Inversores Solares

¿Qué son los inversores solares?

En el fascinante mundo de la energía solar, los inversores solares desempeñan un papel crucial que a menudo pasa desapercibido, pero su importancia es innegable. Estos dispositivos son piezas clave en los sistemas de energía fotovoltaica, convirtiendo la energía generada por los paneles solares en una forma utilizable para alimentar hogares y empresas o para inyectar en la red eléctrica. Pero, ¿qué son exactamente los inversores solares y por qué son tan esenciales en la transición energética?

En términos sencillos, un inversor solar es un dispositivo electrónico que transforma la corriente continua (DC) generada por los paneles solares en corriente alterna (AC), que es la forma de electricidad utilizada comúnmente en nuestros hogares y negocios por distintas razones.

Además de la función de generar una señal limpia que pueda utilizarse en la red, los inversores solares disponen de algoritmos que son capaces de extraer la máxima potencia de los paneles solares. Estos algoritmos son los llamados MPPT (Maximum Power Point Tracking) y mantienen los paneles a una potencia máxima para las condiciones climáticas determinadas en ese momento.

Partes de un inversor solar

Como veremos en un apartado a continuación, los tipos de inversores solares son variados, y con esto varía también en gran medida sus partes. Aquí van las partes que podemos considerar que cualquier inversor solar debe tener:

• Envolvente: en función del tipo de inversor (indoor, outdoor, string, central…) la envolvente será de una forma u otra. Pueden ser de plástico, metálicos, de acero galvanizado y tener una resistencia a la corrosión y estanqueidad de C3 e IP45 o superior, respectivamente.
• Entrada de DC: La entrada de corriente continua es donde conectaremos los cables que provienen de los paneles fotovoltaicos. Tienen un terminal positivo y uno negativo y en función de la potencia tendrá más o menos entradas. Un inversor doméstico tendrá una entrada (terminal positivo y negativo) mientras que un inversor central podría tener 40 entradas.
• Filtro de entrada: Internamente los inversores tienen conectado a la entrada de DC una serie de condensadores que permiten mantener un valor constante, de forma que cuando pase una nube no haya una caída repentina de la tensión.
• Convertidor de DC a AC: Donde realmente el inversor aporta valor, convirtiendo la corriente continua en alterna. Esto lo consigue con electrónica de potencia, más adelante en este post explicaremos por encima cómo lo hace.
• Filtro de salida: Por cómo funciona este convertidor DC/AC es necesario tener un filtro a la salida que “limpie” la señal para poder usarla en nuestros electrodomésticos o inyectarla a red. Normalmente es un filtro LC (una inductancia condensadores).
• Salida de AC: Una vez filtrado la salida ya puede conectarse a la red eléctrica a una determinada frecuencia, a nuestro sistema de protecciones o donde deseemos. En instalaciones domésticas la salida es monofásica (fase+neutro) a 108 ó 230 Vac habitualmente. En instalaciones más grandes la salida es trifásica a una tensión que suele ronda los 600 Vac.
• Dispositivos de protección: Todos los inversores disponen de fusibles a la entrada de DC, seccionadores manuales o automáticos en la parte de AC o de DC, protecciones de sobretensión…Tanto para proteger a los equipos como a las personas.
• Interfaces de Comunicación: Todos los inversores tienen una interfaz de comunicación que permite al usuario introducir o leer ciertos parámetros. Puede ser una pantalla, un puerto USB, Ethernet…

Y estas serían algunas partes opcionales que dependerá del tipo de inversor con el que estemos trabajando:

• Sistema de refrigeración: Los sistemas de mayor potencia requieren sistemas de refrigeración para reducir la temperatura, sobre todo del convertidor DC/AC donde los transistores pueden alcanzar los 120 °C incluso con estos sistemas de refrigeración forzada.
• Alimentaciones auxiliares: Los inversores centrales suelen tener un armario con protecciones y alimentaciones auxiliares. De esta forma se pueden alimentar distintas cargas como trackers, comunicaciones, etc en la misma planta fotovoltaica.
• Transformadores: En los inversores centrales suele a ver un transformador auxiliar de entre 5 y 50 kVA para alimentar sus consumos internos (ventiladores, control…) y las alimentaciones auxiliares que ya hemos hablado. También hay inversores con transformadores de media tensión, que adaptan la tensión de salida del inversor (entorno a 600 Vac) a la tensión del punto de conexión a red o la subestación (entre 10 y 50 kV).
• Analizadores de red: Los analizadores de red es el dispositivo que se utiliza en algunos inversores para obtener un análisis profundo de la potencia generada por el inversor.

¿Cómo funciona un inversor solar?

Los inversores solares funcionan con electrónica de potencia. Esto cosiste en transistores de potencia (normalmente de tipo IGBT) que podemos abrir o cerrar con una señal de control binaria.

Las topologías y las modulaciones, es decir, cómo está configurado el circuito y la forma de controlarlo son muy variadas. Cada una con sus ventajas e inconvenientes.

En el mercado actual se está optando por topologías de 2 ó 3 niveles. En la siguiente imagen puede observarse cómo es la señal de salida de estos convertidores DC/AC en cualquiera de sus fases.

Por la forma de abrir o cerrar los transistores la tensión de salida puede ser el valor de tensión en corriente continua a la entrada (Vdc) en positivo y en negativo, la mitad de esos valores (en inversores trifásicos) y cero. Puede apreciarse que, a más niveles, más se acerca la forma de onda a una señal sinusoidal y más fácil es de filtrar.

Para obtener estas formas de onda se utilizan normalmente sistemas de control vectorial y señales PWM, la cual se puede modular y es la que abre o cierra el transistor. Con esto podemos conseguir extraer una determinada corriente de los paneles solares. Obviamente, como queremos sacar el máximo partido a éstas, se trabaja a corriente de máxima potencia (Impp) mediante algoritmos de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT de sus siglas en inglés Maximum Power Point Tracking).

De las señales de salida de 2, 3 o más niveles necesitamos un filtro con condensadores e inductancia que permitan una salida óptima para conectar a la red eléctrica. Estos filtros suelen ser LCL, que a más grandes mejor señal de salida tendremos. Pero siempre se busca un equilibrio entre la calidad y el coste. El filtro escogido afectará la forma de modular la señal de control.

Espero que se haya entendido el funcionamiento de un inversor solar a grandes rasgos. Esto es un tema denso y extenso que no es mi intención de detallar aquí. Si te pica la curiosidad y quieres un post más técnico al respecto, házmelo saber en los comentarios y lo tendré en cuenta para el futuro.

Tipos de inversores solares

Inversores solares conectados a red

Los inversores conectados a red, también conocidos como inversores grid-tie, son ideales para aquellos que desean aprovechar al máximo la electricidad generada por los paneles solares. Estos inversores sincronizan la producción solar con la red eléctrica, permitiendo la inyección de excedentes de energía de vuelta a la red y, en algunos casos, obteniendo compensación económica por ello.

Al estar conectados a la red, estos inversores pueden ser más asequibles en términos de costos iniciales, ya que no requieren sistemas de almacenamiento de energía adicionales.

Inversores solares aislados

Los inversores aislados, también llamados inversores off-grid, son la elección ideal cuando la conexión a la red eléctrica no es una opción viable. Estos sistemas funcionan de manera autónoma, almacenando la energía generada en baterías para su uso posterior, lo que es perfecto para ubicaciones remotas o en casos de emergencia.

Optar por inversores aislados brinda independencia energética, ya que el sistema no depende de la red eléctrica. Esto garantiza un suministro constante de electricidad incluso en situaciones donde la conexión a la red no es posible. Sin embargo, son opciones con un costo inicial más elevado y que no suelen elegirse en lugares con acceso a red.

En este enlace podéis encontrar inversores solares aislados en Amazon. Podéis ver cómo el precio de éstos es más reducido al no necesitar sincronizarse con la red. Sin embargo, lo que encarece el coste inicial son los sistemas de almacenamiento.

Inversores solares domésticos

Un inversor solar doméstico es aquel que está diseñado para ser instalado en zonas residenciales. La potencia de estos sistemas no suele sobrepasar los 10kW y pueden ser inversores simples, microinversores o inversores híbridos. Los inversores residenciales con mejores ventas son los inversores Huawei.

Inversores solares cargadores o híbridos

Un inversor solar híbrido o inversor cargador es un dispositivo multifuncional diseñado para gestionar la conversión de energía en sistemas de energía solar fotovoltaica, pero con una característica adicional clave: la capacidad de trabajar en conjunto con sistemas de almacenamiento de energía, como baterías.

Estos inversores tienen la versatilidad de integrar la energía solar, la red eléctrica convencional y las baterías, permitiendo una gestión eficiente de la energía en el hogar o en instalaciones comerciales.

Mediante una app móvil podemos elegir si queremos cargar o descargar la batería y hacer una gestión más eficiente del sistema. Incluso tener en cuenta los precios de compra-venta en cada momento del día si estamos en PVPC.

Microinversores solares

A diferencia de los inversores solares convencionales que se instalan centralmente y manejan la salida de varios paneles solares, un microinversor se conecta directamente a un solo panel solar o módulo fotovoltaico o una unión pequeña de varios.

Los microinversores permiten que cada panel solar opere de manera independiente. Esto minimiza las pérdidas de rendimiento causadas por sombras parciales, suciedad o problemas en un solo panel, en comparación con los inversores centrales que afectan a todo el sistema cuando un panel se ve afectado.

Además, suelen incorporar sistemas de monitoreo que permiten a los propietarios supervisar el rendimiento de cada panel de manera individual. Esto facilita la identificación y solución de problemas específicos en tiempo real. Y si un inversor falla, solo pierdes la potencia de ese panel, no de toda la planta.

También tienen la ventaja que son escalables. Si quiero tener más potencia fotovoltaica solo hay que instalar más paneles junto con sus microinversores. En caso de tener un solo inversor, es probable que hubiera que sustituirlo.

Los inconvenientes de estos sistemas es un mayor coste, tanto de inversión en todos los inversores como en instalación. Por no hablar del coste de mantenimiento. Por ello, se utiliza en sistemas muy pequeños, donde las ventajas pueden superar a los inconvenientes que hemos comentado.

Aquí podéis encontrar distintos modelos de microinversores solares disponibles en el mercado. En la siguiente imagen también podéis ver un ejemplo de un microinversor instalado junto a un módulo fotovoltaico. Puede apreciarse que tiene disponibilidad para conectar dos módulos.

Inversores solares de string

Los inversores de string se utilizan en plantas de generación y son el punto medio entre los microinversores y los inversores centrales. Este tipo de inversores recoge la potencia proveniente de una o varias asociaciones de módulos fotovoltaicos.

Se llaman inversores de string porque un string es una unión de módulos fotovoltaicos en serie cuya potencia y tensión de salida es la suma de los valores individuales de cada módulo, mientras que la corriente de ese string es la que tendría un módulo por el mismo.

Estos inversores suelen tener una sola entrada DC y una salida en AC trifásica. La entrada DC viene de unir varios string en paralelo mediante una combiner box. Por lo tanto, en plantas con un inversor central y 40 entradas de DC que vienen de las combiner boxes necesitaríamos 40 inversores de string para sustituir el central.

Las ventajas de los inversores de string es que un fallo en uno de éstos solo te limita la producción en una cantidad limitada de módulos y no la planta completa como pasa con los centrales. Incluso podríamos establecer diferentes consignas de potencia a cada inversor, aunque lo normal es que trabajen al unísono.

Las principales desventajas son el aumento de los costes, tanto en inversión inicial en materiales e instalación como posteriormente en su mantenimiento. Además, a más conexiones se hayan de realizar a lo largo de la planta fotovoltaica más posibilidades de haber errores en la instalación.

Inversores solares centrales

A diferencia de los inversores de string que gestionan grupos más pequeños de paneles, los inversores centrales están diseñados para manejar grandes cantidades de energía producida por múltiples cadenas de paneles solares conectados en serie.

Básicamente son inversores con capacidad de albergar más de 40 entradas de DC provenientes de las combiner boxes. Fácilmente un inversor central podría recoger la potencia de 10000 paneles con una potencia de 5 MWp totales.

Se suelen instalar sobre plataformas metálicas o de hormigón en un punto central o relativamente cercano al punto de conexión a red. Suelen suministrarse con transformadores de media tensión y celdas de protección, ya sea en una misma envolvente o en elementos separados. De esta forma la salida en media tensión ya puede conectarse a una subestación o directamente al punto de conexión de la red disponible.

En la siguiente imagen puede apreciarse un inversor central HEMK de la empresa española Power Electronics junto con un transformador de media tensión.

Las ventajas de este tipo de soluciones es que tienen un precio más reducido tanto de inversión inicial como de instalación y mantenimiento para una determinada potencia comparado con los inversores de string.

Además, ante situaciones en los que se requiera una respuesta rápida siempre será más rápido mandar un comando a un solo inversor que dé una respuesta coordinada que coordinar varias decenas de inversores centrales.

La contrapartida es que pueden ser menos eficientes, ya que disponen de un solo algoritmo MPPT para todo el sistema. Por lo tanto, en casos de módulos dañados, con sombras o suciedad, estos módulos podrían afectar a mayor cantidad de módulos que pasaría con unos de string.

También hay que destacar que son menos versátiles y escalables. Esto se debe a que se son más difíciles de adaptar las potencias disponibles en los inversores centrales a las disponibles en el campo fotovoltaico. Este suceso suele llevar a un mayor sobredimensionamiento con respecto a los inversores de string.

Inversores solares indoor o interiores

Los inversores solares indoor se presentan como una solución innovadora para aquellos que desean aprovechar la energía solar en entornos internos, especialmente en áreas donde la luz natural puede ser escasa. Diseñados específicamente para adaptarse a espacios interiores, estos dispositivos ofrecen una alternativa sostenible y eficiente para la generación de energía en hogares, oficinas o instalaciones comerciales que enfrentan limitaciones de exposición solar directa.

En comparación con sus contrapartes diseñadas para exteriores, los inversores solares indoor tienden a ser más económicos, ya que no requieren la misma resistencia a la radiación UV ni grados de protección IP tan elevados. A menudo, se busca mejorar su estética, especialmente cuando se instalan en entornos donde interactúan personas. Sin embargo, también pueden integrarse discretamente en un armario eléctrico dedicado.

A pesar de sus beneficios, la principal desventaja radica en la necesidad de diseñar un espacio específico para su instalación en entornos que carecen de edificaciones o espacio disponible. La instalación cerca de los paneles solares también puede resultar complicada, a menos que se construya una envolvente adecuada. La refrigeración en ambientes interiores es menor en comparación con entornos exteriores, lo que podría generar temperaturas excesivas y afectar a largo plazo la vida útil del equipo.

Es importante tener en cuenta que, aunque la mayoría de los inversores en el mercado están diseñados para instalaciones exteriores, muchos de ellos pueden adaptarse sin problemas para su uso en interiores. La clave radica en evaluar cuidadosamente las condiciones del entorno y los requisitos específicos antes de optar por esta solución.

Inversores solares outdoor o exteriores

Los inversores solares outdoor se posicionan como la opción predominante en el mercado de las energías renovables, ofreciendo una solución robusta y adaptada para entornos exteriores donde la exposición a condiciones climáticas adversas es inevitable. Diseñados para resistir las inclemencias del tiempo, estos dispositivos se destacan por su versatilidad y durabilidad, siendo la elección preferida en numerosas instalaciones solares.

En contraste con los inversores indoor, los outdoor están fabricados para soportar radiación UV intensa, variaciones extremas de temperatura y condiciones atmosféricas adversas. Se comercializan con distintos grados de protección IP (Ingress Protection) y resistencia a la corrosión, siendo comunes clasificaciones como C4 y C5M, que indican su capacidad para resistir la corrosión en ambientes específicos.

Una de las principales ventajas de los inversores outdoor es su adaptabilidad a entornos sin edificaciones específicas, ya que pueden instalarse directamente cerca de los paneles solares. Este tipo de inversores brinda una mayor flexibilidad en términos de ubicación y facilita la integración en sistemas de gran escala, como parques solares o instalaciones industriales.

Sin embargo, es esencial destacar que, a pesar de su resistencia, los inversores outdoor también requieren una cuidadosa selección y mantenimiento. La elección del grado de protección adecuado dependerá del entorno específico en el que operarán. La mayoría de los inversores de calidad están diseñados para soportar condiciones adversas, pero es crucial alinear la clasificación IP con los desafíos ambientales presentes, como humedad, polvo, y la posible exposición a productos químicos corrosivos.

En resumen, los inversores solares outdoor son la elección predilecta en la mayoría de las instalaciones debido a su resistencia y adaptabilidad a entornos exteriores. La diversidad de grados de protección y resistencia a la corrosión disponibles en el mercado permite a los usuarios seleccionar la opción que mejor se ajuste a las condiciones específicas de su ubicación, asegurando así un rendimiento óptimo y duradero de su sistema solar.

¿Cómo elegir un inversor solar?

Elegir el inversor solar adecuado es crucial para el rendimiento y la eficiencia de un sistema de energía solar. Algunos puntos importantes a considera son:

• Cuánto necesitas generar. Si es una instalación de autoconsumo deberás conocer bien tu consumo para encontrar el inversor cuya potencia mejor encaje a tus necesidades. Si es un inversor de generación, tendrás que adaptarte a la energía que quieras conseguir suministrar a la red.
• Qué tipo de sistema necesitas. Ya sea conectado a red (grid-tie) o autónomo (off-grid), esto afectará a tu decisión de compra.
• Tipo de inversor deseado. En base a las ventajas y desventajas que hemos comentado anteriormente habrá que decidir si nos conviene un inversor central, de string o un microinversor.
• Superficie disponible. En base a la superficie disponible podremos dimensionar más o menos nuestra instalación fotovoltaica, lo que afectará al inversor escogido.
• Localización. Igual que la superficie, la ubicación donde nos encontremos afectará a la producción de los módulos y con ésta al inversor a escoger.
• Necesidad o no de almacenamiento. De esto dependerá escoger un inversor híbrido o no.
• Normativa y certificaciones. Para trabajar conectados a red los inversores deben de haber pasado distintas certificaciones en función del país donde se vayan a instalar.
• Calidad del fabricante. Hay mucho fabricante en el mercado, por lo que es interesante escoger bien cuál por su calidad, servicio técnico, etc.
• Garantía. En función del fabricante se ofrecerá un periodo de garantía u otro. Lo habitual es que sea de 5 años hacia arriba.
• Precio. Como no, el precio es un limitante importante a la hora de escoger el inversor. Es importante que cumpla otras características técnicas también pero siempre se tendrá en cuenta la inversión inicial.

Precios de los inversores solares

En el mercado solar español, los precios de los inversores varían según diversos factores. La potencia del inversor, medida en vatios, y su eficiencia energética son determinantes clave. Inversores de menor potencia, como los de 1 kW o 2 kW, son más asequibles, pero es esencial equilibrar la capacidad con las necesidades energéticas.

Funciones adicionales, como la compatibilidad con baterías o la monitorización remota, pueden incrementar el costo, ofreciendo beneficios adicionales. Además, la marca juega un papel crucial: marcas reconocidas suelen tener precios más altos, pero también aportan confiabilidad y calidad. En España, estos factores contribuyen a una amplia gama de precios, desde alrededor de 500 hasta 5.000 euros, proporcionando opciones adaptadas a diversas necesidades y presupuestos.

En el caso de inversores centrales sucede lo mismo, hay mucha variabilidad. Sin embargo, podemos establecer un rango de 2 a 3 centímos por vatio en AC. Esto significa entre 80.000 y 120.000 euros para un inversor central de 4 MW.

Mejores marcas de inversores solares

• SMA: Con más de 30 años en el sector fotovoltaico, esta empresa alemana ha ganado reconocimiento por la alta calidad, eficiencia y fiabilidad de sus inversores. La tecnología avanzada y la durabilidad son sellos distintivos de SMA, lo que la convierte en una opción confiable para sistemas solares.
• SolarEdge: Originaria de Israel, SolarEdge destaca por su innovación y rendimiento en el mercado de inversores solares. Ofrece una amplia gama de productos que incluyen inversores string, microinversores e inversores híbridos. Su enfoque en la optimización del rendimiento de cada panel solar individual ha impulsado su reputación en la industria.
• Fronius: Con más de cuatro décadas de experiencia, Fronius, una empresa austriaca, ha sido un actor clave en la fabricación de inversores solares desde 1975. Sus productos son elogiados por su fiabilidad y durabilidad, lo que los convierte en una opción popular para instalaciones solares a largo plazo.
• ABB: Esta empresa suiza, reconocida a nivel mundial por su excelencia en productos eléctricos, también ofrece una amplia gama de inversores solares. La calidad y el rendimiento son características distintivas de los inversores de ABB, respaldados por su larga trayectoria en el suministro de soluciones energéticas.
• GoodWe: Como representante de la industria china de inversores solares desde 2010, GoodWe ha ganado popularidad gracias a la combinación de un rendimiento sólido y precios asequibles. Su enfoque en la accesibilidad y eficiencia ha hecho que sus productos sean una elección atractiva para diversas aplicaciones solares.
• Huawei: Huawei, una empresa china de renombre mundial, ha incursionado en el mercado de inversores solares con productos que combinan tecnología avanzada y eficiencia. Su enfoque en la innovación y la calidad ha consolidado su posición como una marca confiable en la industria.
• Ingeteam: Con una fuerte presencia en el sector de energías renovables, Ingeteam, una empresa española, ofrece inversores solares reconocidos por su rendimiento y versatilidad. Su compromiso con la investigación y desarrollo ha contribuido a su éxito continuo en el mercado.
• Power Electronics: Esta empresa española se destaca por su experiencia en inversores solares de alta potencia. Su enfoque en la eficiencia y la adaptabilidad a proyectos a gran escala ha ganado reconocimiento en el sector de energía solar.