Inversores Fotovoltaicos: Funcionamiento, Tipos y Eficiencia en Sistemas de Energía Solar
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Inversores: Conversión de Energía de Corriente Continua (CC) a Alterna (CA)
Un inversor es un elemento fundamental en sistemas eléctricos y electrónicos, especialmente en instalaciones de energía renovable. Su función principal es convertir la Corriente Continua (CC), proveniente de fuentes como paneles solares o baterías, en Corriente Alterna (CA) con las características requeridas por la red eléctrica o los consumos domésticos, típicamente 230V de valor eficaz y una frecuencia de 50 Hz.
Características Clave de los Inversores
Para garantizar un funcionamiento óptimo y seguro, los inversores deben cumplir con una serie de características esenciales:
Alta Eficiencia
El inversor debe operar de manera eficiente en un amplio rango de potencias de trabajo, minimizando las pérdidas energéticas durante la conversión.
Bajo Consumo en Vacío
Es crucial que el inversor tenga un consumo energético mínimo cuando no hay cargas conectadas, para evitar el desperdicio de energía.
Alta Fiabilidad
Debe ser robusto y resistente a condiciones adversas, incluyendo los picos de corriente durante el arranque de cargas inductivas.
Protección contra Cortocircuitos
Incorpora sistemas de protección para evitar daños al equipo y a la instalación en caso de cortocircuitos en la salida.
Seguridad
Cumple con las normativas de seguridad eléctrica para proteger a los usuarios y la infraestructura.
Buena Regulación de la Tensión y Frecuencia de Salida
La tensión y frecuencia de la CA de salida deben ser estables y compatibles con los requisitos de la red eléctrica o de los aparatos conectados.
Rendimiento (Eficiencia Energética)
El rendimiento (η) es la característica más importante de un inversor, ya que indica la relación entre la potencia de salida (Ps) y la potencia de entrada (Pe). Se calcula mediante la siguiente fórmula:
η = (Ps / Pe) × 100%
Es importante destacar que el rendimiento también depende de la temperatura de trabajo, disminuyendo a medida que la temperatura aumenta.
Tipos de Inversores según su Aplicación
Inversores en Sistemas Autónomos (Off-Grid)
En los sistemas autónomos, la potencia de salida del inversor es variable y depende directamente de los receptores o cargas que se conectan. La entrada del inversor recibe la potencia máxima disponible, proporcionada por el conjunto de paneles fotovoltaicos y el sistema de acumulación (baterías).
Inversores en Sistemas Conectados a Red (On-Grid)
En los sistemas conectados a la red eléctrica, la potencia de salida (Ps) del inversor debe ser siempre la máxima posible para inyectar energía a la red. La potencia de entrada (Pe) varía en función de la irradiancia solar recibida por el generador fotovoltaico.
Tipos de Inversores según su Aislamiento
Inversor con Aislamiento de Alta Frecuencia (AF)
Estos inversores incorporan un bloque de conmutación electrónica que convierte la Corriente Continua (CC) del generador fotovoltaico en Corriente Alterna (CA) de alta frecuencia (AF) mediante un bloque convertidor. Esta CA de AF se aplica a un transformador que realiza las funciones de aislamiento galvánico y adaptación de tensión y corriente. Posteriormente, se aplica a un rectificador que la convierte nuevamente en CC. Finalmente, esta CC se aplica a un bloque inversor básico que la convierte en CA senoidal con las características requeridas por la red eléctrica.
La principal ventaja de este tipo de inversor es que, al trabajar el transformador a alta frecuencia, su volumen y peso son considerablemente reducidos. Sin embargo, dada la mayor complejidad del sistema, su fiabilidad puede ser menor. Generalmente, tienen un mayor rendimiento que los inversores con aislamiento de Baja Frecuencia (BF) y requieren un sistema de control para asegurar la ausencia de componentes de CC en la conexión a la red.
Inversor con Aislamiento de Baja Frecuencia (BF)
Los inversores con aislamiento de Baja Frecuencia (BF) incorporan un transformador en la salida del bloque inversor básico. Este transformador trabaja a la frecuencia de la red eléctrica (50 Hz), lo que implica un mayor volumen y peso en comparación con los inversores de Alta Frecuencia (AF). Además, suelen presentar un rendimiento ligeramente menor.
A pesar de su mayor tamaño, estos inversores son generalmente más robustos y fiables que los de AF. Una ventaja significativa es que no requieren un sistema de control adicional para la ausencia de componentes de CC en la conexión a la red, puesto que el propio transformador de baja frecuencia impide la transmisión de cualquier componente de corriente continua.