Un inversor solar o inversor fotovoltaico (PV) es un tipo de inversor de potencia 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 suministrarse a una red eléctrica comercial o utilizarse en una red eléctrica local fuera de la red . Es un componente de equilibrio crítico del sistema (BOS) en un sistema fotovoltaico , que permite el uso de equipos comunes alimentados por CA. Los inversores de energía solar tienen funciones especiales adaptadas para su uso con conjuntos fotovoltaicos, incluido el seguimiento del punto de máxima potencia y la protección contra el efecto isla .
Los inversores solares se pueden clasificar en cuatro grandes tipos: [2]
Los inversores solares utilizan el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) para obtener la máxima potencia posible del sistema 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 objetivo del sistema MPPT es muestrear la salida de las células 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 V oc e I sc . [5]
Existen tres tipos principales de algoritmos MPPT : perturbación y observación, conductancia incremental y voltaje constante. [6] Los dos primeros métodos se conocen a menudo como métodos de escalada ; se basan en la curva de potencia trazada en función del voltaje que aumenta a la izquierda del punto de máxima potencia y disminuye a la derecha. [7]
La función principal de los inversores interactivos con la red o sincrónicos o simplemente inversores de conexión a la red (GTI) es sincronizar la fase, el voltaje y la frecuencia de la línea eléctrica con la de la red. [8] Los inversores de conexión a la red solar están diseñados para desconectarse rápidamente de la red si la red eléctrica falla. Este es un requisito del NEC que garantiza que, en caso de un apagón, el inversor de conexión a la red se apagará para evitar que la energía que produce dañe a los trabajadores de la línea que sean enviados a reparar la red eléctrica .
Los inversores de conexión a la red que se encuentran disponibles en el mercado hoy en día utilizan una variedad de tecnologías diferentes. Los inversores pueden utilizar los transformadores de alta frecuencia más nuevos, los transformadores de baja frecuencia convencionales o ningún transformador. En lugar de convertir la corriente continua directamente a 120 o 240 voltios de 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 final de CA. [9]
Históricamente, ha habido preocupaciones sobre la posibilidad de que los sistemas eléctricos sin transformador se conecten 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, se utiliza la detección de corriente residual o de tierra para detectar posibles condiciones de falla. También se realizan pruebas de aislamiento para garantizar la separación de CC y CA.
Muchos inversores solares están diseñados para conectarse a una red eléctrica y no funcionarán si no detectan la presencia de la red. Contienen circuitos especiales para adaptarse con precisión al 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 el funcionamiento en isla, lo que puede 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 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 a fin de evitar que el motor de la bomba sufra daños. [ cita requerida ]
Los inversores de bombeo solar generalmente tienen múltiples puertos para permitir la entrada de corriente CC generada por paneles fotovoltaicos, un puerto para permitir la salida de voltaje de 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 período en el que el voltaje pasa por cero, lo que ocurre dos veces por ciclo (a 50 o 60 Hz ). En un sistema trifásico, a lo largo del ciclo, uno de los tres cables tiene un voltaje positivo (o negativo) , por lo que la necesidad de almacenamiento se puede reducir en gran medida transfiriendo la salida del panel a cables diferentes durante cada ciclo. La reducción en el almacenamiento de energía reduce significativamente el precio y la complejidad del hardware del convertidor, además de aumentar potencialmente su vida útil esperada.
La corriente alterna convencional es un patrón de voltaje sinusoidal que se repite durante un período definido. Esto 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 se repite 50 veces por segundo, lo que significa que hay 100 veces por segundo en las que el voltaje es cero, mientras que los sistemas derivados de América del Norte son de 120 V 60 Hz, o 120 voltajes cero por segundo.
Los inversores económicos pueden convertir la corriente continua en corriente alterna con solo encender y apagar el lado de corriente continua 120 veces por segundo, invirtiendo el voltaje cada dos ciclos. El resultado es una onda cuadrada que es lo suficientemente parecida a la corriente alterna 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 corriente alterna. Si se utilizan estos tipos económicos de inversores, toda la energía generada durante el tiempo en que el lado de corriente continua está apagado simplemente se pierde, y esto representa una cantidad significativa de cada ciclo.
Para solucionar este problema, los inversores solares utilizan algún tipo de almacenamiento de energía para amortiguar la energía del panel durante esos períodos de cruce por cero. Cuando el voltaje de la corriente alterna supera el voltaje del almacenamiento, se vierte en la salida junto con cualquier energía que desarrolle el panel en ese instante. De esta manera, la energía producida por el panel durante todo el ciclo se envía finalmente a la salida.
El problema de este enfoque es que la cantidad de almacenamiento de energía necesaria cuando se conecta a un panel solar moderno típico solo se puede proporcionar de manera económica mediante el uso de condensadores electrolíticos . Estos son relativamente económicos, pero tienen modos de degradación bien conocidos que significan que tienen una expectativa de vida del orden de una década. Esto ha llevado a un gran debate en la industria sobre si los microinversores son o no una buena idea, porque cuando estos condensadores comienzan a fallar al final de su vida útil esperada, reemplazarlos requerirá que se retiren los paneles, a menudo en el techo.
En comparación con la corriente doméstica normal que circula por dos cables, la corriente del lado de suministro de la red eléctrica utiliza tres cables y fases. En cualquier instante dado, la suma de esos tres siempre es positiva (o negativa). Por lo tanto, mientras que cualquier cable dado en un sistema trifásico experimenta 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 inferior.
Un microinversor diseñado específicamente para alimentación trifásica puede eliminar gran parte del almacenamiento necesario simplemente seleccionando qué cable está más cerca de su propia tensión de funcionamiento en un instante determinado. Un sistema sencillo podría simplemente seleccionar el cable que esté más cerca de la tensión máxima, y cambiar a la siguiente línea cuando esta comience a acercarse al máximo. En este caso, el sistema solo tiene que almacenar la cantidad de energía desde el pico hasta el mínimo del ciclo en su conjunto, que es mucho menor tanto en diferencia de tensión como en tiempo.
Esto se puede mejorar aún más seleccionando el cable que esté más cerca de su propio voltaje de CC en cualquier momento, en lugar de cambiar de uno a otro simplemente con un temporizador. En cualquier momento, dos de los tres cables tendrán un voltaje positivo (o negativo) y, al usar el que esté más cerca del lado de CC, se aprovecharán las 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 genere más cableado.
La principal desventaja del concepto de inversor trifásico es que solo los sitios con energía trifásica pueden aprovechar estos sistemas. La energía trifásica está fácilmente disponible en sitios comerciales y de servicios públicos , y fue a estos mercados a los que se dirigieron los sistemas. Sin embargo, las principales ventajas del concepto de microinversor involucran problemas de sombreado y orientación de los paneles, y en el caso de sistemas grandes, estos se solucionan fácilmente simplemente moviendo los paneles. Los beneficios del microinversor trifásico son muy limitados en comparación con el caso residencial con espacio limitado para trabajar.
En 2014, los observadores creían que los microinversores trifásicos aún no habían logrado alcanzar el nivel de precio en el que sus ventajas parecieran merecer la pena. Además, se espera que los costes de cableado de los microinversores trifásicos sean más elevados.
Es importante contrastar un inversor trifásico nativo con tres microinversores monofásicos conectados para generar una salida trifásica. Esta última es una característica relativamente común en la mayoría de los diseños de inversores, que permite conectar tres inversores idénticos entre sí, cada uno a través de un par de cables en un circuito trifásico. El resultado es una 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 la optimización de la energía de un solo panel, el funcionamiento independiente de cada panel, la instalación plug-and-play, una mejor instalación y seguridad contra incendios, costos minimizados con el diseño del sistema y la minimización de existencias.
Un estudio de 2011 de la Appalachian State University informa que la configuración individual de inversores integrados produjo aproximadamente un 20 % más de energía en condiciones sin sombra y un 27 % más de energía en condiciones con sombra en comparación con la configuración conectada en cadena que utiliza un solo inversor. Ambas configuraciones utilizaron paneles solares idénticos. [12]
Un microinversor solar , o simplemente microinversor , es un dispositivo plug-and-play que se utiliza en la energía fotovoltaica y que convierte la corriente continua (CC) generada por un solo módulo solar en corriente alterna (CA). Los microinversores contrastan con los inversores solares de cadena y centrales convencionales, en los que un solo inversor se conecta 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 sombras, escombros o líneas de nieve en cualquier módulo solar, o incluso una falla completa del módulo, no reducen desproporcionadamente la salida de todo el conjunto. Cada microinversor obtiene la energía óptima al realizar el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) para su módulo conectado. [13] La simplicidad en el diseño del sistema, cables de menor amperaje, gestión simplificada de existencias y mayor seguridad son otros factores introducidos con la solución de microinversores.
Las principales desventajas de un microinversor incluyen un mayor costo inicial del equipo por vatio pico que la potencia equivalente de un inversor central, ya que cada inversor debe instalarse adyacente a un panel (generalmente en un techo). Esto también hace que sean 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 lo tanto, la desventaja financiera inicial puede convertirse en una ventaja a largo plazo.
Un optimizador de energía es un tipo de tecnología similar a un microinversor y también utiliza 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 suelen contener 60 celdas y producen una tensión nominal de 24 a 30 V. [15] (por lo que los inversores están preparados para 24 a 50 V).
Para la conversión a CA, los paneles se pueden conectar en serie para producir un conjunto que es efectivamente un solo panel grande con una clasificación nominal de 300 a 600 VCC. [a] [ necesita actualización ] Luego, la energía llega a un inversor, que la convierte en voltaje de CA estándar, generalmente 230 VCA / 50 Hz o 240 VCA / 60 Hz. [16]
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 corriente nominal máxima equivalente al peor rendimiento de la cadena. Por ejemplo, si un panel en una cadena tiene una resistencia 5% mayor debido a un defecto de fabricación menor, toda la cadena sufre una pérdida de rendimiento del 5%. Esta situación es dinámica. Si un panel está sombreado, su salida cae drásticamente, afectando la salida de la cadena, incluso si los otros paneles no están sombreados. Incluso pequeños cambios en la orientación pueden causar pérdida de salida de esta manera. En la industria, esto se conoce como el "efecto de luces de Navidad", en referencia a la forma en que una cadena completa de luces de árbol de Navidad en serie fallará si falla una sola bombilla. [17] Sin embargo, este efecto no es completamente preciso 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 fuerte (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 el inversor le impone. Para maximizar la producción, los inversores utilizan una técnica llamada seguimiento del punto de máxima potencia para garantizar una recolección óptima de energía 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 el sistema MPPT debe aplicar. 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 pérdidas no solo del panel sombreado, sino también de los otros paneles. El sombreado de tan solo el 9% de la superficie de un conjunto puede, en algunas circunstancias, reducir la potencia 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 del sombreado 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 que la potencia nominal del conjunto de paneles. Por ejemplo, un conjunto de 10 paneles de 2300 W podría tener que utilizar un inversor de 2500 o incluso de 3000 W, pagando por una capacidad de conversión que no puede utilizar. Este mismo problema dificulta cambiar el tamaño del conjunto con el tiempo, añadiendo potencia cuando hay fondos disponibles (modularidad). Si el cliente compró originalmente un inversor de 2500 W para sus 2300 W de paneles, no puede añadir ni un solo panel sin sobrecargar el inversor. Sin embargo, este sobredimensionamiento se considera una práctica común en la industria actual (a veces hasta un 20% por encima de la potencia nominal del inversor) para tener en cuenta la degradación del módulo, un mayor rendimiento durante los meses de invierno o para lograr una mayor reventa a la empresa de servicios públicos.
Otros desafíos asociados con los inversores centralizados incluyen el espacio necesario para ubicar el dispositivo, así como los requisitos de disipación de calor. Los inversores centrales grandes suelen estar refrigerados de forma activa. Los ventiladores de refrigeración hacen ruido, por lo que se debe tener en cuenta la ubicación del inversor en relación con las oficinas y las áreas ocupadas. Y debido a que los ventiladores de refrigeración tienen partes 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 diseñados 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 se opera en este punto de potencia más bajo, muchos problemas de diseño inherentes a los diseños más grandes simplemente desaparecen; la necesidad de un transformador grande generalmente se elimina, los condensadores electrolíticos grandes se pueden reemplazar por otros de película delgada más confiables y las cargas de enfriamiento se reducen, por lo que no se necesitan ventiladores. El tiempo medio entre fallas (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 inferior al esperado no tiene efecto sobre los paneles que lo rodean. En ese caso, el conjunto en su conjunto produce hasta un 5% más de energía que con un inversor de cadena. Cuando se tiene en cuenta el efecto sombra, si lo hay, estas ganancias pueden llegar a ser considerables; los fabricantes generalmente afirman que la salida 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 un conjunto en cualquier momento y no tienen que tener la misma potencia que los paneles existentes.
Los microinversores producen energía de CA que se adapta a 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 gran ventaja de que un solo panel o inversor defectuoso no puede desconectar toda la cadena. Combinado con las cargas de energía y calor más bajas y un MTBF mejorado, algunos sugieren que la confiabilidad general del conjunto de un sistema basado en microinversores es significativamente mayor que la de un inversor de cadena. [ cita requerida ] 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, se pueden identificar en un solo punto, en lugar de en una cadena completa. Esto no solo facilita el aislamiento de fallas, sino que desenmascara problemas menores que de otra manera no serían visibles: un solo panel de bajo rendimiento puede no afectar la salida de una cadena larga lo suficiente como para notarse.
Hasta hace poco, la principal desventaja del concepto de microinversor era el coste. Como cada microinversor tiene que duplicar gran parte de la complejidad de un inversor de cadena pero distribuirla en una potencia nominal menor, los costes por vatio son mayores. Esto contrarresta cualquier ventaja en términos de simplificación de los componentes individuales. A 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 la cantidad de modelos que producen. La mayoría produce un único modelo que puede ser de mayor o menor tamaño 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 solo tenga un conjunto de conexiones de panel para docenas de paneles, una única salida de CA y una caja. Las instalaciones de microinversores con más de 15 paneles también pueden requerir una caja de interruptores "combinada" montada en el techo. Esto puede aumentar el precio total por vatio.
Para reducir aún más los costos, algunos modelos controlan dos o tres paneles desde un inversor, lo que reduce el empaquetado y los costos asociados. Algunos sistemas colocan dos microinversores completos en una sola caja, mientras que otros duplican solo la sección MPPT del sistema y utilizan 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 con aquellos que utilizan inversores de cadena. [24] Con precios en constante disminución, la introducción de microinversores duales y la llegada de una selección más amplia [25] de modelos para adaptarse mejor a la salida del módulo fotovoltaico, el costo es un obstáculo menor.
Los microinversores se han vuelto comunes en los lugares donde los tamaños de los paneles son pequeños y la maximización del rendimiento de cada panel es una preocupación. En estos casos, la diferencia en el precio por vatio se minimiza debido a la pequeña cantidad de paneles y tiene poco efecto en el costo general del sistema. La mejora en la recolección de energía dada una matriz de tamaño fijo puede compensar esta diferencia en el costo. Por esta razón, los microinversores han tenido más éxito en el mercado residencial, donde el espacio limitado para los paneles restringe el tamaño de la matriz y la sombra de los árboles cercanos u otros objetos es a menudo un problema. Los fabricantes de microinversores enumeran muchas instalaciones, algunas tan pequeñas como un solo panel y la mayoría de menos de 50. [26]
Una desventaja que a menudo se pasa por alto de los microinversores son los costos futuros de operación y mantenimiento asociados con ellos. Si bien la tecnología ha mejorado con el paso de los años, el hecho es que los dispositivos eventualmente fallarán o se desgastarán [ cita requerida ] . El instalador debe equilibrar estos costos de reemplazo (alrededor de $400 por viaje de camión), los mayores riesgos de seguridad para el personal, el equipo y el montaje de módulos frente a los márgenes de ganancia de la instalación. Para los propietarios de viviendas, el desgaste final o las fallas prematuras de los dispositivos generarán daños potenciales en las tejas o tejas del techo, 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 inversora/panel actúa de manera independiente. En una configuración de cadena, cuando un panel de una cadena está sombreado, la salida de toda la cadena de paneles se reduce a la salida del panel de menor producción. [ cita requerida ] Este no es el caso de los microinversores.
Otra ventaja es la calidad de salida del panel. La salida nominal de dos paneles cualesquiera en la misma serie de producción puede variar hasta en un 10 % o más. Esto se mitiga con una configuración de microinversor, pero no así con una configuración en cadena. El resultado es una máxima captación de energía de un conjunto de microinversores.
Los sistemas con microinversores también se pueden cambiar más fácilmente cuando la demanda de energía aumenta o disminuye con el tiempo. Como cada panel solar y microinversor es un pequeño sistema en sí mismo, actúa hasta cierto punto de manera independiente. Esto significa que agregar uno o más paneles simplemente proporcionará más energía, siempre que el grupo eléctrico fusionado en una casa o edificio no exceda sus límites. Por el contrario, con inversores basados en string, el tamaño del inversor debe estar de acuerdo con la cantidad de paneles o la cantidad de potencia pico. Es posible elegir un inversor string de gran tamaño cuando se prevé una ampliación futura, pero tal previsión para un futuro incierto aumenta los costos en cualquier caso.
El control y el mantenimiento también son más sencillos, ya que muchos fabricantes de microinversores ofrecen aplicaciones o sitios web para controlar la potencia de salida de sus unidades. En muchos casos, son de propiedad exclusiva, pero no siempre es así. 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 seguir controlando sus sistemas.
Para convertir de forma eficiente la corriente continua en corriente alterna, el inversor debe almacenar la energía del panel cuando la tensión de corriente alterna de la red eléctrica es cercana a cero y luego liberarla cuando aumenta. Esto requiere un almacenamiento considerable de energía en un paquete pequeño. La opción más económica para la cantidad de almacenamiento requerida es el condensador electrolítico, pero estos tienen una vida útil relativamente corta, que normalmente se mide en años, y esa vida útil es menor cuando se utilizan en caliente, como en un panel solar instalado en un tejado. Esto ha llevado a un considerable esfuerzo de desarrollo por parte de los desarrolladores de microinversores, que han introducido una variedad de topologías de conversión con menores requisitos de almacenamiento, algunas de las cuales utilizan condensadores de película fina , mucho menos capaces pero de vida útil mucho más larga , siempre que es posible.
La energía eléctrica trifásica representa otra solución al problema. En un circuito trifásico, la potencia no varía entre (por ejemplo) +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 inversor trifásico que utilice conmutación de voltaje cero también puede ofrecer una mayor densidad de circuitos y componentes de menor costo, al tiempo que mejora la eficiencia de conversión a más del 98%, mejor que el pico típico monofásico de alrededor del 96%. [30]
Sin embargo, los sistemas trifásicos generalmente solo se ven en entornos industriales y comerciales. En estos mercados, normalmente se instalan conjuntos más grandes, donde la sensibilidad al precio es mayor. La adopción de microsistemas trifásicos, a pesar de las ventajas teóricas, parece ser muy baja.
El panel solar plegable con microinversores de CA se puede utilizar para recargar computadoras portátiles y algunos vehículos eléctricos .
El concepto de microinversor ha estado presente en la industria solar desde sus inicios. Sin embargo, los costos fijos de fabricación, como el costo del transformador o la carcasa, se ajustaban favorablemente al tamaño y significaban que los dispositivos más grandes eran inherentemente menos costosos en términos de precio por vatio . Había inversores pequeños disponibles de empresas como ExelTech y otras, pero eran simplemente versiones pequeñas de diseños más grandes con un desempeño de precio deficiente y estaban dirigidos a mercados nicho.
En 1991, la empresa estadounidense Ascension Technology comenzó a trabajar en lo que era esencialmente una versión reducida de un inversor tradicional, destinado a ser montado en un panel para formar un panel de CA. Este diseño se basaba en el regulador lineal convencional, que no es particularmente eficiente y disipa mucho calor. En 1994 enviaron un ejemplo a Sandia Labs para su prueba. [31] En 1997, Ascension se asoció con la empresa de paneles estadounidense ASE Americas para presentar el panel SunSine de 300 W. [32]
El diseño de lo que hoy se consideraría un microinversor "auténtico" se remonta a los trabajos de finales de los años 1980 de Werner Kleinkauf en el ISET ( Institut für Solare Energieversorgungstechnik ), actualmente Instituto Fraunhofer de Energía Eólica y Tecnología de Sistemas Energéticos. Estos diseños se basaban en la tecnología moderna de suministro de energía conmutada de alta frecuencia, que es mucho más eficiente. Su trabajo sobre "convertidores integrados en módulos" fue muy influyente, especialmente en Europa. [33]
En 1993, Mastervolt presentó su primer inversor de conexión 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 2000, el 130 fue reemplazado 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 una eficiencia mejorada, que NKF Kabel introdujo comercialmente como OK4-100 en 1995 y renombró para las ventas en EE. UU. como Trace Microsine. [35] Una nueva versión, OK4All, mejoró la eficiencia y tenía rangos operativos más amplios. [36]
A pesar de este prometedor comienzo, en 2003 la mayoría de estos proyectos habían finalizado. Ascension Technology fue adquirida por Applied Power Corporation, un gran integrador. APC fue a su vez adquirida por Schott en 2002, y la producción de SunSine se canceló en favor de los diseños existentes de Schott. [37] NKF finalizó la producción de la serie OK4 en 2003 cuando finalizó un programa de subsidios. [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]
Tras la crisis de las telecomunicaciones de 2001 , Martin Fornage, de Cerent Corporation, buscaba nuevos proyectos. Cuando vio el bajo rendimiento del inversor de cadena para el sistema 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]
El modelo M175 de Enphase, lanzado en 2008, fue el primer microinversor que tuvo éxito comercial. En 2009 se presentó un sucesor, el M190, y en 2011 se presentó el modelo más reciente, el M215. Con el respaldo de 100 millones de dólares en capital privado, Enphase creció rápidamente hasta alcanzar una participación de mercado del 13% a mediados de 2010, y aspiraba a alcanzar el 20% a finales de año. [41] Enviaron su inversor número 500.000 a principios de 2011, [42] y su inversor número 1.000.000 en septiembre del mismo año. [43] A principios de 2011, anunciaron que Siemens vendería versiones con la nueva marca del nuevo diseño directamente a los 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, aparecieron una multitud de competidores que, en gran medida, abandonaron el mercado. Muchos de los productos eran idénticos al M190 en cuanto a especificaciones, e incluso en los detalles de carcasa y montaje. [46] Algunos se diferencian al competir directamente con Enphase en términos de precio o rendimiento, [47] mientras que otros están atacando nichos de mercado. [48]
También entraron en el sector empresas más grandes: SMA , Enecsys y iEnergy.
El producto OK4-All actualizado por 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 AURORA 250 y 300. [50] Otros actores 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 los principales fabricantes de inversores centrales, han lanzado microinversores, lo que valida 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 salida de CA de hasta 1130 vatios. [53]
El número de fabricantes ha disminuido a lo largo de los años, tanto por deserción como por consolidación. En 2019, los pocos que quedan incluyen a 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 de última generación alcanzó más del 98 por ciento. Si bien los inversores de cadena se utilizan en sistemas fotovoltaicos residenciales y comerciales de tamaño mediano , los inversores centrales cubren el mercado comercial y de servicios públicos a gran escala. La participación de mercado de los inversores centrales y de cadena es de aproximadamente el 36 por ciento y el 61 por ciento, respectivamente, dejando menos del 2 por ciento para los microinversores. [58]
El período entre 2009 y 2012 incluyó un movimiento de precios a la baja sin precedentes en el mercado fotovoltaico. Al comienzo de este período, el precio mayorista de los paneles era generalmente de alrededor de $2,00 a $2,50/W, y los inversores de alrededor de 50 a 65 centavos/W. A fines de 2012, los paneles estaban ampliamente disponibles al por mayor a 65 a 70 centavos, y los inversores de cadena alrededor de 30 a 35 centavos/W. [59] En comparación, los microinversores han demostrado ser relativamente inmunes a este mismo tipo de caídas de precios, pasando de aproximadamente 65 centavos/W a 50 a 55 una vez que se tiene en cuenta el cableado. Esto podría conducir a mayores pérdidas a medida que los proveedores intentan seguir siendo competitivos. [60]
