Los sistemas solares también cuentan con inversores para convertir la corriente continua generada por los paneles solares en corriente alterna. Los sistemas solares necesitan un inversor para funcionar eficientemente, con o sin conexión a la red eléctrica. Hoy aprenderemos sobre el inversor de conexión a red, su precio y cómo conectarlo a la red eléctrica. Pero antes, comenzaremos con el principio de funcionamiento del inversor de conexión a red.
¿Qué es un inversor de conexión a red y cuál es su función?
Es un componente electrónico que se utiliza para aprovechar la energía solar mediante sistemas de paneles solares. Un inversor conectado a la red (GTI, por sus siglas en inglés) se conecta a los paneles solares para convertir la corriente continua (CC) que estos generan en corriente alterna (CA). Un sistema conectado a la red funciona sin baterías, y los inversores conectados a la red se pueden utilizar para paneles solares, turbinas eólicas y centrales hidroeléctricas.
Los inversores conectados a la red eléctrica pueden convertir la corriente adecuadamente para la frecuencia de la red eléctrica de 60 Hz a 50 Hz, comúnmente utilizada por generadores eléctricos locales. Un GTI toma un voltaje variable no regulado de un conjunto de paneles solares para convertirlo a CA sincronizada con la red eléctrica. Sin embargo, cuando la red eléctrica falla, un GTI debe cortar automáticamente el suministro eléctrico a las líneas eléctricas.
¿Cuál es el principio de funcionamiento del inversor de conexión a red?
Antes de aprender sobre el principio de funcionamiento de un inversor conectado a la red, es necesario comprender su circuito . Los componentes de este circuito son condensadores (C), diodos (D), inductores (L), transformadores (T) y MOSFET (Q) . Todo el proceso se divide en tres etapas de conversión. Un inversor conectado a la red debe sincronizar su frecuencia, amplitud y onda con la red eléctrica y suministrar una corriente sinusoidal a la carga.
Nota: El inversor conectado a la red se sobrecargará si la tensión de salida (voltaje) es superior a la tensión de la red eléctrica. Si es inferior, el inversor podría absorber la tensión en lugar de suministrarla.
1st etapa
En este punto, la entrada de corriente continua (CC) se convierte en corriente alterna (CA) de 60 Hz. La tensión de entrada se eleva inicialmente mediante un convertidor elevador formado por C2 (condensador), Q1 (MOSFET), L1 (inductor) y D1 (diodo). Para un conjunto fotovoltaico de más de 50 V, uno de los buses de entrada de corriente continua debe estar conectado a tierra. Teóricamente, cualquiera de los dos buses puede conectarse a tierra, generalmente el negativo.
En las configuraciones interactivas con la red eléctrica, los conductores de corriente alterna de salida deben aislarse de la corriente continua en caso de que la entrada de corriente continua tenga un paso de conducción a tierra.
2nd etapa
La corriente alterna obtenida se convierte al nivel requerido mediante un transformador elevador de baja frecuencia. Se trata de una etapa convertidora CC-CC modulada por ancho de pulso, básicamente un puente H, con convertidor de aislamiento. Esta etapa consta de C3 (condensador), Q2-Q5 (MOSFET), T1 (transformador), L2 (inductor) y D2-D5 (diodo). También se puede utilizar un convertidor de medio puente o directo para niveles de potencia inferiores a 1000 vatios.
Se proporciona un enlace de CC al inversor de CA de salida, y su valor debe ser superior al pico de la tensión de CA de la red . Por ejemplo, para 120 VCA, el VCC debe ser >120° √2 = 168 V, normalmente entre 180 V y 200 V, y para 240 VCA se requerirían 350-400 VCC. Otro paso importante en el principio de funcionamiento del inversor conectado a la red.
Algunos modelos de inversores comerciales también utilizan transformadores de baja frecuencia (LF) en la etapa de salida, en lugar de uno de alta frecuencia en la sección CC-CC. Con este método, la entrada se convierte a 60 Hz CA y un transformador la ajusta a los niveles requeridos, proporcionando simultáneamente aislamiento.
Nota: Los conductores de los paneles fotovoltaicos con diseño no aislado no pueden conectarse a tierra.
Sin embargo, con un transformador elevador T1, se puede omitir la etapa de conversión (primera etapa) . Pero esto puede generar una gran inductancia de fuga, lo que provoca picos de tensión en rectificadores y transistores FET, además de otros efectos indeseables. Esto suele ocurrir en sistemas sin transformador.
3rd etapa
Incluye otra conversión para la parte restante de CA en la salida de la segunda etapa. En esta etapa, se utiliza otro puente completo para convertir CC en CA. IGBT Q6-Q9 (MOSFET), C4 (condensador) y L3 (inductor). El MOSFET en esta etapa funciona como interruptores electrónicos que operan en modo PWM (modulación por ancho de pulso). Se requieren diodos de libre circulación antiparalelos para esta topología que proporcionan una ruta alternativa para la corriente cuando los interruptores están apagados. Se puede aplicar un potencial positivo, negativo o cero a través de L3 (inductor) utilizando diferentes interruptores en el puente H. Luego, el filtro LC de salida reduce los armónicos de alta frecuencia para producir una onda sinusoidal.
- Inductor adicional: Los circuitos deben permitir un flujo de corriente limitado hacia las cargas y de regreso a la línea. Un GTE funciona como una fuente controlada por corriente en lugar de una fuente de tensión, ya que la red actúa como una fuente de alta impedancia. Se utiliza una rejilla en L (inductor de acoplamiento adicional) entre un GTE y las líneas principales para absorber la tensión de CA adicional, lo que reduce aún más los armónicos de corriente generados por la modulación por ancho de pulsos (PWM).
Nota : La introducción de polos adicionales en el circuito actual puede provocar inestabilidad en el sistema.
Lea también: Comprender el principio de funcionamiento de un sistema solar aislado
¿Qué componentes se requieren para instalar un inversor conectado a la red?
Tras conocer el principio de funcionamiento de los inversores de conexión a red, conozca sus componentes. Su fácil instalación y mantenimiento requieren un equipo mínimo y un mantenimiento moderado. A continuación, se detallan algunos componentes y cableado necesarios en el sitio durante la instalación del GTI.
1. Aisladores
Son componentes electrónicos clave utilizados en inversores solares ya que permiten la comunicación entre circuitos de control sensibles de bajo voltaje (microcontroladores) y componentes de alto voltaje (transistores de potencia).
Ver también : Los 8 mejores inversores de 3000 vatios
2. Medidor neto
Es como un sistema de seguimiento que monitorea el intercambio de energía entre el hogar y la red eléctrica principal. Calcula y acredita a los propietarios de sistemas de paneles solares la electricidad suministrada a la red desde su sistema de energía solar.
3. Unidad de Protección
Los inversores conectados a la red cuentan con protección anti-isla, además de otras funciones de protección integradas. Sin embargo, la incorporación de dispositivos de protección como controladores de carga, interruptores de seguridad y cableado añade una capa adicional de seguridad al sistema.
4. Paneles solares
Estos son los componentes más esenciales porque los inversores funcionan convirtiendo la energía CC generada por los paneles solares en energía CA que es adecuada para hacer funcionar los electrodomésticos.
5. cableado
Se requiere un cableado adecuado con conexión a paneles solares, panel eléctrico principal y contador de red. La longitud, el ancho y la calidad del cable deben ser óptimos para su uso. A continuación, veamos cómo conectar el inversor de conexión a red a la red eléctrica.
Ver también: ¿Cómo cablear un inversor de 5000 vatios?
¿Cómo conectar el inversor de conexión a la red eléctrica?
Antes de conectar el inversor de conexión a la red eléctrica, hay algunas cosas que debe comprender.
1. Frecuencia
La red eléctrica tiene una frecuencia precisa mantenida en 50 Hz, y varía ligeramente, pero en general se encuentra entre 49.9 y 50.1 Hz.
2. Raíz cuadrada media
Se trata del valor eficaz (RMS) de la tensión de una señal de 50 Hz , y la señal real alcanza los 325 V. Es fundamental conocer este valor, ya que al conectar un inversor se generan temperaturas tan elevadas para que la corriente fluya hacia los enchufes. No solo es importante conocer el principio de funcionamiento del inversor conectado a la red, sino también su correcta conexión a la red eléctrica, lo que requiere un conocimiento profundo de estos factores.
3. Caídas de tensión
Los enchufes domésticos reciben voltajes variables. Esto se debe a la caída de tensión en la resistencia de los conectores, fusibles, transformadores y cables, así como en otros componentes del circuito. Al encender o apagar aparatos eléctricos de gran consumo cercanos, se observan fluctuaciones y cambios repentinos. El voltaje de la red eléctrica es mucho más variable; por ejemplo, en ciertos lugares, se supone que es de 230 V con una tolerancia de +10 %/-6 %.
Lea también: ¿Necesito un fusible entre la batería y el inversor?
4. Sinusoidal
La señal suministrada debería ser una onda sinusoidal nítida y definida, pero en ciertos puntos del ciclo de la onda sinusoidal, algunos aparatos no lineales absorben energía de determinados puntos. Esto introduce distorsión, por lo que la señal no es una onda sinusoidal perfecta. Ordenadores, lámparas fluorescentes, aspiradoras y otros electrodomésticos son cargas no lineales. Para conectar un inversor a la red eléctrica, es necesario mantener una onda sinusoidal.
La respuesta a cómo conectar el inversor a la red eléctrica es que debe asegurarse de que la frecuencia, la amplitud y la fase de la fuente de alimentación o del inversor estén sincronizadas. Además, debe suministrar una corriente sinusoidal a la carga. De lo contrario, podría no detectar si la salida es alta o baja, lo cual puede ser problemático. Debe haber un inductor de acoplamiento en L entre el sistema y la red para absorber el exceso de tensión de corriente alterna. Se debe mantener una distancia de aproximadamente 500 milímetros entre el inversor y la pared superior, inferior y lateral, así como entre dos inversores.
Aquí he mencionado los pasos para la conexión. El inversor conectado a la red al que se hace referencia en estos pasos es el Luminous Grid Tie Inverter, pero la mayoría de los inversores tienen pasos similares.
Paso 1: Comience por desconectar el suministro principal ahora. Apague el interruptor automático de corriente alterna (MCB) en la caja de distribución de CA.
Paso 2 : A continuación, conecte el cable de salida de la red eléctrica del inversor a la caja de distribución de CA. Recuerde el principio de funcionamiento del inversor conectado a la red al realizar la conexión.
Paso 3 : Conecte el cable de salida de la caja de distribución de CA a la caja del interruptor automático de CA.
Paso 4 : Ahora se establecerá automáticamente la conexión entre la caja del interruptor automático de CA y el medidor de red, así como con los diferentes electrodomésticos de la casa.
Nota: Se recomienda contratar técnicos y electricistas para este tipo de trabajo.
Ver también: ¿Cómo funciona un inversor híbrido?
¿Cuál es el precio del inversor de conexión a red?
El precio de un inversor de conexión a red depende de su potencia y fases, así como del tipo de inversor que elija. Generalmente, es posible que tenga que... gastar alrededor de $911 o más Para un inversor de conexión a red. Sin embargo, la mayoría de los inversores se suministran como parte de sistemas de energía solar y pueden representar alrededor del 20% del costo total del sistema. Sin embargo, es útil conocer el precio después de comprender el principio de funcionamiento del inversor de conexión a red.
Lea también: ¿Se pueden conectar inversores en serie?
¿Cuáles son los tipos de inversores conectados a la red?
Después de comprender los inversores conectados a la red, eche un vistazo a los tipos que puede elegir.
1. Inversores centrales: Funcionan de forma similar a los inversores de cadena, pero con un rango de capacidad mucho mayor. Son resistentes a los daños ambientales y adecuados para grandes parques solares.
2. Micrómetro : Estos son los dispositivos más avanzados tecnológicamente, que funcionan convirtiendo la corriente continua (CC) en corriente alterna (CA) directamente desde la parte posterior de los paneles solares. No requieren cables, por lo que los paneles no quedan a la sombra. Los micrómetros ofrecen sistemas de monitoreo individual y pueden ampliarse según las necesidades. Son ideales para soluciones con espacio limitado, pero son costosos.
3. Optimizadores de potencia : Estos dispositivos también se instalan en la parte posterior de los paneles solares y funcionan como micrómetros. Ofrecen una evaluación del rendimiento a nivel de sistema, además de la monitorización de cada panel individualmente. Los optimizadores de potencia son menos costosos que los micrómetros.
4. Inversores de cadena : Son el tipo más común de inversores conectados a la red. Los inversores de cadena se conectan en serie y la función de cada cadena es convertir la corriente continua (CC) en corriente alterna (CA). Estos inversores son fiables y económicos, y resultan especialmente adecuados para uso comercial y en hogares pequeños.
Hoy aprendieron sobre el principio de funcionamiento del inversor de conexión a red, lo cual les resultó bastante interesante. Si bien los componentes utilizados en los inversores de conexión a red pueden determinar su precio, este puede variar según el lugar, el fabricante, la marca y otros factores. ¿Cómo conectar un inversor de conexión a red a la red eléctrica? La respuesta es sencilla: solo tienen que seguir los pasos mencionados anteriormente, pero aun así, no recomendamos la autoinstalación.
Recomendado: ¿Puede funcionar un inversor híbrido sin batería?
