Menu

Panells d'energia
solar fotovoltaica

Què és un inversor de corrent?

Un inversor de corrent és un aparell electrònic. La funció de l'inversor és canviar un voltatge d'entrada de corrent continu a un voltatge simètric de sortida de corrent altern, amb la magnitud i freqüència desitjada per l'usuari.

Què és un inversor de corrent?

Els inversors de corrent també reben el nom de convertidors de corrent i onduladors de corrent .

En els inicis de l'energia solar fotovoltaica, les instal·lacions d'electrificació feien servir l'electricitat per al consum a la mateixa voltatge i amb la mateixa forma que la rebien dels panells solars fotovoltaics i els acumuladors, és a dir, a 12, 24, 48 volts en corrent continu. Això va marcar una gran diferència amb els usuaris que disposaven de xarxa de distribució elèctrica o de grups electrògens a 220 volts de corrent altern.

Per què són necessaris els inversors de corrent?

El mercat dels electrodomèstics s'ha adaptat a la majoria dels usuaris i podem trobar qualsevol aparell a 220 volts de corrent altern . Per tant, aconseguir electrodomèstics fiables, de qualitat ia un preu raonable que funcionin a baix voltatge i en corrent continu és més difícil.

Per tant, calen equips que transformen les corrents continus amb valors baixos de tensió en corrents alterns de valors de tensió 220 volts. Aquests són els inversors (també coneguts com onduladors o convertidors).

Els convertidors corrent continu / corrent altern (inversors, onduladors) permeten convertir els 12, 24, 48 volts de corrent continu que produeixen els panells solars i emmagatzemats a la bateria, en corrent altern de 125 o 220 V (actualment, 230 V), com el que es fa servir normalment en llocs on hi ha la xarxa elèctrica convencional.

Com funciona un inversor de corrent?

Un inversor simple consta d'un oscil·lador que controla un transistor, el qual s'utilitza per a interrompre el corrent entrant i generar una ona rectangular .

Aquesta ona rectangular alimenta un transformador que suavitza la seva forma , fent-la semblar una mica més una ona sinusoïdal i produint el voltatge de sortida necessari. La forma d'ona de sortida del oltatge d'un inversor ideal hauria de ser sinusoïdal . Una bona tècnica per aconseguir això és utilitzar la tècnica de PWM aconseguint que la component principal sinusoïdal sigui molt més gran que les harmòniques superiors.

La forma d'ona quadrada generada per aquests dispositius té el problema de ser rica en harmònics superiors, mentre que l'ona sinusoïdal de la xarxa elèctrica està desproveïda d'ella. Això implica una menor eficiència de l'equip motoritzat, major soroll, tant acústic com elèctric, i greus problemes de compatibilitat electromagnètica.

Tipus d'inversors

Es poden classificar en general en dos tipus:

  • inversors monofàsics
  • inversors trifàsics.

Com són els convertidors moderns?

Els inversors més moderns han començat a utilitzar formes més avançades de transistors o dispositius similars, com els tiristors, els triacs o els IGBT.

Els inversors més eficients utilitzen diversos artificis electrònics per tractar d'arribar a una ona que simuli raonablement a una ona sinusoïdal a l'entrada del ransformador, en comptes de dependre per suavitzar l'ona. 

Un circuit electrònic produeix un voltatge de pas per mitjà de la modulació d'ample de pols (PAM) tan a prop com sigui possible d'una ona sinusoïdal. El senyal, anomenada ona sinusoïdal modificada, s'anivella mitjançant condensadors i inductors 

Es poden utilitzar condensadors i inductors per suavitzar el flux de corrent des de i cap al transformador. Aquests elements es col·loquen a l'entrada ia la sortida del ransformador per suprimir els harmònics.

A més, és possible produir una anomenada "ona sinusoïdal modificada", la qual es genera a partir de tres punts: un de positiu, un de negatiu i un de terra. Un circuit lògic s'encarrega d'activar els transistors de manera que s'alternin adequadament.

Els inversors d'ona sinusoïdal modificada poden causar que certes càrregues operin de manera menys eficient. Per exemple, els motors elèctrics.

Com són els onduladors més avançats?

Els inversors més avançats utilitzen la modulació per ample de polsos amb una freqüència portadora molt més alta per aproximar-se més a l'ona sinusoïdal o modulacions per vectors d'espai millorant la distorsió harmònica de sortida. També es pot distorsionar prèviament l'ona per millorar el factor de potència.

El sistema pot retroalimentar per a proporcionar una tensió de sortida estable a mesura que canvia el voltatge d'entrada. Per a ambdós tipus de modulació, la qualitat del senyal està determinada per la quantitat de bits utilitzats. S'estén des d'un mínim de 3 bits fins a un màxim de 12 bits, capaç de descriure la sinusoide molt bé.

motors elèctrics

En motors elèctrics asíncrons, i encara més en motors elèctrics síncrons, la velocitat de rotació està directament relacionada amb la freqüència de la tensió d'alimentació.

On sigui necessari en la indústria per variar la velocitat d'un motor, s'utilitzen inversors de corrent altern i de corrent altern (AC-AC). En aquests sistemes, el voltatge d'entrada es converteix primer en corrent continu per un rectificador i anivellada per condensadors, després aplicada a la secció d'inversió. De fet, aquest és, per tant, un sistema de "inversor-rectificador" fins i tot si només es coneixen com a "inversors" (és a dir, només "inversors").

El propòsit d'aquesta doble operació és únicament canviar la freqüència desitjada dins d'un interval predeterminat i la presència d'un transformador no és necessària, ja que no cal variar el valor de la tensió de sortida que roman igual a la tensió d'entrada.

La freqüència de sortida es determina en els casos més simples mitjançant un senyal analògic subministrada a l'inversor, per exemple, mitjançant un potenciòmetre, o mitjançant un senyal digital enviada per un PLC.

Quins són els avantatges i inconvenients dels convertidors de corrent?

Els avantatges de disposar d' energia elèctrica en forma de corrent altern són diversos:

  • És el tipus de corrent que s'utilitza a tot el món i, per tant, dóna un punt de normalitat.
  • Facilita la compra d'electrodomèstics per poder accedir als que són més eficients.
  • Permet mantenir valors estables de voltatge i forma d'ona, tot i la variabilitat de l'estat de càrrega de les bateries.
  • El fet de treballar amb voltatges superiors (220 V és 18 vegades 12V) permet treballar amb corrents elèctrics baixos i, per tant, es poden fer servir conductors més prims, proteccions elèctriques habituals i es minimitzen les pèrdues.

No tot són avantatges, també tenen algun inconvenient:

  • La instal·lació consta d'un element més, el convertidor. Per tant, disminueix la fiabilitat del sistema.
  • El convertidor té unes pèrdues elèctriques compensar generant més electricitat als mòduls (5%).
  • En instal·lacions petites, el convertidor pot representar una part important del ressupost; per exemple, per a una instal·lació d'uns 100 Wp de potència de mòduls, un convertidor de 250 W pot representar un 20% del cost total.

Quines característiques cal tenir en compte en un inversor de corrent?

Principals característiques que defineixen un convertidor

  • Voltaje de entrada (Vcc): este valor debe ser igual al del acumulador (12, 24, 48 V).
  • Voltatge de sortida (Vca): aquest valor ha de ser normalitzat (230 VAC).
  • Estabilitat del oltatge de sortida / entrada: s'admeten variacions de fins al 10% per a convertidors d'ona quadrada i del 5% per a convertidors d'ona sinusoïdal. Són valors que les normes admeten per al voltatge de les xarxes elèctriques convencionals, independentment de la potència demandada per al consum. D'altra banda, en instal·lacions amb acumuladors, la tensió d'entrada no podrà ser superior a 125% ni inferior a l'85% de la tensió nominal d'entrada del onvertidor.
  • Tipus d'ona : actualment, els inversors han de presentar un format tipus de corrent altern normalitzat amb una ona sinusoïdal pura.
  • Capacitat de sobrecàrrega (potències punta) i de protecció tèrmica : molt útil en instal·lacions amb motors, ja que en el moment d'arrencada es pot duplicar la potència necessària per al funcionament nominal, encara que només durant uns segons. Cal tenir en compte que qualsevol motor, a l'hora de posar en marxa, pot consumir un corrent fins a cinc vegades la intensitat nominal i que, per regla general, aproximadament és de tres vegades.
  • La eficiència energètica o rendiment del onvertidor és la relació entre l'energia que facilita el convertidor als consums en corrent altern i l'energia que necessita aquest convertidor d'entrada (de la bateria). Si el convertidor dissenyat per a una potència determinada treballa en una fracció d'aquesta potència, el rendiment baixarà. S'ha d'exigir a un convertidor sinusoïdal un rendiment de l'70% treballant a un 20% de la potència nominal i de l'85% quan treballi a una potència superior a l'40% de la nominal.
  • Arrencada automàtic i estat en espera : permet que les parts de potència de la mateixa convertidor es desconnectin en absència de consums i es tornin a connectar en el moment que detectin una demanda energètica per sobre d'un llindar prèviament fixat.
  • Protecció contra la inversió de polaritat i curtcircuits : opcions bàsiques, donades les possibilitats d'error o de funcionament defectuós dels circuits de consum que són elevades durant la vida del onvertidor.
  • Baixa distorsió harmònica : paràmetre relacionat amb la qualitat de l'ona generada. Els harmònics normalment s'eliminen per mitjà de filtres, encara que això comporti pèrdues. La variació de la freqüència de la tensió de sortida serà inferior a el 3% de la nominal.
  • Possibilitat de ser combinat en paral·lel : permetrà un possible creixement de la instal·lació i de la potència de consum.
  • Bon comportament amb la variació de la temperatura : marge d'operació entre -5ºC i 40ºC.
  • Només cal documentació tècnica . S'exigeix, com a mínim:
    • Tensió de treball d'entrada i de sortida.
    • La tensió nominal.
    • Freqüència nominal i factor de distorsió.
    • Forma de l'ona de sortida.
    • Marge de temperatures de treball admès.
    • Rendiment en funció de la potència demandada.
    • Sobrecàrrega que resisteix.
    • Resistència a curtcircuit.
    • Factor de potència.

Inversors fotovoltaics per a l'entrada a la xarxa

Els inversors fotovoltaics per a l'entrada a la xarxa elèctrica és un tipus particular d'inversor específicament dissenyat per convertir l'energia elèctrica en forma de corrent continu produïda per un mòdul fotovoltaic en corrent altern per a ser alimentada directament a la xarxa elèctrica . La sortida de corrent del panell solar, inicialment és en forma de corrent continu.

Què és el MPPT?

El MPPT és una funció afegida que disposa aquest tipus d'inversors. El MPPT utilitza sistemes especials de control de programari i maquinari que permeten extreure la màxima potència disponible en totes les condicions climàtiques dels panells solars.

Els panells fotovoltaics, de fet, tenen una corba característica voltatge / intensitat tal que existeix un punt de treball òptim, anomenat punt de màxima potència, on és possible extreure la màxima potència disponible.

Aquest punt de característica varia contínuament d'acord amb el nivell de radiació solar que incideix la superfície de les cèl·lules fotovoltaiques. És evident que un inversor capaç de romandre "enganxat" en aquest punt sempre obtindrà la potència màxima disponible en qualsevol condició.

Hi ha diverses tècniques per implementar la funció MPPT, que difereixen en termes de rendiment dinàmic (temps d'establiment) i precisió. Tot i que la precisió de l'MPPT és extremadament important, el temps d'establiment és, en alguns casos, fins i tot més. Mentre que tots els fabricants d'inversors poden arribar a una gran precisió en el MPPT (normalment entre el 99-99.6% del àxim disponible), només uns pocs poden combinar precisió a velocitat.

De fet, en els dies amb nuvolositat variable ocorren canvis grans i sobtats en l'energia solar . És molt comú detectar variacions de 100 watts / m² a 1000-1200 watts / m² en menys de 2 segons. En aquestes condicions, que són molt freqüents, un inversor amb temps d'assentament de menys de 5 segons pot produir fins a 5% -10% més d'energia que un lent.

Alguns inversors fotovoltaics estan equipats amb etapes de potència modulars, i alguns fins i tot estan equipats amb un MPPT per a cada etapa de potència. D'aquesta manera, els fabricants deixen que el sistema d'enginyeria tingui llibertat per configurar el funcionament mestre / esclau independent o MPPT.

L'ús d'MPPT independents proporciona un avantatge objectiva en condicions d'irradiació de panell no uniformes. De fet, no és infreqüent que la superfície dels panells solars estigui exposada a el Sol d'una manera que difereixi en tot el camp. Això es deu al fet que està organitzat en dos nivells diferents de sostre, ja que els mòduls no es distribueixen en cadenes d'igual longitud o causa d'un ombrejat parcial dels mateixos mòduls. En aquest cas, l'ús d'un sol MPPT faria que l'inversor treballés fora del punt de màxima potència i, en conseqüència, la producció d'energia es danyaria.

Interfície de xarxa

Una altra característica important d'un inversor fotovoltaic és la interfície de xarxa. Aquesta funció, generalment integrada en la màquina, ha de complir els requisits establerts per les reglamentacions de les diverses companyies de subministrament d'electricitat.

Quins usos i aplicacions té un inversor de corrent?

Els inversors s'utilitzen en una gran varietat d'aplicacions, des de petites fonts d'alimentació per a ordinadors, fins a aplicacions industrials per controlar alta potència. Els inversors també s'utilitzen per convertir el corrent continu generat pels panells solars fotovoltaics, acumuladors o bateries, etc., en corrent altern i d'aquesta manera poder ser injectats a la xarxa elèctrica o usats en instal·lacions elèctriques aïllades.

A més de les aplicacions en el camp de l'energia solar fotovoltaica, les aplicacions de l'inversor són múltiples:

  • En l'ús de panells solars a la energia solar fotovoltaica, com hem vist, permet transformar el voltatge directe en voltatge altern per ser utilitzat a la llar o per a ingressar a la xarxa de distribució.
  • En fonts d'alimentació ininterrompuda , l'inversor converteix la tensió subministrada per la bateria en corrent altern.
  • A la transmissió d'energia elèctrica, l'inversor converteix l'energia en corrent continu transferida en algunes línies elèctriques per alimentar la xarxa de corrent altern.
  • La realització d'una font d'alimentació commutada, per a la transformació en corrent continu, amb avantatges considerables en termes d'eficiència, mida i pes
  • Al sector aeroespacial, s'utilitzen per proporcionar aviónica d'avió amb un corrent altern altament estable fins i tot si és subministrada per bateries (en el cas d'una falla elèctrica)
  • Variació de velocitat en motors elèctrics .
    Autor:

    Data de publicació: 8 de abril de 2016
    Última revisió: 9 de abril de 2020