Cálculo y selección del inversor solar para la instalación de fotovoltaica

Inversor solar

La función del inversor solar en una instalación es la de convertir la corriente continua que viene de la batería en corriente alterna más adecuada para el consumo de dispositivos. También se encarga de modular la corriente a la frecuencia y voltaje correcto que necesitan los electrodomésticos para funcionar. En el caso de Argentina, el voltaje es de 220V y la frecuencia de 50Hz. En otros países estos valores suelen variar, en Estados Unidos por ejemplo la frecuencia es de 60Hz.

Estos equipos están construidos a base de circuitos electrónicos alimentados a tensión continua, y generan una señal de tensión y frecuencia determinada. En la mayoría de los casos, generan 220V y 50Hz, como la tensión que tenemos en nuestra vivienda. Hoy en día, estos equipos son muy avanzados y disponen ya de varias protecciones. Como protección contra sobrecarga o sobredescarga de la batería, protección contra posibles cortocircuitos a la entrada o a la detención ante la ausencia de consumo (es decir, cuando detectan que no hay consumo se quedan en el modo stand by, un consumo mínimo que nos asegura un ahorro energético cuando no hay consumidores que estén activos en la instalación fotovoltaica aislada).

Los inversores, en función de la onda sinusoidal de salida, pueden ser de diferentes tipos.

Onda sinusoidal modificada: Modelo que inversor puede alimentar la mayoría de los aparatos y electrodomésticos. No obstante, esta forma de onda puede presentar algunos problemas de rendimiento con cargas inductivas, como los motores. Pero a pesar de estar limitaciones, son muy utilizados debido a que su precio es reducido.

Onda sinusoidal pura: Es el tipo de inversor más sofisticados y demandados en el mercado actual. Los mismos están diseñados para reproducir la energía suministrada por las compañías eléctricas. La onda sinusoidal es la mejor forma de onda eléctrica para alimentar equipos electrónicos que sean más sofisticados, por ejemplo: impresoras láser, televisores de pantalla de plasma, etc. Además, con este tipo de inversores eliminamos los problemas de rendimiento e incompatibilidad con algunos aparatos electrónicos, por ejemplo: las pequeñas rayas en las pantallas de los televisores es debido a los problemas que producen que la onda eléctrica no sea una onda sinusoidal pura, también el ruido de fondo en los sistemas de audio a causa de la irregularidad de la onda eléctrica que produce el inversor que no es sinusoidal pura.

Una vez vistas las características de un inversor vamos a calcular, utilizando los datos que obtuvimos en los módulos anteriores, la potencia de nuestro inversor.

Como ya hemos explicado en el módulo del cálculo de los consumos de a instalación fotovoltaica, existen de dos tipos: los que funcionan a corriente continua y a corriente continua. Los que funcionan a corriente continua no necesitan que su corriente pase por un inversor, así que estos no se tienen en cuenta. Los consumos de corriente alterna, en cambio, deberán volver a recolectarse su información incluyendo el tipo de electrodoméstico, su cantidad, potencia, horas de funcionamiento y días de uso. Si tener en cuenta el “porcentaje de simultaneidad”, la potencia de los electrodomésticos ya tenemos todo lo necesario para seleccionar nuestro inversor solar.

Si suponemos que todos los aparatos funcionan al mismo tiempo, la suma de todas la potencia de los electrodomésticos nos da la potencia mínima de nuestro inversor (sin margen de seguridad). La potencia máxima de consumidor es la potencia del electrodoméstico con mayor potencia.

Si aplicamos un margen de seguridad a la potencia del inversor solar de un 20%, obtendremos la potencia mínima del inversor. Tener en cuenta la tensión del sistema al elegir el inversor porque influirá en los cálculos.

Nota: Al momento de seleccionar el inversor hay que asegurarse de que aguanta los picos de arranque de motores y bombas. Los motores eléctricos en el momento del arranque demandan gran cantidad de energía (lo que se denomina el pico de arranque). Al seleccionar el inversor solar tenemos que asegurarnos de que aguantará dichos picos de arranque.

En caso de que se esté seguro de que ciertos aparatos no funcionarán al mismo tiempo que otros, debemos introducir entonces el “porcentaje de simultaneidad”. Si todos los equipos funcionarán al mismo tiempo, se sobreentiende un porcentaje de simultaneidad del 100% para cada aparato. Pero como en la mayoría de las instalaciones no se utilizan todos los elementos al mismo tiempo dicho porcentaje será diferente en cada aparato, porque lo que haremos un uso eficiente de la energía.

Nuevamente, si se tiene una bomba en el sistema, lo inteligente sería desconectar todos los dispositivos antes de empezar a trabajar con esta. Si se modifican las simultaneidades, se obtendrá un inversor que podrá funcionar a menor potencia. Por lo tanto, será más pequeño, se ajustará mejor a nuestra instalación y será más barato.

Pero cuidado, no se pueden poner valores a lo loco al elegir un porcentaje de simultaneidad. Como regla general, la potencia del inversor no deber ser nunca menor a la potencia máxima del consumidor (si un consumo es de 1000W, el inversor deber poder soportar si o si 1000W). Si se manipula indebidamente las simultaneidades se podrían obtener una potencia de inversor inferior a la del máximo consumidor. Para evitar ello, mantener casi todos los consumos al 100% exceptuando los especiales (como bombas o motores) rediciéndolos levemente un 30 o 40% cuando funcionen de forma aparte.

Cuando se tenga definida la potencia del inversor, es hora de revisar catálogos de fabricantes para elegir el correcto. Verificar que tengan control de potencia, asistencia de potencia y conmutador de transferencia (A).

Rango de tensión de entrada (VCC)

  • 9,5 – 17V: El rango pensado para sistemas de 12V
  • 19 – 33V: El rango pensado para sistemas de 24V
  • 38 – 66V: El rango pensado para sistemas de 48V

Tensión y frecuencia de salida (V y Hz): Verificar el país donde se compra el inversor ya que los valores cambian según la geografía. En Argentina debe ser de 220V ± 2% y 50Hz ± 0,1%.

Potencia continúa de salida a distintas temperaturas (W): Tenga en cuenta que a mayor temperatura trabaje el inversor menor será su potencia como consecuencia de la pérdida de rendimiento.

Pico de potencia (W): La potencia máxima que puede soportar el inversor sin que se dañe. Este factor debe tenerse en cuenta si hay cargas inductivas en el sistema fotovoltaico (como bombas o motores).

Eficiencia máxima del inversor (%): En inversores de onda sinusoidal pura su valor suele rondar ente el 90 y 95%. La eficiencia en inversores de onda sinusoidal modificada suele ser mucho menor.

Consumo en vacio, en modo ahorro yen modo búsqueda (W): El consumo de energía cuando no se detectan cargas conectadas al inversor.

A medida que se avanza en el desarrollo de estos equipos se les va dotando de más funcionalidades y, en el caso de los inversores de onda sinusoidal pura, también son cargadores. En caso de que le haya tocado varios días sin acceso a la radiación solar y el umbral de descarga de la batería está cerca de alcanzar el límite, los inversores pueden hacer también de cargadores de baterías convirtiendo al corriente alterna suministrada por un grupo electrógeno que funcione con gasolina en corriente continua para ser suministrada al banco de baterías. Los inversores que también sean cargadores vienen con datos específicos ara esa función como:

Entrada de corriente alterna: Especifica El Rango de tensión de entrada (para la mayoría de cargadores es 157V – 265V), a Frecuencia de entrada (para la mayoría de cargadores es 45 – 65Hz) y Factor de potencias (para la mayoría de cargadores es igual a 1).

Tensión de carga: Puede ser de absorción, de flotación o de modo almacenamiento y tendrá un valor específico para los tres tipos de tensiones del sistema (12, 24 y 48V).

Corriente de carga de la batería auxiliar: Esta es la corriente con la que se va a cargar la batería. Este es el único factor que varía con el modelo del inversor-cargador.

Corriente de carga de la batería de arranque y sensor de temperatura de la batería.

Por último, al seleccionar el inversor para nuestra instalación hay que verificar la temperatura máxima que se alcanza en verano porque, como se vio, el rendimiento de este aparato disminuye con la temperatura. Por lo tanto, la potencia de funcionamiento del inversor a la máxima temperatura de verano no debe ser menor que el consumo máximo del inversor.

¿Cómo se clasifican los inversores?

El inversor está clasificado para vatios continuos y vatios de sobretensión

1. Vatios continuos:

Los vatios continuos son la cantidad total de vatios que el inversor puede soportar indefinidamente. Un inversor de 2000 vatios puede alimentar hasta 2000 vatios de forma continua. También se denomina potencia de salida de CA nominal del inversor.

Si desea hacer funcionar varios dispositivos al mismo tiempo, simplemente sume la clasificación de potencia del equipo que está funcionando al mismo tiempo.

Ejemplo: hacer funcionar un ventilador (80 W/200 W), 2 luces LED (6 W), una computadora portátil (65 W) y un enrutador WiFi (6 W) al mismo tiempo Vatios continuos totales = 80+12+65+6= 163 W

2. Vatios de sobretensión (vatios máximos):

Los vatios de sobretensión son la cantidad de energía que el inversor puede soportar durante un tiempo muy corto, generalmente momentáneo. Un inversor de 2000 vatios clasificado en 4000 vatios de sobretensión puede manejar hasta 4000 vatios momentáneamente mientras enciende cosas como motores.

En la imagen de arriba, puede ver que el taladro consume 471,6 W durante un breve período de tiempo.

En nuestro caso, la sobretensión es aplicable para el ventilador de techo durante el arranque, que es de aproximadamente 200W.

Vatio de sobretensión total = 200+12+65+6 = 283W

Seleccione el inversor que debe admitir estos dos valores.

Voltaje y frecuencia del inverso solar

La siguiente clasificación que debe tener en cuenta al dimensionar un inversor es el voltaje de entrada/salida y la frecuencia de salida.

Voltaje de entrada/voltaje del sistema:

Para dimensionar correctamente el sistema solar, sus paneles solares, inversor y banco de baterías deben usar el mismo voltaje. es decir, voltaje del sistema.

En los pasos anteriores, hemos seleccionado una batería de 12 V y un panel solar, por lo que el voltaje de entrada del inversor debe ser de 12 V.

Tensión de salida:

El voltaje de salida común de un tomacorriente de CA es de 120/240 VCA, según la ubicación.

Frecuencia de salida:

Las dos frecuencias de salida comunes del inversor son 50/60 Hz, según la ubicación.

Antes de comprar el inversor, verifique los voltajes/frecuencias de su país que se utilizan para los electrodomésticos.

Eficiencia del inversor solar

La eficiencia de un inversor indica la cantidad de energía de CC que se convierte en energía de CA. Parte de la energía se puede perder en forma de calor, y también se consume parte de la energía de reserva para mantener el inversor en modo encendido.

La fórmula general de eficiencia es ηinv= Pac / Pdc

Aquí Pac es la potencia de salida de CA en vatios y Pdc es la entrada de potencia de CC en vatios.

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