Componentes Clave y Funcionamiento de Inversores Solares Fotovoltaicos

Funciones Principales del Inversor

El inversor es un componente esencial en cualquier sistema fotovoltaico. Sus funciones principales incluyen:

• Función principal: Conversión de la corriente y tensión del campo fotovoltaico (CC) a corriente, tensión alterna y frecuencia compatibles con la red eléctrica (en Chile: 220V y 50Hz).
• Protección de los módulos fotovoltaicos.
• Interfaz de comunicación con el sistema de monitoreo y la red.

Consideraciones sobre Rendimientos Europeos

Es importante notar que los datos de rendimiento publicados suelen basarse en pruebas de laboratorio:

• Los datos de rendimiento solo son válidos en los laboratorios de fabricación.
• No se toma en cuenta la variación de la radiación solar real en campo.

Tipologías de Inversores Solares

Existen diversas arquitecturas de inversores, cada una con sus propias características:

Inversores String (de Ramal)

• Conexión a baja tensión, pueden ser monofásicos o trifásicos, con o sin transformador.
• Rendimiento europeo aproximado entre 92% y 98%.

Inversores Centrales

• Conexión a baja o media tensión, siempre trifásicos y con transformador.

Microinversores

• Ofrecen la potencia de un solo módulo.
• No requieren cableado complejo de CC.
• Son muy flexibles y permiten interconectar distintos tipos de módulos en el mismo sistema.

Comparativa de Inversores String

Inversor String sin Transformador

• Se requiere puesta a tierra del campo FV.
• Menor peso y mayor rendimiento general.

Inversor String con Transformador

• Ofrece separación galvánica.
• Mayor peso y menor rendimiento debido a las pérdidas en el transformador.

Conexiones y Construcción de Inversores

Tipos de Conexión

Las conexiones eléctricas y de comunicación varían según el modelo:

• Conexiones CC: Conectores (MC4, T3 o T4) o terminales de bornes.
• Conexiones CA: Conectores de 3 polos o abrazaderas de resorte.
• Interfaz de comunicación: Incluye opciones como Bluetooth.

Consideraciones de Construcción (Uso)

Uso Solo Interior

• Clase de protección baja.
• Carcasa de plástico.
• Poco peso y más económico.
• No es estanco al agua ni al polvo.

Uso en Exterior

• Clase de protección alta.
• Carcasa metálica.
• Mayor peso.
• Mayor precio por vatio pico (WP).
• Estanco al agua y al polvo.

Ventajas y Desventajas por Tipo de Inversor

Ventajas de Inversores String

• Cableado sencillo y corto en CC.
• Sin cajas de conexión DC externas.
• Bajas corrientes DC.
• Sin pérdidas por mismatch (desajuste entre paneles).
• En caso de fallo, la afectación es parcial.
• Mayor rendimiento que los inversores centrales.

Desventajas de Inversores String

• Montaje y puesta en marcha de múltiples unidades.
• Mayor cableado DC en comparación con microinversores.
• Cableado en AC puede ser más complicado.

Ejemplo: Microinversor Enphase M215

• Se instala debajo de cada módulo.
• Potencia AC de 215 W.
• Incluye transformador.
• Control digital de potencia.
• Rendimiento de hasta 99,6%.

Ventajas de Microinversores

• Cableado DC prácticamente inexistente.
• Configuración sencilla y flexible.
• Permite usar distintos módulos en el mismo sistema.
• Mejor rendimiento global en condiciones de sombreado.
• Monitoreo muy preciso a nivel de módulo.

Desventajas de Microinversores

• Costo elevado por vatio instalado.
• Instalación de una gran cantidad de inversores.
• Mayor cableado AC.
• Acceso limitado para mantenimiento (instalados en el tejado).

Los microinversores son una alternativa viable para distribuir la generación en sistemas residenciales.

Concepto de Inversor Central

Se utiliza un único inversor para toda la instalación. Implica una conexión en paralelo de los strings de módulos y la inyección a la red es típicamente trifásica.

Ventajas de Inversores Centrales

• Conexión en AC simple y corta.
• Menos aparatos a gestionar.
• Menores costos en cableado AC.

Desventajas de Inversores Centrales

• Conexión en DC larga y complicada.
• Elevadas pérdidas en CC debido a las altas corrientes.
• En caso de falla del inversor, toda la generación se detiene.
• Elevadas pérdidas por sombreado parcial.

Monitoreo de Voltaje y Corriente

El inversor mide continuamente el voltaje y la corriente del campo FV para optimizar la producción:

• Noche: Tensión 0, corriente 0 $\rightarrow$ potencia = 0.
• 7 am (Primeros rayos): Tensión nominal, corriente mínima.
• 11 am (Aumento de radiación): Aumento de corriente y potencia.
• 13 pm (Aumento de temperatura): Disminuyen tensión, corriente y potencia.
• 16 pm (Disminuye radiación): Disminuyen corriente y potencia.
• 18 pm (Puesta de sol): Tensión nominal, corriente mínima.
• 20 pm (Noche): Inversor en modo stand-by, tensión, corriente y potencia en cero.

Sistemas Fotovoltaicos Conectados a la Red (SFV)

Capacidades de un SFV Conectado a la Red

• Consiste en un generador fotovoltaico acoplado a un inversor que opera en paralelo a la red pública eléctrica.
• El concepto de inyección tiene un amplio margen de aplicaciones, desde sistemas de pocos kWp de potencia instalada hasta centrales de varios MWp.
• Funciona como una planta de generación eléctrica integrada al sistema eléctrico existente.

Limitaciones de un SFV Conectado a la Red

• No se puede alimentar la red si el inversor no está entregando energía (es decir, si no hay generación solar).
• Si no se cuenta con un inversor adecuado (con protección anti-islanding), se corre el riesgo de dañar los electrodomésticos o la red.

Leyes Relevantes y Aplicables en la Fotovoltaica (Chile)

La operación de sistemas fotovoltaicos está regulada por normativas específicas:

• DFL 4/20.018: Ley General de Servicios Eléctricos.
• Ley 20.571: Ley de Generación Distribuida, regula el pago de las tarifas eléctricas de las generadoras residenciales.
• NCH 4/2003: Instalaciones de Consumo en Baja Tensión.
• DS 92: Normativa aplicable a instaladores.