¿Qué es un inversor solar?

A medida que el mundo avanza en su búsqueda de soluciones energéticas limpias y sostenibles, la energía solar se ha convertido en pionera en la carrera hacia un futuro más verde. Aprovechando la abundante y renovable energía del sol, los sistemas solares fotovoltaicos (PV) han ganado una gran popularidad, allanando el camino para una transformación notable en la forma en que generamos electricidad. En el corazón de cada sistema solar fotovoltaico se encuentra un componente crucial que permite la conversión de la luz solar en energía utilizable: elinversor solar. Al actuar como puente entre los paneles solares y la red eléctrica, los inversores solares desempeñan un papel vital en la utilización eficiente de la energía solar. Comprender su principio de funcionamiento y explorar sus distintos tipos es clave para comprender la fascinante mecánica detrás de la conversión de energía solar. H¿Cómo lo hace A?SolaIinversorWorco? Un inversor solar es un dispositivo electrónico que convierte la electricidad de corriente continua (CC) producida por los paneles solares en electricidad de corriente alterna (CA) que puede usarse para alimentar electrodomésticos e inyectarse a la red eléctrica. El principio de funcionamiento de un inversor solar se puede dividir en tres etapas principales: conversión, control y salida. Conversión: El inversor solar recibe primero la electricidad CC generada por los paneles solares. Esta electricidad de CC suele adoptar la forma de un voltaje fluctuante que varía con la intensidad de la luz solar. La tarea principal del inversor es convertir este voltaje CC variable en un voltaje CA estable adecuado para el consumo. El proceso de conversión implica dos componentes clave: un conjunto de interruptores electrónicos de potencia (generalmente transistores bipolares de puerta aislada o IGBT) y un transformador de alta frecuencia. Los interruptores son responsables de encender y apagar rápidamente el voltaje de CC, creando una señal de pulso de alta frecuencia. Luego, el transformador aumenta el voltaje al nivel de voltaje de CA deseado. Control: La etapa de control de un inversor solar garantiza que el proceso de conversión funcione de manera eficiente y segura. Implica el uso de sofisticados algoritmos de control y sensores para monitorear y regular diversos parámetros. Algunas funciones de control importantes incluyen: a. Seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT): los paneles solares tienen un punto de funcionamiento óptimo llamado punto de máxima potencia (MPP), donde producen la máxima potencia para una determinada intensidad de luz solar. El algoritmo MPPT ajusta continuamente el punto de funcionamiento de los paneles solares para maximizar la producción de energía mediante el seguimiento del MPP. b. Regulación de voltaje y frecuencia: el sistema de control del inversor mantiene un voltaje y una frecuencia de salida de CA estables, generalmente siguiendo los estándares de la red pública. Esto garantiza la compatibilidad con otros dispositivos eléctricos y permite una integración perfecta con la red. do. Sincronización de red: los inversores solares conectados a la red sincronizan la fase y la frecuencia de la salida de CA con la red pública. Esta sincronización permite al inversor devolver el exceso de energía a la red o extraer energía de la red cuando la producción solar es insuficiente. Producción: En la etapa final, el inversor solar entrega la electricidad CA convertida a las cargas eléctricas o a la red. La salida se puede utilizar de dos maneras: a. Sistemas conectados a la red o conectados a la red: en los sistemas conectados a la red, el inversor solar alimenta la electricidad de CA directamente a la red pública. Esto reduce la dependencia de las centrales eléctricas basadas en combustibles fósiles y permite la medición neta, donde el exceso de electricidad generada durante el día puede acreditarse y utilizarse durante los períodos de baja producción solar. b. Sistemas fuera de la red: en los sistemas fuera de la red, el inversor solar carga un banco de baterías además de suministrar energía a las cargas eléctricas. Las baterías almacenan el exceso de energía solar, que puede utilizarse en épocas de baja producción solar o por la noche, cuando los paneles solares no generan electricidad. Características de los Inversores Solares: Eficiencia: Los inversores solares están diseñados para funcionar con alta eficiencia para maximizar el rendimiento energético del sistema solar fotovoltaico. Una mayor eficiencia da como resultado una menor pérdida de energía durante el proceso de conversión, lo que garantiza que se utilice eficazmente una mayor proporción de la energía solar. Salida de energía: Los inversores solares están disponibles en varias potencias, desde pequeños sistemas residenciales hasta instalaciones comerciales a gran escala. La potencia de salida de un inversor debe coincidir adecuadamente con la capacidad de los paneles solares para lograr un rendimiento óptimo. Durabilidad y confiabilidad: Los inversores solares están expuestos a diferentes condiciones ambientales, incluidas fluctuaciones de temperatura, humedad y posibles sobretensiones eléctricas. Por lo tanto, los inversores deben construirse con materiales robustos y diseñarse para soportar estas condiciones, garantizando su confiabilidad a largo plazo. Monitoreo y Comunicación: Muchos inversores solares modernos vienen equipados con sistemas de monitoreo que permiten a los usuarios realizar un seguimiento del rendimiento de su sistema solar fotovoltaico. Algunos inversores también pueden comunicarse con dispositivos externos y plataformas de software, proporcionando datos en tiempo real y permitiendo el monitoreo y control remotos. Características de seguridad: Los inversores solares incorporan varias características de seguridad para proteger tanto al sistema como a las personas que trabajan con él. Estas características incluyen protección contra sobretensión, protección contra sobrecorriente, detección de falla a tierra y protección anti-isla, que evita que el inversor alimente energía a la red durante cortes de energía. Clasificación de inversores solares por potencia nominal Los inversores fotovoltaicos, también conocidos como inversores solares, se pueden clasificar en diferentes tipos según su diseño, funcionalidad y aplicación. Comprender estas clasificaciones puede ayudar a seleccionar el inversor más adecuado para un sistema solar fotovoltaico específico. Los siguientes son los principales tipos de inversores fotovoltaicos clasificados por nivel de potencia: Inversor según el nivel de potencia: dividido principalmente en inversor distribuido (inversor de cadena y microinversor), inversor centralizado Inversión de cadenausuarios: Los inversores de cadena son el tipo de inversor fotovoltaico más utilizado en instalaciones solares residenciales y comerciales; están diseñados para manejar múltiples paneles solares conectados en serie, formando una "cadena". La cadena fotovoltaica (1-5kw) se ha convertido en el inversor más popular en el mercado internacional hoy en día a través de un inversor con seguimiento de pico de potencia máxima en el lado de CC y conexión a red paralela en el lado de CA. La electricidad de CC generada por los paneles solares se alimenta al inversor de cadena, que la convierte en electricidad de CA para uso inmediato o para exportar a la red. Los inversores de cadena son conocidos por su simplicidad, rentabilidad y facilidad de instalación. Sin embargo, el rendimiento de toda la cadena depende del panel de menor rendimiento, lo que puede afectar la eficiencia general del sistema. Microinversores: Los microinversores son pequeños inversores que se instalan en cada panel solar individual de un sistema fotovoltaico. A diferencia de los inversores de cadena, los microinversores convierten la electricidad de CC en CA directamente en el nivel del panel. Este diseño permite que cada panel funcione de forma independiente, optimizando la producción de energía general del sistema. Los microinversores ofrecen varias ventajas, incluido el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) a nivel de panel, un rendimiento mejorado del sistema en paneles sombreados o no coincidentes, mayor seguridad debido a voltajes de CC más bajos y un monitoreo detallado del rendimiento del panel individual. Sin embargo, el mayor costo inicial y la posible complejidad de la instalación son factores a considerar. Inversores centralizados: Los inversores centralizados, también conocidos como inversores grandes o de escala comercial (>10kW), se utilizan comúnmente en instalaciones solares fotovoltaicas a gran escala, como granjas solares o proyectos solares comerciales. Estos inversores están diseñados para manejar altas entradas de energía de CC de múltiples cadenas o conjuntos de paneles solares y convertirlas en energía de CA para la conexión a la red. La característica más importante es la alta potencia y el bajo costo del sistema, pero dado que el voltaje de salida y la corriente de diferentes cadenas fotovoltaicas a menudo no coinciden exactamente (especialmente cuando las cadenas fotovoltaicas están parcialmente sombreadas debido a la nubosidad, la sombra, las manchas, etc.) , el uso de un inversor centralizado conducirá a una menor eficiencia del proceso de inversión y a una menor energía eléctrica doméstica. Los inversores centralizados suelen tener una mayor capacidad de potencia en comparación con otros tipos, que van desde varios kilovatios hasta varios megavatios. Se instalan en una ubicación central o en una estación inversora, y se les conectan en paralelo varias cadenas o conjuntos de paneles solares. ¿Qué hace un inversor solar? Los inversores fotovoltaicos cumplen múltiples funciones, incluida la conversión de CA, la optimización del rendimiento de las células solares y la protección del sistema. Estas funciones abarcan operación y apagado automáticos, control de seguimiento de potencia máxima, anti-isla (para sistemas conectados a la red), ajuste automático de voltaje (para sistemas conectados a la red), detección de CC (para sistemas conectados a la red) y detección de tierra de CC ( para sistemas conectados a la red). Exploremos brevemente la función de operación y apagado automático y la función de control de seguimiento de potencia máxima. 1) Función de operación y apagado automático Después del amanecer, la intensidad de la radiación solar aumenta gradualmente y, en consecuencia, aumenta la potencia de las células solares. Cuando se alcanza la potencia de salida requerida por el inversor, el inversor comienza a funcionar automáticamente. Después de ingresar a la operación, el inversor monitoreará la salida de los componentes de la celda solar todo el tiempo, siempre que la potencia de salida de los componentes de la celda solar sea mayor que la potencia de salida requerida por el inversor, el inversor continuará funcionando; hasta que pare el atardecer, aunque llueva. El inversor también funciona. Cuando la salida del módulo de células solares se reduce y la salida del inversor está cerca de 0, el inversor entrará en estado de espera. 2) Función de control de seguimiento de potencia máxima La salida del módulo de células solares varía con la intensidad de la radiación solar y la temperatura del propio módulo de células solares (temperatura del chip). Además, debido a que el módulo de células solares tiene la característica de que el voltaje disminuye con el aumento de la corriente, existe un punto de funcionamiento óptimo en el que se puede obtener la máxima potencia. La intensidad de la radiación solar está cambiando, obviamente también está cambiando el mejor punto de trabajo. En relación con estos cambios, el punto de funcionamiento del módulo de células solares siempre está en el punto de máxima potencia, y el sistema siempre obtiene la máxima potencia de salida del módulo de células solares. Este tipo de control es el control de seguimiento de potencia máxima. La característica más importante del inversor utilizado en el sistema de generación de energía solar es la función de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT). Los principales indicadores técnicos del inversor fotovoltaico. 1. Estabilidad del voltaje de salida En el sistema fotovoltaico, la energía eléctrica generada por la célula solar primero se almacena en la batería y luego se convierte en corriente alterna de 220 V o 380 V a través del inversor. Sin embargo, la batería se ve afectada por su propia carga y descarga, y su voltaje de salida varía en un amplio rango. Por ejemplo, la batería de 12V nominal tiene un valor de voltaje que puede variar entre 10,8 y 14,4V (más allá de este rango puede causar daños a la batería). Para un inversor calificado, cuando el voltaje del terminal de entrada cambia dentro de este rango, la variación de su voltaje de salida en estado estable no debe exceder Plusmn; 5% del valor nominal. Al mismo tiempo, cuando la carga cambia repentinamente, su desviación del voltaje de salida no debe exceder el ±10% del valor nominal. 2. Distorsión de la forma de onda del voltaje de salida. Para inversores de onda sinusoidal, se debe especificar la distorsión de forma de onda máxima permitida (o contenido armónico). Generalmente se expresa como la distorsión total de la forma de onda del voltaje de salida, y su valor no debe exceder el 5% (se permite el 10% para salida monofásica). Dado que la salida de corriente armónica de alto orden del inversor generará pérdidas adicionales, como corrientes parásitas en la carga inductiva, si la distorsión de la forma de onda del inversor es demasiado grande, provocará un calentamiento grave de los componentes de la carga, lo que no favorece el la seguridad de los equipos eléctricos y afecta gravemente al sistema. eficiencia operativa. 3. Frecuencia de salida nominal Para cargas que incluyen motores, como lavadoras, refrigeradores, etc., dado que el punto de funcionamiento de frecuencia óptima de los motores es 50 Hz, frecuencias demasiado altas o demasiado bajas harán que el equipo se caliente, reduciendo la eficiencia operativa y la vida útil del sistema. por lo tanto, la frecuencia de salida del inversor debe ser un valor relativamente estable, generalmente una frecuencia de alimentación de 50 Hz, y su desviación debe estar dentro del Plusmn;l% en condiciones normales de trabajo. 4. Factor de potencia de carga Caracterizar la capacidad del inversor con carga inductiva o carga capacitiva. El factor de potencia de carga del inversor de onda sinusoidal es 0,7~0,9 y el valor nominal es 0,9. En el caso de una determinada potencia de carga, si el factor de potencia del inversor es bajo, la capacidad del inversor requerido aumentará. Por un lado, aumentará el coste y, al mismo tiempo, aumentará la potencia aparente del circuito de CA del sistema fotovoltaico. A medida que aumenta la corriente, la pérdida inevitablemente aumentará y la eficiencia del sistema también disminuirá. 5. Eficiencia del inversor La eficiencia del inversor se refiere a la relación entre su potencia de salida y la potencia de entrada en condiciones de trabajo específicas, expresada como porcentaje. En general, la eficiencia nominal de un inversor fotovoltaico se refiere a una carga de resistencia pura. Bajo la condición de 80% de eficiencia de carga. Dado que el costo total del sistema fotovoltaico es alto, se debe maximizar la eficiencia del inversor fotovoltaico para reducir el costo del sistema y mejorar el rendimiento del costo del sistema fotovoltaico. En la actualidad, la eficiencia nominal de los inversores convencionales está entre el 80% y el 95%, y se requiere que la eficiencia de los inversores de baja potencia sea al menos del 85%. En el proceso de diseño real de un sistema fotovoltaico, no solo se debe seleccionar un inversor de alta eficiencia, sino que también se debe utilizar una configuración razonable del sistema para que la carga del sistema fotovoltaico funcione lo más cerca posible del punto de mejor eficiencia. . 6. Corriente de salida nominal (o capacidad de salida nominal) Indica la corriente de salida nominal del inversor dentro del rango de factor de potencia de carga especificado. Algunos productos inversores proporcionan la capacidad de salida nominal y su unidad se expresa en VA o kVA. La capacidad nominal del inversor es el producto del voltaje de salida nominal y la corriente de salida nominal cuando el factor de potencia de salida es 1 (es decir, carga puramente resistiva). 7. Medidas de protección Un inversor con un rendimiento excelente también debe tener funciones o medidas de protección completas para hacer frente a diversas situaciones anormales que ocurren durante el uso real, a fin de proteger el propio inversor y otros componentes del sistema contra daños. 1) Ingresar a la cuenta del seguro de subtensión: Cuando el voltaje del terminal de entrada es inferior al 85% del voltaje nominal, el inversor debe tener protección y pantalla. 2) Protector de sobretensión de entrada: Cuando el voltaje del terminal de entrada es superior al 130% del voltaje nominal, el inversor debe tener protección y pantalla. 3) Protección contra sobrecorriente: La protección contra sobrecorriente del inversor debe poder garantizar una acción oportuna cuando la carga sufre un cortocircuito o la corriente excede el valor permitido, para evitar que la sobrecorriente la dañe. Cuando la corriente de trabajo excede el 150% del valor nominal, el inversor debería poder proteger automáticamente. 4) protección contra cortocircuitos de salida El tiempo de acción de protección contra cortocircuitos del inversor no debe exceder los 0,5 s. 5) Protección de polaridad inversa de entrada: Cuando los polos positivo y negativo del terminal de entrada están invertidos, el inversor debe tener función de protección y visualización. 6) Protección contra rayos: El inversor debe tener protección contra rayos. 7) Protección contra sobrecalentamiento, etc. Además, para los inversores sin medidas de estabilización de voltaje, el inversor también debe tener medidas de protección contra sobretensión de salida para proteger la carga contra daños por sobretensión. 8. Características iniciales Caracterizar la capacidad del inversor para arrancar con carga y el rendimiento durante el funcionamiento dinámico. El inversor debe garantizar un arranque fiable bajo carga nominal. 9. Ruido Componentes como transformadores, inductores de filtro, interruptores electromagnéticos y ventiladores en equipos electrónicos de potencia generarán ruido. Cuando el inversor funciona normalmente, su ruido no debe exceder los 80 dB y el ruido de un inversor pequeño no debe exceder los 65 dB. Habilidades de selección de inversores solares.