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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
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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
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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
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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
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