Que é un inversor solar?

A medida que o mundo avanza na súa procura de solucións enerxéticas sostibles e limpas, a enerxía solar emerxeu como unha das principais impulsoras na carreira cara a un futuro máis verde. Aproveitando a abundante e renovable enerxía do sol, os sistemas solares fotovoltaicos (FV) gañaron unha ampla popularidade, abrindo o camiño para unha notable transformación na forma en que xeramos electricidade. No corazón de cada sistema solar fotovoltaico atópase un compoñente crucial que permite a conversión da luz solar en enerxía utilizable: oinversor solarActuando como ponte entre os paneis solares e a rede eléctrica, os inversores solares desempeñan un papel vital no uso eficiente da enerxía solar. Comprender o seu principio de funcionamento e explorar os seus distintos tipos é fundamental para comprender a fascinante mecánica que subxace á conversión da enerxía solar. HComo fai A?SolarIinversorWorco? Un inversor solar é un dispositivo electrónico que converte a electricidade de corrente continua (CC) producida polos paneis solares en electricidade de corrente alterna (CA) que se pode usar para alimentar electrodomésticos e introducir na rede eléctrica. O principio de funcionamento dun inversor solar pódese dividir en tres etapas principais: conversión, control e saída. Conversión: O inversor solar recibe primeiro a electricidade CC xerada polos paneis solares. Esta electricidade CC adoita presentarse en forma de tensión fluctuante que varía coa intensidade da luz solar. A tarefa principal do inversor é converter esta tensión CC variable nunha tensión CA estable axeitada para o consumo. O proceso de conversión implica dous compoñentes clave: un conxunto de interruptores electrónicos de potencia (xeralmente transistores bipolares de porta illada ou IGBT) e un transformador de alta frecuencia. Os interruptores son responsables de conectar e desconectar rapidamente a tensión continua, creando un sinal de pulso de alta frecuencia. O transformador entón aumenta a tensión ata o nivel de tensión alterna desexado. Control: A etapa de control dun inversor solar garante que o proceso de conversión funcione de forma eficiente e segura. Implica o uso de algoritmos de control e sensores sofisticados para monitorizar e regular varios parámetros. Algunhas funcións de control importantes inclúen: a. Seguimento do punto de máxima potencia (MPPT): os paneis solares teñen un punto de funcionamento óptimo chamado punto de máxima potencia (MPP), onde producen a potencia máxima para unha intensidade solar determinada. O algoritmo MPPT axusta continuamente o punto de funcionamento dos paneis solares para maximizar a potencia de saída mediante o seguimento do MPP. b. Regulación de tensión e frecuencia: o sistema de control do inversor mantén unha tensión e frecuencia de saída de CA estables, normalmente seguindo os estándares da rede eléctrica. Isto garante a compatibilidade con outros dispositivos eléctricos e permite unha integración perfecta coa rede. c. Sincronización da rede: Os inversores solares conectados á rede sincronizan a fase e a frecuencia da saída de CA coa rede eléctrica. Esta sincronización permite que o inversor devolva o exceso de enerxía á rede ou extraia enerxía da rede cando a produción solar é insuficiente. Saída: Na fase final, o inversor solar subministra a electricidade de CA convertida ás cargas eléctricas ou á rede. A saída pódese utilizar de dúas maneiras: a. Sistemas conectados á rede ou conectados á rede: nos sistemas conectados á rede, o inversor solar introduce a electricidade de CA directamente na rede eléctrica. Isto reduce a dependencia das centrais eléctricas baseadas en combustibles fósiles e permite a medición neta, onde o exceso de electricidade xerado durante o día pode acreditarse e utilizarse durante os períodos de baixa produción solar. b. Sistemas illados: Nos sistemas illados, o inversor solar carga un banco de baterías ademais de subministrar enerxía ás cargas eléctricas. As baterías almacenan o exceso de enerxía solar, que se pode utilizar durante os períodos de baixa produción solar ou pola noite cando os paneis solares non xeran electricidade. Características dos inversores solares: Eficiencia: Os inversores solares están deseñados para funcionar con alta eficiencia para maximizar o rendemento enerxético do sistema solar fotovoltaico. Unha maior eficiencia resulta nunha menor perda de enerxía durante o proceso de conversión, o que garante que se utilice de forma eficaz unha maior proporción da enerxía solar. Potencia de saída: Os inversores solares están dispoñibles en varias potencias, que van desde pequenos sistemas residenciais ata instalacións comerciais a grande escala. A potencia de saída dun inversor debe coincidir coa capacidade dos paneis solares para lograr un rendemento óptimo. Durabilidade e fiabilidade: Os inversores solares están expostos a diferentes condicións ambientais, como flutuacións de temperatura, humidade e posibles sobretensións. Polo tanto, os inversores deben construírse con materiais robustos e deseñados para soportar estas condicións, garantindo a fiabilidade a longo prazo. Monitorización e comunicación: Moitos inversores solares modernos veñen equipados con sistemas de monitorización que permiten aos usuarios rastrexar o rendemento do seu sistema solar fotovoltaico. Algúns inversores tamén poden comunicarse con dispositivos externos e plataformas de software, proporcionando datos en tempo real e permitindo a monitorización e o control remotos. Características de seguridade: Os inversores solares incorporan varias características de seguridade para protexer tanto o sistema como as persoas que traballan con el. Estas características inclúen protección contra sobretensións, protección contra sobrecorrentes, detección de fallas a terra e protección anti-illa, que impide que o inversor inxecte enerxía á rede durante os cortes de subministración eléctrica. Clasificación de inversores solares por potencia nominal Os inversores fotovoltaicos, tamén coñecidos como inversores solares, pódense clasificar en diferentes tipos segundo o seu deseño, funcionalidade e aplicación. Comprender estas clasificacións pode axudar a seleccionar o inversor máis axeitado para un sistema solar fotovoltaico específico. Os seguintes son os principais tipos de inversores fotovoltaicos clasificados por nivel de potencia: Inversor segundo o nivel de potencia: divídese principalmente en inversor distribuído (inversor de cadea e microinversor), inversor centralizado Inversión de cadeasers: Os inversores de cadea son o tipo de inversores fotovoltaicos máis empregado en instalacións solares residenciais e comerciais, e están deseñados para xestionar varios paneis solares conectados en serie, formando unha "cadea". A cadea fotovoltaica (1-5 kW) converteuse no inversor máis popular no mercado internacional hoxe en día grazas a un inversor con seguimento de picos de potencia máxima no lado de CC e conexión á rede en paralelo no lado de CA. A electricidade de CC xerada polos paneis solares inxectase no inversor de cadea, que a converte en electricidade de CA para o seu uso inmediato ou para a súa exportación á rede. Os inversores de cadea son coñecidos pola súa simplicidade, rendibilidade e facilidade de instalación. Non obstante, o rendemento de toda a cadea depende do panel de menor rendemento, o que pode afectar á eficiencia xeral do sistema. Microinversores: Os microinversores son pequenos inversores que se instalan en cada panel solar individual dun sistema fotovoltaico. A diferenza dos inversores de cadea, os microinversores converten a electricidade CC en CA directamente no nivel do panel. Este deseño permite que cada panel funcione de forma independente, optimizando a produción de enerxía global do sistema. Os microinversores ofrecen varias vantaxes, incluíndo o seguimento do punto de máxima potencia (MPPT) a nivel de panel, un mellor rendemento do sistema en paneis sombreados ou non coincidentes, unha maior seguridade debido a voltaxes CC máis baixas e unha monitorización detallada do rendemento de cada panel. Non obstante, o maior custo inicial e a posible complexidade da instalación son factores a ter en conta. Inversores centralizados: Os inversores centralizados, tamén coñecidos como inversores de gran escala ou de servizos públicos (>10 kW), úsanse habitualmente en instalacións solares fotovoltaicas a grande escala, como parques solares ou proxectos solares comerciais. Estes inversores están deseñados para xestionar entradas de alta potencia de CC de varias cadeas ou matrices de paneis solares e convertelas en enerxía de CA para a conexión á rede. A maior característica é a alta potencia e o baixo custo do sistema, pero dado que a tensión e a corrente de saída das diferentes cadeas fotovoltaicas a miúdo non coinciden exactamente (especialmente cando as cadeas fotovoltaicas están parcialmente sombreadas debido á nubosidade, á sombra, ás manchas, etc.), o uso dun inversor centralizado levará a unha menor eficiencia do proceso de inversión e a unha menor enerxía eléctrica doméstica. Os inversores centralizados adoitan ter unha maior capacidade de potencia en comparación con outros tipos, que vai dende varios quilovatios ata varios megavatios. Instálanse nunha localización central ou estación inversora, e conéctanse a eles varias cadeas ou matrices de paneis solares en paralelo. Que fai un inversor solar? Os inversores fotovoltaicos cumpren múltiples funcións, incluíndo a conversión de CA, a optimización do rendemento das células solares e a protección do sistema. Estas funcións abarcan o funcionamento e o apagado automáticos, o control do seguimento de potencia máxima, a protección contra a formación de illas (para sistemas conectados á rede), o axuste automático da tensión (para sistemas conectados á rede), a detección de CC (para sistemas conectados á rede) e a detección de CC á terra (para sistemas conectados á rede). Exploremos brevemente a función de funcionamento e apagado automáticos e a función de control do seguimento de potencia máxima. 1) Funcionamento automático e función de apagado Despois do amencer, a intensidade da radiación solar aumenta gradualmente e a saída das células solares aumenta en consecuencia. Cando se alcanza a potencia de saída requirida polo inversor, o inversor comeza a funcionar automaticamente. Despois de entrar en funcionamento, o inversor monitorizará a saída dos compoñentes da célula solar todo o tempo, sempre que a potencia de saída dos compoñentes da célula solar sexa maior que a potencia de saída requirida polo inversor, o inversor seguirá funcionando; ata que pare o solpor, mesmo se chove. O inversor tamén funciona. Cando a saída do módulo de célula solar diminúe e a saída do inversor está preto de 0, o inversor entrará nun estado de espera. 2) Función de control de seguimento de potencia máxima A saída do módulo de célula solar varía coa intensidade da radiación solar e a temperatura do propio módulo de célula solar (temperatura do chip). Ademais, debido a que o módulo de célula solar ten a característica de que a tensión diminúe co aumento da corrente, existe un punto de funcionamento óptimo que pode obter a máxima potencia. A intensidade da radiación solar está cambiando, obviamente o mellor punto de funcionamento tamén está cambiando. En relación con estes cambios, o punto de funcionamento do módulo de célula solar está sempre no punto de máxima potencia e o sistema sempre obtén a máxima potencia de saída do módulo de célula solar. Este tipo de control é o control de seguimento de potencia máxima. A maior característica do inversor utilizado no sistema de xeración de enerxía solar é a función de seguimento do punto de máxima potencia (MPPT). Os principais indicadores técnicos do inversor fotovoltaico 1. Estabilidade da tensión de saída No sistema fotovoltaico, a enerxía eléctrica xerada pola célula solar almacénase primeiro na batería e logo convértese en corrente alterna de 220 V ou 380 V a través do inversor. Non obstante, a batería vese afectada pola súa propia carga e descarga, e a súa tensión de saída varía nun amplo rango. Por exemplo, unha batería nominal de 12 V ten un valor de tensión que pode variar entre 10,8 e 14,4 V (máis alá deste rango pode causar danos á batería). Para un inversor cualificado, cando a tensión do terminal de entrada cambia dentro deste rango, a variación da súa tensión de saída en estado estacionario non debe superar o ±10 % do valor nominal. Ao mesmo tempo, cando a carga cambia repentinamente, a desviación da súa tensión de saída non debe superar o ±10 % do valor nominal. 2. Distorsión da forma de onda da tensión de saída Para os inversores de onda sinusoidal, débese especificar a distorsión da forma de onda (ou contido harmónico) máxima permitida. Normalmente exprésase pola distorsión total da forma de onda da tensión de saída e o seu valor non debe superar o 5 % (o 10 % permítese para a saída monofásica). Dado que a corrente harmónica de saída do inversor xerará perdas adicionais, como correntes parasitas, na carga indutiva, se a distorsión da forma de onda do inversor é demasiado grande, provocará un quecemento importante dos compoñentes da carga, o que non favorece a seguridade dos equipos eléctricos e afecta gravemente a eficiencia operativa do sistema. 3. Frecuencia de saída nominal Para cargas que inclúen motores, como lavadoras, frigoríficos, etc., dado que o punto de funcionamento de frecuencia óptimo dos motores é de 50 Hz, unhas frecuencias demasiado altas ou demasiado baixas farán que o equipo se quente, o que reducirá a eficiencia operativa e a vida útil do sistema, polo que a frecuencia de saída do inversor debe ser un valor relativamente estable, normalmente unha frecuencia de potencia de 50 Hz, e a súa desviación debe estar dentro do Plusmn;1 % en condicións de traballo normais. 4. Factor de potencia da carga Caracterizar a capacidade do inversor con carga indutiva ou carga capacitiva. O factor de potencia de carga do inversor de onda sinusoidal é de 0,7 a 0,9 e o valor nominal é de 0,9. No caso dunha determinada potencia de carga, se o factor de potencia do inversor é baixo, a capacidade do inversor requirido aumentará. Por unha banda, o custo aumentará e, ao mesmo tempo, a potencia aparente do circuíto de CA do sistema fotovoltaico aumentará. A medida que a corrente aumenta, a perda aumentará inevitablemente e a eficiencia do sistema tamén diminuirá. 5. Eficiencia do inversor A eficiencia do inversor refírese á relación entre a súa potencia de saída e a potencia de entrada en condicións de traballo específicas, expresada como porcentaxe. En xeral, a eficiencia nominal dun inversor fotovoltaico refírese a unha carga de resistencia pura. Baixo a condición de carga do 80 %, a eficiencia é... Dado que o custo total do sistema fotovoltaico é alto, a eficiencia do inversor fotovoltaico debe maximizarse para reducir o custo do sistema e mellorar o rendemento do sistema fotovoltaico. Na actualidade, a eficiencia nominal dos inversores convencionais está entre o 80 % e o 95 %, e a eficiencia dos inversores de baixa potencia debe ser non inferior ao 85 %. No proceso de deseño real dun sistema fotovoltaico, non só se debe seleccionar un inversor de alta eficiencia, senón que tamén se debe usar unha configuración razoable do sistema para facer que a carga do sistema fotovoltaico funcione preto do mellor punto de eficiencia tanto como sexa posible. 6. Corrente de saída nominal (ou capacidade de saída nominal) Indica a corrente de saída nominal do inversor dentro do rango de factor de potencia de carga especificado. Algúns produtos inversores indican a capacidade de saída nominal e a súa unidade exprésase en VA ou kVA. A capacidade nominal do inversor é o produto da tensión de saída nominal e a corrente de saída nominal cando o factor de potencia de saída é 1 (é dicir, carga puramente resistiva). 7. Medidas de protección Un inversor con excelente rendemento tamén debería ter funcións ou medidas de protección completas para xestionar diversas situacións anormais que se producen durante o uso real, para protexer o propio inversor e outros compoñentes do sistema de danos. 1) Introduza a conta do seguro de subtensión: Cando a tensión do terminal de entrada é inferior ao 85 % da tensión nominal, o inversor debe ter protección e pantalla. 2) Protector de sobretensión de entrada: Cando a tensión do terminal de entrada sexa superior ao 130 % da tensión nominal, o inversor debe ter protección e visualización. 3) Protección contra sobrecorrentes: A protección contra sobrecorrentes do inversor debería poder garantir unha acción oportuna cando a carga estea en curtocircuíto ou a corrente supere o valor admisible, para evitar que sexa danada pola corrente de sobrecorrente. Cando a corrente de traballo supere o 150 % do valor nominal, o inversor debería poder protexer automaticamente. 4) protección contra curtocircuítos na saída O tempo de acción da protección contra curtocircuítos do inversor non debe superar os 0,5 s. 5) Protección contra polaridade inversa de entrada: Cando os polos positivo e negativo do terminal de entrada estean invertidos, o inversor debería ter función de protección e visualización. 6) Protección contra raios: O inversor debe ter protección contra raios. 7) Protección contra sobretemperatura, etc. Ademais, para os inversores sen medidas de estabilización da tensión, o inversor tamén debería ter medidas de protección contra sobretensións de saída para protexer a carga de danos por sobretensións. 8. Características iniciais Para caracterizar a capacidade do inversor para arrancar con carga e o rendemento durante o funcionamento dinámico. O inversor debe garantir un arranque fiable baixo carga nominal. 9. Ruído Os compoñentes como os transformadores, os indutores de filtro, os interruptores electromagnéticos e os ventiladores dos equipos electrónicos de potencia xerarán ruído. Cando o inversor funciona normalmente, o seu ruído non debe superar os 80 dB e o ruído dun inversor pequeno non debe superar os 65 dB. Habilidades de selección de inversores solares