios los inversores trifásicos. Estos inversores pueden manejar de manera eficiente las cargas diversas y exigentes que se encuentran en tales entornos.

 

Hogares de Alto Consumo Energético

En residencias donde los electrodomésticos que consumen mucha energía, como calentadores de agua eléctricos, sistemas de HVAC y equipos de cocina, son comunes, un inversor trifásico puede proporcionar un suministro de energía más equilibrado y estable. Esto es particularmente relevante en casas más grandes con múltiples dispositivos de alta potencia funcionando simultáneamente.

 

Parques solares

En las granjas solares a gran escala que cubren vastas áreas, los inversores trifásicos son indispensables. Su capacidad para transmitir energía a largas distancias con pérdidas mínimas asegura una entrega eficiente de energía desde los paneles solares remotos hasta el punto de conexión a la red.

 

Vehículos Eléctricos (VE)

Los vehículos eléctricos a menudo utilizan inversores trifásicos en su electrónica de potencia para convertir la energía DC de la batería de alto voltaje (HV) en energía AC para impulsar el motor eléctrico. Los sistemas trifásicos proporcionan un funcionamiento más suave y eficiente para la propulsión de vehículos eléctricos.

 

Conexión a la red

En regiones donde la red eléctrica es trifásica, el uso de un inversor solar trifásico garantiza una integración sin problemas con la red. Los sistemas trifásicos se utilizan comúnmente en áreas urbanas y en lugares con alta demanda de energía. Utilizar un inversor trifásico ayuda a equilibrar la distribución de energía a través de las tres fases.