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ENERGÍA SOLAR FV | INVERSORES JUAN JOSÉ FERRANDIS PRODUCT MANAGER, DANFOSS SOLAR INVERTERS La elección de un inversor Cuando un propietario, instalador, ingeniería o promotor afronta la elección de un inversor debe ser consciente de que su decisión será determinante para realizar el diseño inicial y la instalación de un modo eficaz y establecerá, en gran medida, el correcto funcionamiento de la planta durante su ciclo de vida. El análisis previo del inversor es, por lo tanto, esencial. D esde siempre, el inversor ha sido considerado como el núcleo operativo de la instalación fotovoltaica y el elemento fundamental para alcanzar la transformación CC/AC. Recientemente, y es la tendencia clara del futuro, nuevas normativas y requisitos técnicos han convertido a los inversores en elementos avanzados e inteligentes para gestionar la planta adecuadamente, siendo determinantes para obtener la máxima producción. Atrás quedó la época en la que la disponibilidad era el factor principal para seleccionar un inversor. En la actualidad, con la variada oferta del mercado y la gran competitividad, la elección de un inversor debe determinarse bajo una serie de consideraciones. Desde Danfoss Solar Inverters se han agrupado estas consideraciones en cuatro tipologías: sEnergySmart: producción del inversor sDesignSmart: facilidad de diseño e instalación sTrackSmart: conversión y seguimiento del MPPT sControlSmart: monitorización, configuración y uso EnergySmart INVERSOR CON TRANSFORMADOR O SIN TRANSFORMADOR (TRANSFORMER-LESS). En los últimos años los fabricantes han venido desarrollando inversores sin transformador, por tanto sin aislamiento galvánico físico. La razón de esta tendencia es aumentar el rendimiento del inversor y por tanto la producción de la instalación. Es bien sabido que los trafos físicos tienen unas pérdidas asociadas. Si el inversor no tiene transformador (transformer-less) es importante conocer 38 como monitoriza y filtra la corriente CC residual para evitar inyectar continua en la red. Por supuesto se ha de disponer de los ensayos y permisos de las compañías eléctricas para conectarlos a la red de distribución pública. LIMITAR LAS PÉRDIDAS EN CABLES Y OPERAR A LA MÁXIMA EFICIENCIA. La tipología del inversor y su disposición en la planta van a determinar en gran medida las pérdidas en el cableado y por lo tanto su sección. La ubicación del inversor y el número de entradas en CC estipulan el número de cables y sus secciones, la instalación o no de cajas de unificación y el número de fusibles en éstas. Un elevado voltaje significa que la energía puede ser transportada con menores pérdidas en el lado CC, incluso en distancias más largas. Esto es debido al hecho de que lo altos voltajes reducen la corriente y las perdidas por resistencia en el cable. La tensión elevada también beneficia la posibilidad de conectar más módulos en serie. Teniendo en cuenta que la tensión de un módulo policristalino estándar a -10ºC es 41,5 V, para calcular los módulos en serie debemos dividir el voltaje máximo (Voc) por este valor. Si el inversor tiene 1000 Voc tendríamos 1000/41.5 = 24.09 módulos (aproximando 24). Si el inversor tiene 900 Voc, 900/41,5 =21,68 módulos (aproximando 21). Un inversor con 1000 Voc puede reducir el número de strings hasta un 40%, con ello los costes de instalación y cableado. POTENCIA DE ARRANQUE Y PARADA. La potencia de arranque es un valor significativo que se debe conocer cuando evaluamos un inversor. El usuario debería realizar un sencillo ratio para comprender la capacidad de este factor en un inversor. Si se divide la potencia de arranque entre la potencia nominal del inversor se obtendrá un porcentaje, que aporta una clara visión de la calidad del inversor en este parámetro. En el mercado existen ratios desde 0.1 hasta incluso mayor del 1%, por lo que es muy significativo y un valor a considerar, ya el menor ratio nos va a aportar el poder inyectar más kWh cada día. TIPO DE REFRIGERACIÓN PARA MINIMIZAR PÉRDIDAS. Los componentes electrónicos se calientan y deben ser enfriados para que el equipo alcance la temperatura de trabajo óptima. Una correcta e inteligente refrigeración del inversor va a aportar principalmente dos ventajas: aumento de la vida útil del inversor / aumento de la producción del inversor. Es fundamental conocer el sistema de refrigeración del inversor, la disposición interna de componentes y ventiladores para poder asegurar un buen funcionamiento. La imagen termográfica de un inversor cuando trabaja a su máxima potencia nos dará indicios sobre su certidumbre respecto a temperaturas de trabajo internas y externas. RENDIMIENTO DEL INVERSOR. Cuando apuntamos los valores de rendimiento de un inversor, debemos considerar no solo el rendimiento en su punto de trabajo máximo (d máx), también en todo el rango de tensión de trabajo (d Europeo máx). El rendimiento europeo es una ponderación de valores en todo el rango con el 50% como valor más importante, por lo que hay que visualizar la variación de tensión en todo el rango del inversor. La gráfica de rendimiento debe ser lo más horizontal posible para asegurar energética XXI · Nº 114 · OCTUBRE11 ENERGÍA SOLAR FV | INVERSORES el máximo rendimiento en todo el rango de trabajo. DesignSmart FLEXIBILIDAD DE CONFIGURACIÓN. La flexibilidad en el diseño puede tener un impacto directo sobre el total de energía producida y el total de energía perdida durante el ciclo de vida del sistema fotovoltaico. Asimismo, la libertad en el diseño permite utilizar el área disponible al máximo. La flexibilidad de un inversor se consigue cuando un inversor es compatible con todo tipo de módulos fotovoltaicos (incluidos los de capa fina), tiene versatilidad de configuraciones, posibilidad de trabajo en modo simétrico (cuando todas las cadenas FV son iguales en tipo de módulo, potencia, inclinación y orientación) y posibilidad de trabajo en modo asimétrico (cuando las cadenas FV son diferentes en tipo de módulo, potencia, inclinación y/o orientación). Además, debemos exigir a nuestro inversor que sea capaz de realizar una configuración con el número exacto de módulos (potencia pico) que deseemos. Es elemental que el proyectista establezca las directrices del diseño y que estas no vengan expuestas por lo criterios rígidos del inversor. En la actualidad, varios fabricantes de inversores ofrecen software de dimensionamiento muy avanzados capaces de esbozar el proyecto inicial a detalle. La flexibilidad de un inversor es por tanto una ventaja muy competitiva en la actualidad. ESTANDARIZAR Y ELIMINAR ELEMENTOS DEL LADO CC. Cuando afrontamos el diseño de una planta fotovoltaica el objetivo es plantear una configuración y distribución lógica y sencilla. De tal modo, se logra una instalación ágil y un mantenimiento accesible. Estandarizando el cableado y los elementos de la planta se reduce el coste por economía de escala. Se pueden eliminar elementos en el lado de CC colocando cadenas fotovoltaicas independientes, consiguiendo esto mediante entradas de CC también independientes. Asimismo las protecciones por fusibles para evitar corrientes inducidas no son necesarias. Si un inversor de 100 kW tiene solo una entrada, deberemos unificar escalonadamente todo el cableado hasta alcanzar la entrada del inversor. Se necesitaría 3 niveles de cableado: 1º) el de los módulos hasta las cajas de unificación de 8 entradas con cable de 4 o 6 mm2, 2º) el de las cajas de unificación de 8 entradas hasta la caja de unificación final con cable de 16 ó 25 mm2 y 3º) desde la caja de unificación final hasta la entrada del inversor con cable de 150 ó 240 mm2. Si por el contrario un inversor de 100 kW tuviera 24 MPPT (o varios inversores multi-string) el cableado se realizaría directamente desde los módulos hasta las entradas con sección de 4 mm2 y sin ninguna caja de unificación y fusibles asociados. INTERNACIONALIDAD DEL INVERSOR. El mercado tiende a globalizarse por lo que es importante contar con un modelo homologado y disponible para muchos países. Es importante que el inversor sea idéntico independientemente de su destino, el unificar un inversor es una ventaja competitiva desde el punto de vista técnico y logístico. PESO INVERSOR = CALIDAD DISEÑO Y ELECTRÓNICA / FAPara conocer si el inversor está utilizando la última tecnología y los elementos electrónicos más avanzados se puede realizar otro sencillo ratio. Se divide el peso del inversor por la potencia del mismo, obteniendo un valor CILIDAD DE TRANSPORTE Y MONTAJE. energética XXI · Nº 114 · OCTUBRE11 39 ENERGÍA SOLAR FV | INVERSORES frecuencia no es más que el valor que asegura una estabilidad entre consumo y generación. Los inversores deberán, en un futuro inmediato, adaptarse a posibles variaciones de consumo en la red. con las unidades kg/kW. Cuanto menor sea el ratio, la calidad de los elementos del inversor y su diseño será mayor. El peso ligero, sobretodo en inversores de baja y media potencia, es determinante para una adecuada instalación y manejo en campo. PROTECCIÓN IP: MITOS Y REALIDADES. Aunque, por ejemplo, el grado de protección IP54 es perfectamente adecuado para exteriores, IP65 se ha establecido como una equívoca costumbre del mercado y muchos usuarios solicitan este IP simplemente por el hecho de ser lo más elevado, aunque hay otras implicaciones a considerar. En ocasiones se publicita el inversor como IP65, es conveniente conocer el inversor y leer la letra pequeña del manual de referencia u hoja de características, ya que se detalla a menudo que este grado de protección varía según la zona del equipo. El IP debe ser siempre el más restrictivo. Un buen sistema de refrigeración, con electrónica separada de ventilación, va a reducir el nivel de condensación interno. Algunos inversores incorporan una placa para reducir más todavía la posible condensación, se trata de un elemento que absorbe la condensación en la zona de la electrónica y la evacua por la parte inferior. TrackSmart SEGUIMIENTO DEL PUNTO DE MÁXIMA POTENCIA. La rapidez del cambio del nivel de irradiación es un factor que infl uye en la obtención del óptimo MPPT. ¿Cada cuánto se actualiza el MPPT por segundo en un inversor? Existen inversores en el mercado que lo realizan 16 veces por segundo. Esto indica que en todo momento el seguimiento del punto de máxima potencia se encuentra en el punto recomendable, alcanzándose rendimientos del MPPT de hasta el 99,8% incluso en condiciones dinámicas. Además, hay que averiguar si el algoritmo del inversor que busca ese MPP realiza un barrido a toda la curva característica I-V o por el contrario puede quedar “atrapado” en zonas donde el MPP no sea el máximo. En la imagen se puede observar una curva con varios MPP posibles, donde se comprueba que se pierde gran parte de la producción si se trabaja en el máximo relativo. 40 No solo el coste €/kWn tiene que ser analizado. Existen otros costes directos e indirectos de materiales, así como costes de operación y mantenimiento que deben ser evaluados SERVICIOS DE RED: GESTIÓN DE HUECOS DE TENSIÓN, GESTIÓN DE POTENCIA REACTIVA Y CONTROL DE FRECUENCIA. En los últimos meses se han publicado, tanto a nivel nacional como internacional, diversas normativas que influyen directamente en el inversor. Hace unos años estos retos tecnológicos eran impensables, pero en la actualidad son de obligatorio cumplimiento. Los más destacados son los siguientes: sHuecos de Tensión ᇆ Va a ser obligatorio el cumplimiento del PO12.3 “Respuestas frente a huecos de tensión” para instalaciones nuevas o existentes mayores de 2 MW. Hay que garantizar que el inversor es capaz de generar una respuesta según las gráficas de este procedimiento operativo. sGestión de Potencia Reactiva ᇆ Asegurarse que el factor de potencia del inversor es mayor de 0,995 (inductivo o capacitivo) en todos las situaciones para obtener, en caso de España, la bonificación según el RD 1565/2010. sControl de Frecuencia ᇆ Aunque en España no hay ninguna normativa al respecto, cuando la potencia solar fotovoltaica tenga más importancia en el mix de generación eléctrica, indudablemente aparecerán regulaciones al respecto. La ControlSmart MONITORIZACIÓN Y CONTROL DE LA INSTALACIÓN. La monitorización es un concepto de la instalación que a día de hoy es prácticamente obligatorio. Quizás en un pasado no muy lejano era un valor añadido, pero en la actualidad la mayoría de las instalaciones ya lo poseen. Por eso es fundamental que el sistema de monitorización de un inversor esté totalmente integrado en él y que los elementos externos de hardware sean mínimos. Además de reducir los costes contribuirá a una instalación, uso y mantenimiento simples. Por supuesto hay que conocer los detalles técnicos de la monitorización, por ejemplo: Ethernet como protocolo prácticamente obligatorio por la cantidad de información que se maneja en la actualidad en las plantas fotovoltaicas; la calidad del interfaz y la manera de interactuar con el software; La forma de cablear los equipos en caso de redes de varios inversores… Los webloggers y dataloggers integrados en el inversor hacen que se pueda prescindir de elementos externos, simplificando la instalación y ahorrando costes. Por otro lado, instalaciones de 0-40 kW, que en el pasado no se monitorizaban debido a costes, ahora se pueden telecontrolar de forma simple y económica. DISPLAY. Con todos estos progresos tecnológicos la incorporación de un display avanzado, con acceso a todos los menús y opciones del inversor, es determinante para un excelente control del inversor y la planta. Costes del Inversor Para finalizar, no se ha mencionado explícitamente en este artículo el factor coste del inversor pero, como conclusión, hay que matizar que durante la evaluación del inversor no solo el coste €/kWn tiene que ser analizado. Existen otros costes directos e indirectos de materiales, así como costes de operación y mantenimiento que deben ser evaluados desde un punto de vista global para tomar la importante decisión de adquirir un inversor fotovoltaico energética XXI · Nº 114 · OCTUBRE11 MAKING MODERN LIVING POSSIBLE Invierta con confianza ahora Para ahorrar durante la vida útil Una planificación más fácil, un menor esfuerzo de instalación y la funcionalidad maestro, se combinan para reducir costes – tanto ahora como durante la vida útil de su planta FV. 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