Para inyectar energía eléctrica a la red de manera eficiente y segura, los inversores conectados a la red deben coincidir con precisión con el voltaje, la frecuencia y la fase de la onda sinusoidal de CA de la red .
Pago por potencia inyectada
En algunos países, las compañías eléctricas pagan la energía eléctrica que se inyecta a la red eléctrica. El pago se realiza de varias maneras.
Con la medición neta, la compañía eléctrica paga por la energía neta inyectada a la red, según lo registrado por un medidor en las instalaciones del cliente. Por ejemplo, un cliente puede consumir 400 kilovatios-hora en un mes y devolver 500 kilovatios-hora a la red en el mismo mes. En este caso, la compañía eléctrica pagaría por el saldo de 100 kilovatios-hora de energía inyectada a la red. En los EE. UU., las políticas de medición neta varían según la jurisdicción.
La tarifa de alimentación , basada en un contrato con una empresa de distribución u otra autoridad energética, es aquella en la que se le paga al cliente por la energía eléctrica inyectada en la red.
En los Estados Unidos, los sistemas de energía interactivos con la red están especificados en el Código Eléctrico Nacional (NEC) , que también establece requisitos para los inversores interactivos con la red.
Operación
Los inversores de conexión a la red convierten la energía eléctrica de CC en energía de CA adecuada para inyectarla en la red de la empresa de servicios públicos. El inversor de conexión a la red (GTI) debe coincidir con la fase de la red y mantener el voltaje de salida ligeramente más alto que el voltaje de la red en todo momento. Un inversor de conexión a la red moderno de alta calidad tiene un factor de potencia unitario fijo , lo que significa que su voltaje y corriente de salida están perfectamente alineados y su ángulo de fase está dentro de 1° de la red eléctrica de CA. El inversor tiene una computadora interna que detecta la forma de onda de la red de CA actual y emite un voltaje que se corresponde con la red. Sin embargo, puede ser necesario suministrar energía reactiva a la red para mantener el voltaje en la red local dentro de los límites permitidos.
Los inversores de conexión a la red están diseñados para desconectarse rápidamente de la red si la red eléctrica falla. En los Estados Unidos, existe un requisito del NEC [2] que establece que, en caso de un apagón, el inversor de conexión a la red se apague para evitar que la electricidad que genera dañe a las personas que reparan la red eléctrica.
Si se configura correctamente, un inversor de conexión a la red permite que un edificio utilice un sistema de generación de energía alternativo, como la energía solar o eólica, sin necesidad de realizar grandes modificaciones del cableado ni baterías. Si el sistema no produce suficiente energía, la red eléctrica compensa el déficit.
Tipos
Interior de un inversor de conexión a red acoplado a transformador SWEA de 250 W
Los inversores de conexión a la red incluyen los tipos convencionales de baja frecuencia con acoplamiento de transformador, los tipos más nuevos de alta frecuencia, también con acoplamiento de transformador, y los tipos sin transformador. [3] En lugar de convertir la corriente continua directamente en corriente alterna adecuada para la red, los tipos de transformadores de alta frecuencia utilizan un proceso informático para convertir la energía a alta frecuencia y luego nuevamente a corriente continua y luego al voltaje de salida final de corriente alterna adecuado para la red. [4]
Los inversores sin transformador, que son populares en Europa, son más livianos, más pequeños y más eficientes que los inversores con transformadores. Pero los inversores sin transformador han tardado en ingresar al mercado estadounidense debido a las preocupaciones de que los inversores sin transformador, que no tienen aislamiento galvánico entre el lado de CC y la red, podrían inyectar voltajes y corrientes de CC peligrosos en la red en condiciones de falla. [5]
Sin embargo, desde 2005, el NEC de la NFPA permite los inversores sin transformador o sin aislamiento galvánico, eliminando el requisito de que todos los sistemas eléctricos solares estén conectados a tierra negativa y especificando nuevos requisitos de seguridad. Las modificaciones a VDE 0126-1-1 e IEC 6210 definen el diseño y los procedimientos necesarios para dichos sistemas: principalmente, medición de la corriente de tierra y pruebas de aislamiento de CC a red.
Fichas técnicas
Las hojas de datos de los fabricantes para sus inversores generalmente incluyen los siguientes datos:
Potencia nominal de salida : este valor se proporciona en vatios o kilovatios. Algunos inversores pueden proporcionar una potencia nominal de salida para diferentes voltajes de salida. Por ejemplo, si el inversor se puede configurar para una salida de 240 V CA o 208 V CA, la potencia nominal de salida puede ser diferente para cada una de esas configuraciones.
Voltaje(s) de salida : Este valor indica el voltaje de la red a la que se puede conectar el inversor. En el caso de inversores más pequeños para uso residencial, el voltaje de salida suele ser de 240 V CA. Los inversores destinados a aplicaciones comerciales están disponibles para 208, 240, 277, 400, 480 o 600 V CA y también pueden producir energía trifásica .
Eficiencia máxima : La eficiencia máxima representa la mayor eficiencia que puede alcanzar el inversor. La mayoría de los inversores conectados a la red en el mercado a julio de 2009 tienen eficiencias máximas de más del 94%, algunos tan altas como el 96%. La energía perdida durante la inversión se convierte en su mayor parte en calor. En consecuencia, para que un inversor produzca su potencia nominal, debe tener una entrada de potencia que exceda su salida. Por ejemplo, un inversor de 5000 W que funciona a plena potencia con una eficiencia del 95% requiere una entrada de 5263 W (potencia nominal dividida por la eficiencia). Los inversores que son capaces de producir energía a diferentes voltajes de CA pueden tener diferentes eficiencias asociadas con cada voltaje.
Eficiencia ponderada de la CEC : esta eficiencia la publica la Comisión de Energía de California en su sitio web GoSolar. A diferencia de la eficiencia máxima, este valor es una eficiencia promedio y es una mejor representación del perfil operativo del inversor. Los inversores que son capaces de producir energía a diferentes voltajes de CA pueden tener diferentes eficiencias asociadas con cada voltaje. [6]
Corriente máxima de entrada : es la cantidad máxima de corriente continua que puede utilizar el inversor. Si un sistema (por ejemplo, de células solares) produce una corriente superior a la corriente máxima de entrada, el inversor no utiliza esa corriente.
Corriente máxima de salida : La corriente máxima de salida es la corriente alterna continua máxima que el inversor puede suministrar. Este valor se utiliza normalmente para determinar la corriente nominal mínima de los dispositivos de protección contra sobrecorriente (por ejemplo, disyuntores y fusibles) y desconexiones necesarios para el circuito de salida. Los inversores que pueden producir energía a diferentes voltajes de CA tienen diferentes salidas máximas para cada voltaje.
Tensión de seguimiento de potencia máxima : representa el rango de tensión de CC en el que funciona el rastreador de potencia máxima del inversor. El diseñador del sistema debe configurar las cadenas de forma óptima para que, durante la mayor parte del año, la tensión de las cadenas se encuentre dentro de este rango. Esta puede ser una tarea difícil, ya que la tensión fluctúa con los cambios de temperatura.
Voltaje de arranque : este valor no aparece en todas las hojas de datos de los inversores. El valor indica el voltaje de CC mínimo necesario para que el inversor se encienda y funcione. Esto es especialmente importante para aplicaciones solares, porque el diseñador del sistema debe asegurarse de que haya una cantidad suficiente de módulos solares conectados en serie en cada cadena para producir este voltaje. Si el fabricante no proporciona este valor, los diseñadores del sistema suelen utilizar la banda inferior del rango de voltaje de seguimiento de potencia pico como el voltaje mínimo del inversor.
Clasificación IPxx : la clasificación de protección de entrada o código IP clasifica y califica el nivel de protección brindado contra la entrada de objetos sólidos extraños (primer dígito) o agua (segundo dígito); un dígito más alto significa mayor protección. En los EE. UU., el tipo de gabinete NEMA se utiliza de manera similar a la clasificación internacional. La mayoría de los inversores están clasificados para instalación en exteriores con IP45 (sin protección contra el polvo) o IP65 (hermético al polvo), o en los EE. UU., NEMA 3R (sin protección contra el polvo arrastrado por el viento) o NEMA 4X (polvo arrastrado por el viento, salpicaduras directas de agua y protección adicional contra la corrosión).
Certificaciones/Cumplimiento : Certificaciones requeridas por las empresas eléctricas y los códigos eléctricos locales para la aprobación de la conexión a la red, como UL 1741 [7] y la norma emergente UL 1741SA [8]
^ http://www.osti.gov/bridge/servlets/purl/463622-TtEMSp/webviewable/463622.pdf OSTI
^ Manual NEC 2005, Sección 705, "Fuentes de producción de energía eléctrica interconectadas", Artículo 705.40 "Pérdida de fuente primaria"
^ Du, Ruoyang; Robertson, Paul (2017). "Inversor rentable conectado a la red para un microsistema combinado de calor y energía" (PDF) . IEEE Transactions on Industrial Electronics . 64 (7): 5360–5367. doi :10.1109/TIE.2017.2677340. ISSN 0278-0046. S2CID 1042325.
^ Solar Energy International (2006). Fotovoltaica: Manual de diseño e instalación , Gabriola Island, BC: New Society Publishers, pág. 80.
^ "Informe resumido sobre el taller de inversores de alta tecnología del DOE" (PDF) . Patrocinado por el Departamento de Energía de EE. UU., preparado por McNeil Technologies . eere.energy.gov. Archivado desde el original (PDF) el 27 de febrero de 2012. Consultado el 10 de junio de 2011 .
^ gosolarcalifornia.org, "Lista de inversores elegibles" Archivado el 10 de febrero de 2009 en Wayback Machine , consultado el 30 de julio de 2009,
^ "Norma para inversores, convertidores, controladores y equipos de sistemas de interconexión para uso con recursos energéticos distribuidos" . Consultado el 15 de abril de 2017 .
^ "UL lanza un programa avanzado de pruebas y certificación de inversores" . Consultado el 15 de abril de 2017 .
Enlaces externos
Lista de inversores elegibles de California: esta es la lista oficial de la Comisión de Energía de California (CEC) de inversores que son elegibles para el programa de reembolso de California. Otros estados también utilizan esta lista.
Herramienta de comparación de inversores conectados a la red: sitio web que permite comparar las hojas de datos de varios inversores conectados a la red. También se puede utilizar el sitio web para filtrar y buscar inversores por datos técnicos.
