Un inversor solar o inversor fotovoltaico (PV) es un tipo de inversor de energía que convierte la salida de corriente continua (CC) variable de un panel solar fotovoltaico en una corriente alterna (CA) de frecuencia de servicio público que puede alimentarse a una red eléctrica comercial o usarse. por una red eléctrica local aislada de la red . Es un componente crítico del equilibrio del sistema (BOS) en un sistema fotovoltaico , que permite el uso de equipos ordinarios alimentados por CA. Los inversores de energía solar tienen funciones especiales adaptadas para su uso con paneles fotovoltaicos, incluido el seguimiento del punto de máxima potencia y la protección contra islas .
Los inversores solares se pueden clasificar en cuatro tipos generales: [2]
Los inversores solares utilizan el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) para obtener la máxima potencia posible del conjunto fotovoltaico. [3] Las células solares tienen una relación compleja entre la irradiación solar , la temperatura y la resistencia total que produce una eficiencia de salida no lineal conocida como curva IV . El propósito del sistema MPPT es muestrear la salida de las celdas y determinar una resistencia (carga) para obtener la máxima potencia para cualquier condición ambiental dada. [4]
El factor de llenado , más conocido por su abreviatura FF , es un parámetro que, junto con la tensión de circuito abierto (V oc ) y la corriente de cortocircuito (I sc ) del panel, determina la potencia máxima de una célula solar. El factor de llenado se define como la relación entre la potencia máxima de la célula solar y el producto de Voc e I sc . [5]
Hay tres tipos principales de algoritmos MPPT : perturbar y observar, conductancia incremental y voltaje constante. [6] Los dos primeros métodos a menudo se denominan métodos de escalada ; se basan en la curva de potencia trazada contra el voltaje que sube a la izquierda del punto de máxima potencia y desciende a la derecha. [7]
La función clave de los inversores síncronos o interactivos con la red o simplemente el inversor de conexión a red (GTI) es sincronizar la fase, el voltaje y la frecuencia de la línea eléctrica con la de la red. [8] Los inversores solares conectados a la red están diseñados para desconectarse rápidamente de la red si la red pública se corta. Este es un requisito de NEC que garantiza que, en caso de un apagón, el inversor de conexión a red se apagará para evitar que la energía que produce dañe a los trabajadores de línea que son enviados a reparar la red eléctrica .
Los inversores conectados a red que están disponibles en el mercado hoy en día utilizan varias tecnologías diferentes. Los inversores pueden utilizar transformadores de alta frecuencia más nuevos , transformadores de baja frecuencia convencionales o ningún transformador. En lugar de convertir la corriente continua directamente a 120 o 240 voltios CA, los transformadores de alta frecuencia emplean un proceso computarizado de varios pasos que implica convertir la energía a CA de alta frecuencia y luego nuevamente a CC y luego al voltaje de salida CA final. [9]
Históricamente, ha habido preocupaciones acerca de que los sistemas eléctricos sin transformador se alimenten a la red de servicios públicos. Las preocupaciones surgen del hecho de que existe una falta de aislamiento galvánico entre los circuitos de CC y CA, lo que podría permitir el paso de fallas peligrosas de CC al lado de CA. [10] Desde 2005, el NEC de la NFPA permite inversores sin transformador (o sin aislamiento galvánico). La VDE 0126-1-1 y la IEC 6210 también se han modificado para permitir y definir los mecanismos de seguridad necesarios para dichos sistemas. Principalmente, la detección de corriente residual o de tierra se utiliza para detectar posibles condiciones de falla. También se realizan pruebas de aislamiento para garantizar la separación de CC a CA.
Muchos inversores solares están diseñados para conectarse a una red pública y no funcionarán si no detectan la presencia de la red. Contienen circuitos especiales para igualar con precisión el voltaje, la frecuencia y la fase de la red. Cuando no se detecta una red, los inversores conectados a la red no producirán energía para evitar la formación de islas que pueden causar problemas de seguridad.
Los inversores de bombeo solar avanzados convierten el voltaje de CC del panel solar en voltaje de CA para accionar bombas sumergibles directamente sin la necesidad de baterías u otros dispositivos de almacenamiento de energía. Al utilizar MPPT (seguimiento del punto de máxima potencia), los inversores de bombeo solar regulan la frecuencia de salida para controlar la velocidad de las bombas y evitar daños al motor de la bomba.
Los inversores de bombeo solar suelen tener varios puertos para permitir la entrada de corriente CC generada por los paneles fotovoltaicos, un puerto para permitir la salida de voltaje CA y un puerto adicional para la entrada de un sensor de nivel de agua.
Un inversor trifásico es un tipo de microinversor solar diseñado específicamente para suministrar energía eléctrica trifásica . En los diseños de microinversores convencionales que funcionan con energía monofásica, la energía del panel debe almacenarse durante el periodo en el que la tensión pasa por cero, lo que ocurre dos veces por ciclo (a 50 o 60 Hz ). En un sistema trifásico, durante todo el ciclo, uno de los tres cables tiene voltaje positivo (o negativo) , por lo que la necesidad de almacenamiento se puede reducir mucho transfiriendo la salida del panel a diferentes cables durante cada ciclo. La reducción del almacenamiento de energía reduce significativamente el precio y la complejidad del hardware del convertidor, además de aumentar potencialmente su vida útil esperada.
La energía de corriente alterna convencional es un patrón de voltaje sinusoidal que se repite durante un período definido. Eso significa que durante un solo ciclo, el voltaje pasa por cero dos veces. En los sistemas europeos el voltaje en el enchufe tiene un máximo de 230 V y circula 50 veces por segundo, lo que significa que hay 100 veces por segundo donde el voltaje es cero, mientras que los sistemas derivados de América del Norte son 120 V 60 Hz, o 120 voltajes cero. un segundo.
Los inversores económicos pueden convertir la energía CC en CA simplemente encendiendo y apagando el lado CC de la alimentación 120 veces por segundo, invirtiendo el voltaje cada dos ciclos. El resultado es una onda cuadrada lo suficientemente cercana a la alimentación de CA para muchos dispositivos. Sin embargo, este tipo de solución no es útil en el caso de la energía solar, donde el objetivo es convertir la mayor cantidad posible de energía solar en CA. Si se utilizan estos tipos económicos de inversores, toda la energía generada durante el tiempo que el lado de CC está apagado simplemente se pierde, y esto representa una cantidad significativa de cada ciclo.
Para solucionar esto, los inversores solares utilizan alguna forma de almacenamiento de energía para amortiguar la energía del panel durante esos períodos de cruce por cero. Cuando el voltaje de la CA supera el voltaje en el almacenamiento, se descarga en la salida junto con cualquier energía que esté desarrollando el panel en ese instante. De esta manera, la energía producida por el panel durante todo el ciclo finalmente se envía a la salida.
El problema con este enfoque es que la cantidad de almacenamiento de energía necesaria cuando se conecta a un panel solar moderno típico sólo puede proporcionarse económicamente mediante el uso de condensadores electrolíticos . Son relativamente económicos, pero tienen modos de degradación bien conocidos, lo que significa que tienen una esperanza de vida del orden de una década. Esto ha generado un gran debate en la industria sobre si los microinversores son una buena idea o no, porque cuando estos condensadores comienzan a fallar al final de su vida útil prevista, para reemplazarlos será necesario retirar los paneles, a menudo en el techo.
En comparación con la corriente doméstica normal a través de dos cables, la corriente en el lado de entrega de la red eléctrica utiliza tres cables y fases. En cualquier instante dado, la suma de esos tres es siempre positiva (o negativa). Entonces, mientras que cualquier cable dado en un sistema trifásico sufre eventos de cruce por cero exactamente de la misma manera que la corriente doméstica, el sistema en su conjunto no lo hace, simplemente fluctúa entre el valor máximo y un valor ligeramente más bajo.
Un microinversor diseñado específicamente para suministro trifásico puede eliminar gran parte del almacenamiento requerido simplemente seleccionando qué cable está más cerca de su propio voltaje de funcionamiento en un instante dado. Un sistema simple podría simplemente seleccionar el cable que esté más cerca del voltaje máximo y cambiar a la siguiente línea cuando comience a acercarse al máximo. En este caso el sistema sólo tiene que almacenar la cantidad de energía desde el pico hasta el mínimo del conjunto del ciclo, que es mucho menor tanto en diferencia de voltaje como en tiempo.
Esto se puede mejorar aún más seleccionando el cable que esté más cerca de su propio voltaje de CC en un instante dado, en lugar de cambiar de uno a otro simplemente con un temporizador. En cualquier instante dado, dos de los tres cables tendrán un voltaje positivo (o negativo) y el uso del que esté más cerca del lado de CC aprovechará ligeras mejoras de eficiencia en el hardware de conversión.
La reducción, o eliminación total, de los requisitos de almacenamiento de energía simplifica el dispositivo y elimina el único componente que se espera que defina su vida útil. En lugar de una década, se podría construir un microinversor trifásico que dure toda la vida útil del panel. Un dispositivo de este tipo también sería menos costoso y menos complejo, aunque a costa de requerir que cada inversor se conecte a las tres líneas, lo que posiblemente lleve a más cableado.
La principal desventaja del concepto de inversor trifásico es que sólo los sitios con energía trifásica pueden aprovechar estos sistemas. El sistema trifásico está fácilmente disponible en sitios comerciales y de servicios públicos, y los sistemas estaban destinados a estos mercados. Sin embargo, las principales ventajas del concepto de microinversor implican cuestiones de sombreado y orientación de los paneles, y en el caso de sistemas grandes, estas se solucionan fácilmente simplemente moviendo los paneles. Los beneficios del micro trifásico son muy limitados en comparación con el caso residencial con espacio limitado para trabajar.
En 2014, los observadores creían que los micros trifásicos aún no habían logrado alcanzar el precio en el que sus ventajas valían la pena. Además, se espera que los costes de cableado de los microinversores trifásicos sean mayores.
Es importante contrastar un inversor trifásico nativo con tres microinversores monofásicos conectados a salida en trifásico. Esta última es una característica relativamente común en la mayoría de los diseños de inversores, que le permite conectar tres inversores idénticos entre sí, cada uno a través de un par de cables en un circuito trifásico. El resultado es energía trifásica, pero cada inversor del sistema genera una sola fase. Este tipo de soluciones no aprovechan las necesidades reducidas de almacenamiento de energía descritas anteriormente.
El microinversor solar es un inversor diseñado para funcionar con un único módulo fotovoltaico. El microinversor convierte la salida de corriente continua de cada panel en corriente alterna . Su diseño permite la conexión en paralelo de múltiples unidades independientes de forma modular. [11]
Las ventajas del microinversor incluyen optimización de la energía de un solo panel, operación independiente de cada panel, instalación plug-and-play, instalación mejorada y seguridad contra incendios, costos minimizados con el diseño del sistema y minimización de existencias.
Un estudio de 2011 en la Universidad Estatal de los Apalaches informa que la configuración de inversor integrado individual produjo aproximadamente un 20% más de energía en condiciones sin sombra y un 27% más de energía en condiciones de sombra en comparación con la configuración conectada en cadena usando un solo inversor. Ambas configuraciones utilizaron paneles solares idénticos. [12]
Un microinversor solar , o simplemente microinversor , es un dispositivo plug-and-play utilizado en energía fotovoltaica que convierte la corriente continua (CC) generada por un único módulo solar en corriente alterna (CA). Los microinversores contrastan con los inversores solares centrales y de cadena convencionales, en los que un solo inversor está conectado a varios paneles solares. La salida de varios microinversores se puede combinar y, a menudo, alimentar a la red eléctrica .
Los microinversores tienen varias ventajas sobre los inversores convencionales. La principal ventaja es que aíslan eléctricamente los paneles entre sí, por lo que pequeñas cantidades de sombra, escombros o líneas de nieve en cualquier módulo solar, o incluso una falla completa del módulo, no reducen desproporcionadamente la producción de todo el conjunto. Cada microinversor obtiene la energía óptima realizando el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) para su módulo conectado. [13] La simplicidad en el diseño del sistema, los cables de menor amperaje, la gestión de existencias simplificada y la seguridad adicional son otros factores introducidos con la solución de microinversor.
Las principales desventajas de un microinversor incluyen un costo de equipo inicial más alto por vatio pico que la potencia equivalente de un inversor central, ya que cada inversor debe instalarse junto a un panel (generalmente en un techo). Esto también los hace más difíciles de mantener y más costosos de quitar y reemplazar. Algunos fabricantes han abordado estos problemas con paneles con microinversores incorporados. [14] Un microinversor suele tener una vida útil más larga que un inversor central, que necesitará ser reemplazado durante la vida útil de los paneles solares. Por tanto, la desventaja financiera al principio puede convertirse en una ventaja a largo plazo.
Un optimizador de energía es un tipo de tecnología similar a un microinversor y también realiza un seguimiento del punto de máxima potencia a nivel de panel, pero no convierte a CA por módulo.
Los paneles solares producen corriente continua a un voltaje que depende del diseño del módulo y de las condiciones de iluminación. Los módulos modernos que utilizan celdas de 6 pulgadas generalmente contienen 60 celdas y producen un voltaje nominal de 24 a 30 V [15] (por lo que los inversores están listos para 24 a 50 V).
Para la conversión a CA, los paneles se pueden conectar en serie para producir una matriz que sea efectivamente un único panel grande con una clasificación nominal de 300 a 600 VCC. [a] [ necesita actualización ] Luego, la energía pasa a un inversor, que la convierte en voltaje de CA estándar, generalmente 230 VCA/50 Hz o 240 VCA/60 Hz. [dieciséis]
El principal problema con el enfoque del inversor de cadena es que la cadena de paneles actúa como si fuera un solo panel más grande con una clasificación de corriente máxima equivalente al peor desempeño de la cadena. Por ejemplo, si un panel de una cadena tiene un 5% más de resistencia debido a un defecto menor de fabricación, toda la cadena sufre una pérdida de rendimiento del 5%. Esta situación es dinámica. Si un panel está sombreado, su salida cae dramáticamente, afectando la salida de la cadena, incluso si los otros paneles no están sombreados. Incluso pequeños cambios de orientación pueden provocar una pérdida de producción de esta manera. En la industria, esto se conoce como el "efecto de las luces navideñas", en referencia a la forma en que una cadena entera de luces del árbol de Navidad fallará si falla una sola bombilla. [17] Sin embargo, este efecto no es del todo exacto e ignora la compleja interacción entre el seguimiento del punto de máxima potencia del inversor de cadena moderno e incluso los diodos de derivación del módulo . Los estudios de sombra realizados por las principales empresas de microinversores y optimizadores de CC muestran pequeñas ganancias anuales en condiciones de sombra ligera, media y intensa (2%, 5% y 8% respectivamente) en comparación con un inversor de cadena más antiguo [18].
Además, la eficiencia de la salida de un panel se ve fuertemente afectada por la carga que le coloca el inversor. Para maximizar la producción, los inversores utilizan una técnica llamada seguimiento del punto de máxima potencia para garantizar una recolección de energía óptima ajustando la carga aplicada. Sin embargo, los mismos problemas que hacen que la salida varíe de un panel a otro afectan la carga adecuada que debe aplicar el sistema MPPT. Si un solo panel opera en un punto diferente, un inversor de cadena solo puede ver el cambio general y mueve el punto MPPT para que coincida. Esto da como resultado no sólo pérdidas del panel sombreado, sino también de los demás paneles. El sombreado de tan solo el 9% de la superficie de una matriz puede, en algunas circunstancias, reducir la energía de todo el sistema hasta en un 54%. [19] [20] Sin embargo, como se indicó anteriormente, estas pérdidas de rendimiento anuales son relativamente pequeñas y las tecnologías más nuevas permiten que algunos inversores de cadena reduzcan significativamente los efectos de la sombra parcial. [21]
Otro problema, aunque menor, es que los inversores de cadena están disponibles en una selección limitada de potencias nominales. Esto significa que un conjunto determinado normalmente aumenta el tamaño del inversor al siguiente modelo más grande por encima de la clasificación del conjunto de paneles. Por ejemplo, una matriz de 10 paneles de 2300 W podría tener que utilizar un inversor de 2500 o incluso 3000 W, pagando por una capacidad de conversión que no puede utilizar. Este mismo problema dificulta cambiar el tamaño de la matriz con el tiempo, agregando potencia cuando hay fondos disponibles (modularidad). Si el cliente compró originalmente un inversor de 2500 W para sus paneles de 2300 W, no puede agregar ni siquiera un panel sin sobrecargar el inversor. Sin embargo, este sobredimensionamiento se considera una práctica común en la industria actual (a veces hasta un 20 % más que la clasificación nominal del inversor) para tener en cuenta la degradación del módulo, un mayor rendimiento durante los meses de invierno o para lograr una mayor venta a la empresa de servicios públicos.
Otros desafíos asociados con los inversores centralizados incluyen el espacio requerido para ubicar el dispositivo, así como los requisitos de disipación de calor. Los inversores centrales de gran tamaño suelen estar refrigerados de forma activa. Los ventiladores de refrigeración hacen ruido, por lo que se debe considerar la ubicación del inversor en relación con oficinas y áreas ocupadas. Y como los ventiladores de refrigeración tienen piezas móviles, la suciedad, el polvo y la humedad pueden afectar negativamente su rendimiento con el tiempo. Los inversores de cadena son más silenciosos, pero pueden producir un zumbido al final de la tarde, cuando la potencia del inversor es baja.
Los microinversores son pequeños inversores clasificados para manejar la salida de un solo panel o un par de paneles. Los paneles conectados a la red normalmente tienen una potencia nominal de entre 225 y 275 W, pero rara vez producen esto en la práctica, por lo que los microinversores suelen tener una potencia nominal de entre 190 y 220 W (a veces, 100 W). [ necesita actualización ] Debido a que funciona en este punto de menor potencia, muchos problemas de diseño inherentes a diseños más grandes simplemente desaparecen; Generalmente se elimina la necesidad de un transformador grande, los condensadores electrolíticos grandes se pueden reemplazar por otros de película delgada más confiables y las cargas de enfriamiento se reducen para que no se necesiten ventiladores. El tiempo medio entre fallos (MTBF) se expresa en cientos de años. [22]
Un microinversor conectado a un solo panel le permite aislar y ajustar la salida de ese panel. Cualquier panel que tenga un rendimiento deficiente no tiene ningún efecto en los paneles que lo rodean. En ese caso, el conjunto en su conjunto produce hasta un 5% más de energía que con un inversor string. Cuando se tiene en cuenta el sombreado, si está presente, estas ganancias pueden llegar a ser considerables, y los fabricantes generalmente afirman que el rendimiento es un 5% mejor como mínimo y hasta un 25% mejor en algunos casos. [22] Además, un solo modelo se puede utilizar con una amplia variedad de paneles, se pueden agregar nuevos paneles a una matriz en cualquier momento y no es necesario que tengan la misma clasificación que los paneles existentes.
Los microinversores producen energía CA compatible con la red directamente en la parte posterior de cada panel solar. Los conjuntos de paneles se conectan en paralelo entre sí y luego a la red. Esto tiene la principal ventaja de que un solo panel o inversor defectuoso no puede desconectar toda la cadena. Combinado con las menores cargas de energía y calor, y un MTBF mejorado, algunos sugieren que la confiabilidad general del conjunto de un sistema basado en microinversores es significativamente mayor que la de uno basado en inversores de cadena. [ cita necesaria ] Esta afirmación está respaldada por garantías más largas, generalmente de 15 a 25 años, en comparación con las garantías de 5 o 10 años que son más típicas para los inversores de cadena. Además, cuando ocurren fallas, son identificables en un solo punto, a diferencia de una cadena completa. Esto no solo facilita el aislamiento de fallas, sino que también desenmascara problemas menores que de otro modo no serían visibles: es posible que un solo panel de bajo rendimiento no afecte la salida de una cadena larga lo suficiente como para ser notado.
La principal desventaja del concepto de microinversor ha sido, hasta hace poco, su coste. Debido a que cada microinversor tiene que duplicar gran parte de la complejidad de un inversor de cadena, pero distribuirla en una potencia nominal más pequeña, los costos por vatio son mayores. Esto compensa cualquier ventaja en términos de simplificación de los componentes individuales. En febrero de 2018, un inversor central cuesta aproximadamente 0,13 dólares por vatio, mientras que un microinversor cuesta aproximadamente 0,34 dólares por vatio. [23] Al igual que los inversores de cadena, las consideraciones económicas obligan a los fabricantes a limitar el número de modelos que producen. La mayoría produce un solo modelo que puede tener un tamaño demasiado grande o demasiado pequeño cuando se combina con un panel específico.
En muchos casos, el embalaje puede tener un efecto significativo en el precio. Con un inversor central es posible que tenga solo un conjunto de conexiones de panel para docenas de paneles, una única salida de CA y una caja. Las instalaciones de microinversores de más de 15 paneles pueden requerir también una caja de interruptores "combinadora" montada en el techo. Esto puede aumentar el precio general por vatio.
Para reducir aún más los costes, algunos modelos controlan dos o tres paneles desde un inversor, reduciendo el embalaje y los costes asociados. Algunos sistemas colocan dos micros completos en una sola caja, mientras que otros duplican solo la sección MPPT del sistema y usan una sola etapa de CC a CA para reducir aún más los costos. Algunos han sugerido que este enfoque hará que los microinversores sean comparables en costo a los que utilizan inversores de cadena. [24] Con precios en constante descenso, la introducción de microinversores duales y la llegada de selecciones de modelos más amplias [25] para igualar más estrechamente la producción de los módulos fotovoltaicos, el costo es un obstáculo menor.
Los microinversores se han vuelto comunes donde los tamaños de las matrices son pequeños y maximizar el rendimiento de cada panel es una preocupación. En estos casos, la diferencia en el precio por vatio se minimiza debido al pequeño número de paneles y tiene poco efecto en el coste general del sistema. La mejora en la recolección de energía dada una matriz de tamaño fijo puede compensar esta diferencia de costo. Por esta razón, los microinversores han tenido más éxito en el mercado residencial, donde el espacio limitado para los paneles limita el tamaño del conjunto y la sombra de los árboles u otros objetos cercanos suele ser un problema. Los fabricantes de microinversores enumeran muchas instalaciones, algunas tan pequeñas como un solo panel y la mayoría de menos de 50 años. [26]
Una desventaja de los microinversores que a menudo se pasa por alto son los costos futuros de operación y mantenimiento asociados con ellos. Si bien la tecnología ha mejorado a lo largo de los años, el hecho es que los dispositivos eventualmente fallarán o se desgastarán. El instalador debe equilibrar estos costos de reemplazo (alrededor de $400 por rollo de camión), mayores riesgos de seguridad para el personal, equipos y estanterías de módulos con los márgenes de ganancia de la instalación. Para los propietarios de viviendas, el eventual desgaste o fallas prematuras del dispositivo introducirán daños potenciales a las tejas o tejas, daños a la propiedad y otras molestias.
Si bien los microinversores generalmente tienen una eficiencia menor que los inversores de cadena, la eficiencia general aumenta debido al hecho de que cada unidad de inversor/panel actúa de forma independiente. En una configuración de cadena, cuando se sombrea un panel de una cadena, la salida de toda la cadena de paneles se reduce a la salida del panel de menor producción. [ cita necesaria ] Este no es el caso de los microinversores.
Otra ventaja la encontramos en la calidad de salida del panel. La producción nominal de dos paneles cualesquiera en la misma producción puede variar hasta en un 10% o más. Esto se mitiga con una configuración de microinversor, pero no así en una configuración de cadena. El resultado es la máxima recolección de energía de una matriz de microinversores.
Los sistemas con microinversores también se pueden cambiar más fácilmente cuando las demandas de energía aumentan o disminuyen con el tiempo. Como cada panel solar y microinversor es un pequeño sistema en sí mismo, actúa hasta cierto punto de forma independiente. Esto significa que agregar uno o más paneles solo proporcionará más energía, siempre y cuando el grupo eléctrico fusionado en una casa o edificio no exceda sus límites. Por el contrario, con los inversores de cadena, el tamaño del inversor debe estar de acuerdo con la cantidad de paneles o la cantidad de potencia máxima. Es posible elegir un inversor string de gran tamaño cuando se prevé una ampliación futura, pero dicha previsión en un futuro incierto aumenta los costes en cualquier caso.
El monitoreo y el mantenimiento también son más fáciles ya que muchos productores de microinversores proporcionan aplicaciones o sitios web para monitorear la potencia de salida de sus unidades. En muchos casos, estos son propietarios; Sin embargo, este no es siempre el caso. Tras la desaparición de Enecsys y el posterior cierre de su sitio; Surgieron varios sitios privados como Enecsys-Monitoring [27] para permitir a los propietarios continuar monitoreando sus sistemas.
La conversión eficiente de energía de CC a CA requiere que el inversor almacene energía del panel mientras el voltaje de CA de la red es cercano a cero y luego la libere nuevamente cuando aumenta. Esto requiere cantidades considerables de almacenamiento de energía en un paquete pequeño. La opción de menor costo para la cantidad de almacenamiento requerida es el capacitor electrolítico, pero estos tienen una vida útil relativamente corta que normalmente se mide en años, y esa vida útil es más corta cuando se opera en caliente, como en un panel solar en un tejado. Esto ha llevado a un esfuerzo de desarrollo considerable por parte de los desarrolladores de microinversores, que han introducido una variedad de topologías de conversión con requisitos de almacenamiento reducidos, algunos utilizando condensadores de película delgada , mucho menos capaces pero de mayor vida útil , siempre que sea posible.
La energía eléctrica trifásica representa otra solución al problema. En un circuito trifásico, la potencia no varía entre (digamos) +120 a -120 V entre dos líneas, sino que varía entre 60 y +120 o -60 y -120 V, y los períodos de variación son mucho más cortos. . Los inversores diseñados para funcionar en sistemas trifásicos requieren mucho menos almacenamiento. [28] [29] Un micro trifásico que utiliza conmutación de voltaje cero también puede ofrecer una mayor densidad de circuito y componentes de menor costo, al tiempo que mejora la eficiencia de conversión a más del 98%, mejor que el pico monofásico típico de alrededor del 96%. [30]
Sin embargo, los sistemas trifásicos generalmente sólo se ven en entornos industriales y comerciales. Estos mercados normalmente instalan matrices más grandes, donde la sensibilidad al precio es mayor. La utilización de micros trifásicos, a pesar de las ventajas teóricas, parece ser muy baja.
La protección de los microinversores suele incluir anti- isla ; cortocircuito ; polaridad inversa ; baja tensión ; sobretensión y sobretemperatura.
El panel solar plegable con microinversores de CA se puede utilizar para recargar ordenadores portátiles y algunos vehículos eléctricos .
El concepto de microinversor ha estado presente en la industria solar desde sus inicios. Sin embargo, los costos fijos en la fabricación, como el costo del transformador o la carcasa, aumentaron favorablemente con el tamaño y significaron que los dispositivos más grandes eran inherentemente menos costosos en términos de precio por vatio . Empresas como ExelTech y otras ofrecían inversores pequeños, pero eran simplemente versiones pequeñas de diseños más grandes con una relación precio-rendimiento pobre y estaban dirigidos a nichos de mercado.
En 1991 , la empresa estadounidense Ascension Technology comenzó a trabajar en lo que era esencialmente una versión reducida de un inversor tradicional, destinado a montarse en un panel para formar un panel de CA. Este diseño se basó en el regulador lineal convencional, que no es particularmente eficiente y disipa una cantidad considerable de calor. En 1994 enviaron un ejemplo a Sandia Labs para que lo probara. [31] En 1997, Ascension se asoció con la empresa estadounidense de paneles ASE Americas para presentar el panel SunSine de 300 W. [32]
El diseño de lo que hoy sería reconocido como un "verdadero" microinversor tiene su historia en el trabajo de finales de la década de 1980 realizado por Werner Kleinkauf en el ISET ( Institut für Solare Energieversorgungstechnik ), ahora Instituto Fraunhofer de Energía Eólica y Tecnología de Sistemas Energéticos. Estos diseños se basaron en la moderna tecnología de suministro de energía conmutada de alta frecuencia, que es mucho más eficiente. Su trabajo sobre "convertidores integrados de módulos" fue muy influyente, especialmente en Europa. [33]
En 1993, Mastervolt presentó su primer inversor conectado a red , el Sunmaster 130S, basado en un esfuerzo de colaboración entre Shell Solar, Ecofys y ECN. El 130 fue diseñado para montarse directamente en la parte posterior del panel, conectando líneas de CA y CC con accesorios de compresión . En el año 2000, el 130 fue sustituido por el Soladin 120, un microinversor en forma de adaptador de CA que permite conectar los paneles simplemente enchufándolos a cualquier toma de pared . [34]
En 1995, OKE-Services diseñó una nueva versión de alta frecuencia con eficiencia mejorada, que NKF Kabel introdujo comercialmente como OK4-100 en 1995 y rebautizada para las ventas en EE. UU. como Trace Microsine. [35] Una nueva versión, el OK4All, mejoró la eficiencia y tenía rangos operativos más amplios. [36]
A pesar de este comienzo prometedor, en 2003 la mayoría de estos proyectos habían terminado. Ascension Technology fue comprada por Applied Power Corporation, un gran integrador. APC, a su vez, fue comprada por Schott en 2002 y la producción de SunSine se canceló en favor de los diseños existentes de Schott. [37] La NKF puso fin a la producción de la serie OK4 en 2003, cuando finalizó un programa de subvenciones. [38] Mastervolt [39] ha pasado a una línea de "miniinversores" que combinan la facilidad de uso del 120 en un sistema diseñado para soportar hasta 600 W de paneles. [40]
A raíz de la crisis de las telecomunicaciones de 2001 , Martin Fornage de Cerent Corporation estaba buscando nuevos proyectos. Cuando vio el bajo rendimiento del inversor string para el panel solar de su rancho, encontró el proyecto que buscaba. En 2006 formó Enphase Energy con otro ingeniero de Cerent, Raghu Belur, y pasaron el año siguiente aplicando su experiencia en diseño de telecomunicaciones al problema del inversor. [41]
Lanzado en 2008, el modelo Enphase M175 fue el primer microinversor de éxito comercial. En 2009 se presentó su sucesor, el M190, y en 2011 el último modelo, el M215. Con el respaldo de 100 millones de dólares en capital privado, Enphase creció rápidamente hasta alcanzar una cuota de mercado del 13% a mediados de 2010, con el objetivo de alcanzar el 20% a finales de año. . [41] Enviaron su inversor número 500.000 a principios de 2011, [42] y el número 1.000.000 en septiembre del mismo año. [43] A principios de 2011, anunciaron que Siemens venderá versiones renombradas del nuevo diseño directamente a contratistas eléctricos para su distribución generalizada. [44]
Enphase ha suscrito un acuerdo con EnergyAustralia , para comercializar su tecnología de microinversores. [45]
El éxito de Enphase no pasó desapercibido y, desde 2010, una gran cantidad de competidores llegaron y abandonaron en gran medida el espacio. Muchos de los productos eran idénticos al M190 en especificaciones e incluso en la carcasa y los detalles de montaje. [46] Algunos se diferencian compitiendo cara a cara con Enphase en términos de precio o rendimiento, [47] mientras que otros atacan nichos de mercado. [48]
También entraron en escena empresas más grandes: SMA , Enecsys e iEnergy.
El producto OK4-All actualizado de OKE-Services fue comprado por SMA en 2009 y lanzado como SunnyBoy 240 después de un período de gestación prolongado, [49] mientras que Power-One presentó el AURORA 250 y 300. [50] Otros jugadores importantes alrededor de 2010 incluyeron Enecsys y SolarBridge Technologies , especialmente fuera del mercado norteamericano. En 2021, el único microinversor fabricado en EE. UU. es de Chilicon Power. [51] Desde 2009, varias empresas desde Europa hasta China, incluidos importantes fabricantes de inversores centrales, han lanzado microinversores, validando el microinversor como una tecnología establecida y uno de los mayores cambios tecnológicos en la industria fotovoltaica en los últimos años. [52]
APsystems comercializa inversores para hasta cuatro módulos solares y microinversores, incluido el trifásico YC1000 con una potencia CA de hasta 1130 vatios. [53]
El número de fabricantes ha disminuido a lo largo de los años, tanto por desgaste como por consolidación. En 2019, los pocos que quedan incluyen Enphase , que compró SolarBridge en 2021, Omnik Solar [54] y Chilicon Power (adquirida por Generac en julio de 2021). [55]
En julio de 2021, la lista de las principales empresas fotovoltaicas que se han asociado con empresas de microinversores para producir y vender paneles solares de CA incluye a BenQ , Canadian Solar , LG , NESL , SunPower , Sharp Solar , Suntech , Siemens , Trina Solar y Qcells . [56] [57]
En 2019, la eficiencia de conversión de los convertidores solares más modernos alcanzó más del 98 por ciento. Mientras que los inversores de cadena se utilizan en sistemas fotovoltaicos residenciales y comerciales de tamaño mediano , los inversores centrales cubren el gran mercado comercial y de servicios públicos. La cuota de mercado de los inversores centrales y de cadena es de aproximadamente el 36 por ciento y el 61 por ciento, respectivamente, lo que deja menos del 2 por ciento a los microinversores. [58]
El período comprendido entre 2009 y 2012 incluyó un movimiento a la baja de precios sin precedentes en el mercado fotovoltaico. Al comienzo de este período, el precio mayorista de los paneles era generalmente de entre 2,00 y 2,50 dólares/W, y el de los inversores, de entre 50 y 65 centavos/W. A finales de 2012, los paneles estaban ampliamente disponibles al por mayor a entre 65 y 70 centavos, y los inversores de cadena a entre 30 y 35 centavos/W. [59] En comparación, los microinversores han demostrado ser relativamente inmunes a este mismo tipo de caídas de precios, pasando de alrededor de 65 centavos/W a 50 a 55 una vez que se tiene en cuenta el cableado. Esto podría llevar a mayores pérdidas a medida que los proveedores intentan seguir siendo competitivos. [60]
