5. Inversores (-cargadores)

¿Qué es un inversor?

Los inversores transforman la corriente continua en corriente alterna. La corriente continua produce un flujo de corriente en una sola dirección, mientras que la corriente alterna cambia rápidamente la dirección del flujo de corriente de una parte a otra. La frecuencia de la corriente alterna en España es de 50 ciclos por segundo (50 Hz). Cada ciclo incluye el movimiento de la corriente primero en una dirección y luego en otra. Esto significa que la dirección de la corriente cambia 100 veces por segundo.

¿Qué función realiza?

Los inversores se utilizan para convertir la corriente continua generada por los paneles solares fotovoltaicos, baterías u otra fuente de corriente continua en corriente alterna y de esta manera poder ser inyectados en la red eléctrica o usados en instalaciones eléctricas aisladas.

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 una onda senoidal y produciendo el voltaje de salida necesario.

Tipos de inversores:

Distinguimos entre dos tipos de inversores:

 I) Inversores para redes aisladas

II) inversores de conexión a red

Los inversores para redes aisladas crean una onda independiente de la red eléctrica y ajustan la corriente de salida a la que demanda el consumo conectado. Para poder suministrar la energía necesaria en cualquier momento necesitan estar conectados a baterías.

Los inversores de conexión a red trabajan directamente con módulos fotovoltaicos y vierten toda la corriente que dan estos módulos (tras la conversión en corriente alterna) a la red eléctrica. Este tipo de inversor precisa detectar la onda de la red para acoplarse. En el caso de fallo de red, el inversor se para.

I) Inversores para redes aisladas:

Los inversores para sistemas aislados, convierten la corriente directa encontrada en el banco de baterías en corriente alterna convencional como la que se obtiene de la red eléctrica. Estos inversores están hechos para operar en lugares donde no hay acceso a energía eléctrica y por tanto se utilizan fuentes de alternas como solar y eólica para cargar las baterías. El inversor, posteriormente, toma la energía de las baterías y la convierte para que la puedas utilizar para alimentar lámparas, televisores, refrigeradores y electrodomésticos convencionales.

Formas de onda:

 

Onda cuadrada: La mayoría de los inversores funcionan haciendo pasar la corriente continua a través de un transformador, primero en una dirección y luego en otra. El dispositivo de conmutación que cambia la dirección de la corriente debe actuar con rapidez. A medida que la corriente pasa a través de la cara primaria del transformador, la polaridad cambia 100 veces cada segundo. Como consecuencia, la corriente que sale del secundario del transformador va alternándose, en una frecuencia de 50 ciclos completos por segundo. La dirección del flujo de corriente a través de la cara primaria del transformador se cambia muy bruscamente, de manera que la forma de onda del secundario es “cuadrada”, representada en la figura mediante color morado.

Son más baratos, pero no sirven para consumos más delicados y suelen ser menos eficientes. Producen armónicos que generan interferencias. No son aptos para motores de inducción. Sirven para consumos resistivos (resistencias eléctricas) y consumos que se alimentan a través de otra fuente intercalada (por ejemplo, portátiles).

Onda senoidal modificada: Son más sofisticados y caros, y utilizan técnicas de modulación de ancho impulso. El ancho de la onda es modificada para acercarla lo más parecido a una onda senoidal, a partir de tres puntos: uno positivo, uno negativo y uno de tierra. La salida no es todavía una auténtica onda senoidal, pero está bastante próxima. El contenido de armónicos es menor que en la onda cuadrada. En el gráfico se representa en color azul. Son los que mejor relación calidad/precio ofrecen para la conexión de iluminación o, por ejemplo, variadores de frecuencia.

Onda senoidal pura: Con una electrónica más elaborada estos inversores consiguen una onda senoidal pura (curva negra en el diagrama). Sin embargo, su coste es bastante mayor que el de los inversores menos sofisticados (onda modificada u onda cuadrada). Uso recomendado en teles de tubo, motores (compresor de nevera, bombas etc.) y electrodomésticos con electrónica fina (por ejemplo, muchas de las lavadoras nuevas son bastante sensibles a la calidad de la onda). 

Tipos:

  • Inversor: Su misión es convertir la corriente continua de 12, 24, 48 V, etc., almacenada por la batería en corriente alterna de 230 V (u otra tensión).
  • Inversor-cargador: Dispositivo que, además de convertir la corriente continua (CC) a corriente alterna (CA), tiene la función inversa, transformas CA en CC, y tener la capacidad de recargar el banco de baterías. Cuando la energía fotovoltaica no se encuentra disponible, el inversor es capaz de proveer energía a las cargas, mediante el banco de baterías, y por medio de un generador, llevar a cabo el proceso de carga de baterías.

Transformadores:

Los inversores para redes aisladas precisan de un transformador para ejecutar su función. Podemos diferenciar entre dos tipos de transformador (cada uno con sus ventajas y desventajas):

 

Transformadores de alta frecuencia (AF):

  • Compactos y ligeros, ya que el transformador AF es mucho más pequeño y pesa mucho menos que uno de baja frecuencia (BF)
  • Coste reducido
  • Suelen tener durar menos que los transformadores BF
  • Suelen tener menor capacidad de sobrecarga que los transformadores BF
  • Suelen tener mayor autoconsumo y peor rendimiento a carga parcial que los transformadores BF

Transformadores de baja frecuencia(BF):

  • Suelen tener mayor capacidad de sobrecarga
  • Suelen tener mejor rendimiento a carga parcial
  • Más recomendados para motores
  • Suelen ser más robustos que los transformadores AF
  • Coste más alto (se necesita mucho más cobre para su fabricación)

II) Inversores de conexión a red:

El inversor es uno de los componentes más importantes en los sistemas conectados a red, ya que maximiza la producción de corriente del dispositivo fotovoltaico y optimiza el paso de energía entre el módulo y la carga.

Es un dispositivo que transforma la corriente continua producida por los módulos en corriente alterna para su inyección a la red pública (ya sea para autoconsumo o para vertido a red).

Los inversores para la conexión a la red eléctrica están equipados generalmente con al menos un seguidor del punto de máxima potencia (MPPT) que tiene la función de dejar trabajar los paneles fotovoltaicos a la tensión de máxima eficiencia (con la cual rinden más vatios los paneles conectados).

Se pueden clasificar en general en dos tipologías:

  • Con transformador: Cuentan con separación galvánica, lo que permite emplear toda la gama de módulos fotovoltaicos sin limitaciones. Suelen tener una eficiencia algo más baja que los inversores sin transformador
  • Sin transformador: Son más eficientes, pero no llevan separación galvánica entre el lado de corriente alterna (CA) y el lado de corriente continua (CC); esto impide emplear algunos tipos de módulo que requieren puesta a tierra de uno de sus polos (sobre todo paneles de capa fina).

Según el tipo de red en el punto de conexión, los inversores pueden ser monofásicos, trifásicos, de baja tensión o de media tensión.

También los inversores de conexión a red se clasifican por su tamaño y potencia en las siguientes categorías:

  •  Microinversores: Inversores para uno o dos paneles fotovoltaicos que se suelen instalar directamente por debajo de los paneles
  • Inversores de “string”: Son para conectar al menos una cadena/serie de módulos y se suelen usar en instalaciones a partir de 1 kWp hasta cientos de kWp (poniendo varios equipos en paralelo)
  • Inversores centrales: Se suelen emplear en parques grandes de más de 1 MWp