LOS INVERSORES

. LOS INVERSORES

Los inversores convierten la energía eléctrica de corriente continua producida en los paneles solares fotovoltáicos en corriente alterna monofásica y la inyectan a cada una de las fases de la red de suministro eléctrico. La etapa de potencia presenta una configuración en puente monofásico, utilizando como semiconductores de potencia transistores MOSFET.

La tensión generada por el inversor es senoidal y se obtiene mediante la técnica de modulación de ancho de pulsos. Un microcontrolador determina el tipo de onda que se genera a partir de una tabla de valores disponibles en la memoria auxiliar del sistema.

De esta forma se hace trabajar a los transistores MOSFET de potencia a una frecuencia de conmutación de 20kHz, con lo que se consigue una forma de onda senoidal de muy baja distorsión, menor del 1% y con un contenido de armónicos bajo.

Puesto que la salida de los inversores está conectada a la red eléctrica, el sincronismo con esta es un aspecto fundamental en el funcionamiento del inversor. El control principal lo trata de forma prioritaria, realizando un seguimiento muy sensible a cualquier cambio en la red. Ello permite introducir las correcciones necesarias cada 10 milisegundos. El control de la red se realiza mediante un circuito analógico, que permite ajustes del sistema, mediciones de tensión, corriente y factor de potencia.

Al arrancar los inversores, hay que esperar un tiempo hasta que empiezan a funcionar porque tienen que sincronizarse con la red. Es necesario que estén conectados a la red para poder arrancar.

Para conseguir el mejor rendimiento de la instalación, el sistema de control de los inversores trabaja detectando continuamente el punto de máxima potencia (MPPT) de la característica tensión-corriente de los paneles fotovoltáicos. La situación de dicho punto de máxima potencia es variable, dependiendo de diversos factores ambientales, como variaciones en la radiación solar recibida o por variaciones de la temperatura de los paneles. La sensibilidad del circuito detector del punto de máxima potencia es de 30W y el tiempo de respuesta en la búsqueda del nuevo punto oscila entre 2 y 10 segundos.

A partir de los parámetros de la red eléctrica, de la situación del sincronismo, y el seguimiento del punto de máxima potencia, el sistema de control principal del inversor comunica al generador de forma de onda senoidal S.P.W.M. las acciones a realizar en cada momento.

Durante los períodos nocturnos el inversor permanece parado vigilando los valores de tensión del bus DC del generador fotovoltáico. Al amanecer, la tensión del generador fotovoltáico aumenta, lo que pone en funcionamiento el inversor que comienza a inyectar corriente en la red si la potencia disponible en paneles supera un valor umbral o mínimo. A continuación se describe el funcionamiento del equipo frente a situaciones particulares.

4.1Tipos de inversores para generadores FV conectados a la red

La mayoría de las topologías de convertidores de potencia CA/CD están basadas en el circuito de potencia tipo puente, sin embargo, existen varias configuraciones posibles de los elementos que conforman el sistema total de acuerdo con factores como el tipo de interruptores electrónicos, esquema de control, método de síntesis de la señal, parámetro eléctrico que es modulado, frecuencia de conmutación de los interruptores de potencia, número de fases, etc.

Existen varios criterios para clasificar a los inversores dependiendo de las características de su diseño y operación. A continuación se presentan éstos.

4.1.1 Clasificación de acuerdo al método de conmutación

Este es el criterio más relevante en la categorización de inversores porque de él dependen de manera directa o indirecta algunas de las características más importantes como la calidad de las señales de salida, el rango de potencia factible, la frecuencia de conmutación, la configuración del inversor y el esquema de control, entre otras.

El término conmutación se refiere a la transición de los interruptores de potencia del estado encendido al apagado. Para poder sintetizar la señal senoidal de salida (voltaje o corriente), se requiere que los interruptores tengan cierto grado de controlabilidad. Existen dos clases de interruptores que pueden ser usados en circuitos inversores: los tiristores y los interruptores totalmente controlables (i.e. BJTs, MOSFETs, GTOs e IGBTs).

En el caso de los tiristores, el momento de conmutación (apagado) no es directamente controlable. Para lograr la conmutación se debe llevar la corriente del tiristor a cero, lo cual es posible en circuitos de CA sincronizando las señales de disparo de los tiristores en un puente con los voltajes de línea. En contraparte, los interruptores totalmente controlables permiten que la conmutación sea ordenada por su circuito de control en cualquier instante.

De acuerdo con estas características de los interruptores electrónicos se han diseñado dos tipos básicos de convertidores CD/CA: inversores controlados por la red o conmutados por línea (que usan tiristores) e inversores autoconmutados (que usan interruptores controlables). Los inversores autoconmutados se usan para pequeñas y medianas potencias (varios cientos de watts, hasta 500 kW aproximadamente), mientras los inversores conmutados por línea cubren desde las pequeñas potencias hasta unos cuantos megawatts, sin embargo su uso es más frecuente en aplicaciones de mediana a alta potencia (50-5000 kW) porque su costo es sensiblemente menor en este rango. De los inversores autoconmutados, sólo los del tipo PWM (Pulse Width Modulation) son aptos para conexión con la red. Los inversores autoconmutados de señal cuadrada o quasi-cuadrada sólo son útiles para aplicaciones aisladas de la red. En lo sucesivo, cuando hablemos de un inversor autoconmutado nos estaremos refiriendo también a un inversor PWM. El término PWM implica que la síntesis de la señal de salida se logra mediante modulación de ancho de pulsos cuadrados de voltaje.

Es importante hacer notar en este punto que, independientemente de que la conmutación sea ordenada interna o externamente, las señales de control de los interruptores electrónicos siempre están sincronizadas con las señales de voltaje de la red.

4.1.2 Clasificación de acuerdo al parámetro modulado

En este sentido existen dos posibilidades: modular el voltaje de salida de manera que el inversor opere como una fuente de voltaje paralela a la red; o bien modular la corriente de salida, en cuyo caso el inversor convierte al sistema generador en una fuente de corriente paralela a la red.

De lo anterior se deriva la clasificación de los inversores con control de voltaje o de voltaje controlado,

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