Los inversores juegan un papel fundamental en los sistemas solares fotovoltaicos, convirtiendo la potencia de corriente directa generada por los paneles solares, a corriente alterna utilizable por aparatos eléctricos convencionales. Aunque todos los inversores cumplen la misma función básica, se pueden clasificar en tres tipos según su forma de operar:
Inversores de cadena
Microinversores
Inversores centrales con optimizadores de potencia
En este artículo se describe cada tipo de inversor, incluyendo sus ventajas y desventajas.
INVERSORES DE CADENA
Los inversores de cadena reciben su nombre porque se conectan a un circuito de paneles solares en serie (una cadena). Por lo tanto, la corriente a través de todos los paneles es la misma, y sus voltajes se suman directamente.
Algunos inversores de cadena permiten la conexión de varios circuitos paralelos, en lugar de utilizar un mismo circuito para todo el arreglo fotovoltaico. De esta forma, los paneles solares en un mismo circuito permanecen en conexión serie, pero diferentes circuitos están en conexión paralela. Esta configuración es conveniente cuando el arreglo solar se divide en secciones con diferente orientación y perfil de producción. Cabe mencionar que los módulos fotovoltaicos en serie logran mayor rendimiento cuando se agrupan según condiciones similares de operación (orientación, radiación solar incidente, etc).
Ventajas de los Inversores de Cadena
Los inversores de cadena tienen el menor costo entre las tres opciones.
El mantenimiento resulta sencillo, ya que la potencia se acondiciona y se convierte a corriente alterna en un solo punto (el inversor). Los módulos individuales simplemente utilizan una caja de conexión para unirse al circuito en serie.
Como toda la potencia del arreglo solar se recolecta como corriente directa, la integración con sistemas de baterías resulta más sencilla.
Desventajas de los Inversores de Cadena
La conexión de módulos solares en serie es sencilla, pero trae un inconveniente: Si un módulo solar tiene fallas o es cubierto por una sombra, toda la cadena se ve afectada. Por esta razón, los inversores de cadena se adaptan mejor a sitios donde no hay sombras, y el arreglo tiene orientación y radiación solar uniforme.
También es muy importante mantener el arreglo solar limpio – las hojas y la acumulación de polvo tienen el mismo efecto que una sombra.
Si hay una falla en el inversor, no se puede utilizar la energía generada. Una fuente de potencia en corriente directa no es compatible con la mayoría de los aparatos eléctricos, y no se puede sincronizar con la red eléctrica.
Proveedores de Inversores de Cadena – Escala Residencial
EATON Grid-Tied Inverters
ABB Power-One Aurora String Inverters
Proveedores de Inversores de Cadena – Escala Comercial
Estos inversores tienen el mismo principio básico que los de escala residencial, con la diferencia que sus kilowatt nominales son mayores, para cumplir con los requerimientos de un edificio comercial.
SMA Sunny Tripower
ABB Power-One TRIO
ABB Power-One PVI-CENTRAL
MICROINVERSORES
Esta tecnología funciona en forma opuesta a los inversores de cadena:
En lugar de un inversor central, hay un inversor compacto para cada panel solar.
En lugar de conexión serie en corriente directa, se utiliza conexión paralela en corriente alterna.
Ventajas de los Microinversores
Gracias a la conexión paralela, cada panel solar opera en forma independiente al resto del sistema. Por lo tanto, los problemas de un módulo no afectan al resto. Al usar microinversores, un arreglo fotovoltaico puede operar efectivamente incluso si hay diferencias de orientación entre los módulos, o sombras ocasionales.
Los microinversores se pueden integrar con un sistema de monitoreo, permitiendo la detección remota de problemas. De esta forma, no se pierde tiempo buscando una falla.
La puesta a tierra es sencilla, ya que se puede integrar directamente al circuito de microinversores.
Mayor producción de energía que un sistema con inversores de cadena, de la misma capacidad instalada en kilowatt.
Desventajas de los Microinversores
Entre los tres tipos de inversores, los microinversores son la opción más costosa.
Su integración con sistemas de baterías es compleja, al requerir dos pasos adicionales de conversión de energía. Debido a que la potencia se convierte a corriente alterna inmediatamente a la salida de cada módulo, se debe reconvertir a CD para almacenaje en baterías, y luego convertir otra vez a CA para su uso (tres pasos de conversión).
El mantenimiento resulta complejo, ya que hay un microinversor en cada panel solar. Si el acceso al arreglo solar es complicado, quizás los microinversores no son la mejor opción. Por ejemplo, resultan fáciles de accesar en un arreglo solar de piso, pero no siempre en arreglos de techo.
Proveedores de Microinversores
Enphase Microinverter
SIEMENS Microinverter
ABB Power-One Aurora Series
Dado que el microinversor se instala en el módulo, hay poca diferencia entre los sistemas residenciales y comerciales (los módulos solares individuales son los mismos). Si se requiere un sistema solar de mayor capacidad para un edificio comercial, solo es necesario agregar más circuitos para los microinversores correspondientes.
Generalmente, los proveedores especifican un número máximo de microinversores por circuito. Por ejemplo, si un sistema tiene 100 paneles solares y el máximo es 25 microinversores por circuito, será necesario tener al menos 4, cada uno con la protección de un breaker.
INVERSORES CENTRALES CON OPTIMIZADORES DE POTENCIA
Esta tecnología puede considerarse una híbrida de las dos mencionadas anteriormente. El sistema utiliza un inversor central, pero los módulos no están conectados directamente al circuito serie – cada módulo se conecta por medio de un optimizador de potencia, y a la vez los optimizadores se conectan en serie. El costo de este sistema es intermedio entre uno con microinversores y uno convencional con inversor de cadena.
Ventajas de los Optimizadores de Potencia
El acondicionamiento de voltaje permite independencia entre los módulos, similar al caso de los microinversores – un módulo con problemas no afecta al resto.
Los optimizadores pueden equiparse con un sistema de monitoreo para identificar y resolver problemas con facilidad. La optimización de voltaje crea condiciones estables de operación, permitiendo la conexión de circuitos más largos que los de un inversor de cadena convencional. Hay una salida de potencia en corriente directa antes del inversor, lo que simplifica el uso de baterías o dispositivos de corriente directa.
Para un mismo valor de capacidad instalada en kilowatt, un sistema con optimizadores de potencia genera más energía que uno convencional solamente con inversor de cadena.
Desventajas de los Optimizadores de Potencia
Mayor costo que un sistema convencional con inversor de cadena.
Mayor complejidad de mantenimiento, ya que cada panel solar tiene un optimizador.
Proveedores de Inversores Centrales con Optimizadores de Potencia
Actualmente, Solaredge es uno de los líderes del mercado global en esta tecnología:
Optimizadores de Potencia Solaredge
Inversores Solaredge
¿CUANDO USAR CADA TIPO DE INVERSOR?
Los principales factores que determinan el tipo de inversor más conveniente son las condiciones del sitio y los requerimientos del usuario. A continuación se muestran algunos ejemplos de escenarios favorables para cada tipo de inversor.
Inversor de Cadena
Proyecto con un sitio espacioso, libre de obstáculos que produzcan sombras, donde es posible orientar todo el arreglo solar en la misma dirección.
Proyecto donde se planea utilizar un controlador de carga y banco de baterías.
Proyecto donde es una prioridad minimizar el costo.
Microinversores
Proyecto donde el arreglo solar de divide en secciones con diferente perfil de producción, debido a la presencia de sombras y diferencias de orientación.
Proyecto donde no se contemplan baterías, y se planea operar conectado a la red permanentemente.
Proyecto donde se busca maximizar la producción de cada panel solar debido a limitaciones de área, aunque esto implique un mayor costo.
Optimizadores de Potencia
Proyecto donde el arreglo solar de divide en secciones con diferente perfil de producción, debido a la presencia de sombras y diferencias de orientación.
Proyecto donde se planea utilizar un controlador de carga y banco de baterías.
Proyecto donde se busca maximizar la producción de cada panel solar debido a limitaciones de área, aunque esto implique un mayor costo.
