Conociendo el inversor solar fotovoltaico desde dentro

En este artículo hablaremos de los componentes internos del inversor solar para su conexión a la red eléctrica. Este tipo de inversor, conocido como corbata, se utiliza en sistemas de generación distribuida y plantas fotovoltaicas centralizadas.

En una aplicación u otra, los componentes son similares, sólo cambian las dimensiones y su forma de organización. Un inversor de 1 MW tiene básicamente los mismos componentes y los mismos sistemas de control que su hermano más pequeño, de 10 kW, por ejemplo.

¿El inversor es todo igual?

En un mercado donde la gente todavía no está convencida de la importancia de utilizar conectores en lugar de empalmar con cinta aislante, es difícil explicar la importancia de elegir bien el inversor. Desde fuera, todos los inversores son más o menos similares. Pero son plumas por fuera.

algunos tienen design futuristas, mientras que otros son más anticuados. algunos traen la visualización y teclado para comunicarse con los seres humanos, mientras que otros ya han suprimido esta interfaz obsoleta (como el inversor de la foto inferior), que puede ser sustituida por una aplicación de teléfono móvil.

Al fin y al cabo, ¿qué es importante analizar a la hora de elegir un inversor solar? ¿Hay algún tipo de belleza interior en el inversor? Parafraseando (y corrigiendo) al difunto poeta “Puedo perdonar lo feo, pero la belleza interior es fundamental”.

Fuera del inversor

Actualmente existen decenas de marcas de inversores solares disponibles en el mercado brasileño. Me acuerdo de algunos: Fronius, SMA, Sungrow, Huawei, Omnik, SolarEdge, APS, Growatt, Solis, Refusol, Delta y... ahora no recuerdo más.

¿Por qué se recuerdan estas marcas? ¿Porque invierten mucho en marketing y son conocidos o porque tienen alguna diferencia? Para que este artículo no sea tildado de sesgado, profundizaremos en lo técnico en lugar de centrarnos en marcas, marcas u opiniones.

Si es posible determinar un filtro inicial para la elección de inversores, además del estatus de sus marcas, podemos considerar los siguientes aspectos: existencia del fabricante, participación de mercado global, período de garantía, presencia de asistencia técnica local, herramientas y canales de soporte. , calidad del servicio postventa, precio (¡importante!) y… calidad.

La calidad es casi siempre el elemento más complicado de evaluar. Todos los inversores vendidos en Brasil, hasta el límite de 10 kW, deben tener certificación INMETRO (Instituto Nacional de Metrología, Calidad y Tecnología). Muchos creen que esta certificación es un certificado de calidad, pero no lo es.

La certificación simplemente establece que el equipo ha pasado una secuencia de pruebas y cumple con ciertos requisitos. Nada se puede decir, con o sin el sello INMETRO, sobre la calidad de los componentes internos del inversor. Por encima de 10 kW la situación empeora: el precinto INMETRO no es necesario.

Los fabricantes normalmente proporcionan, según lo exigen las empresas de energía, sus certificados internacionales. Y volvemos al mismo punto: estos certificados no dicen nada sobre la calidad de lo que hay dentro de la caja. Cualquiera que compra un inversor no sabe lo que hay dentro.

Como la mayoría de los compradores de automóviles (como yo), no evalúan el motor escondido debajo del capó. Queremos alejarnos a toda velocidad sin preocuparnos. Pero no es así.

Dentro del inversor

El inversor solar es un equipo electrónico complejo, compuesto por una estructura básica de transistores de potencia, tablero de control con microprocesador, filtros de entrada y salida y sistemas auxiliares de interfaz y comunicación.

Además de estos componentes, que constituyen el hardware del inversor, todavía existen sofisticados sistemas de control y protección integrados en la programación del microprocesador. Es mucha tecnología. Si quieres entender un poco cómo funcionan los inversores te recomiendo leer este artículo Funciones y requisitos técnicos de los inversores fotovoltaicos.

Toda esta tecnología es para que tú, el usuario, puedas vivir tranquilo y despreocuparte de si el inversor funciona correctamente o no. El sistema fotovoltaico debe ser transparente para el usuario. No necesitamos recordar que existe todo el tiempo.

Lo único que queremos es que la energía producida por los paneles solares (en corriente continua) sea inyectada de forma eficiente y segura en la red eléctrica (en forma de corriente alterna). Y a final de mes queremos deshacernos de la factura energética. ¿Necesito abrir mi inversor antes de comprarlo? ¿Cómo me será útil este artículo?

Mire, nadie necesita andar desmantelando inversores. Pero una cosa es cierta: estas marcas “famosas” no adquirieron notoriedad por casualidad. los grandes players del mercado, que tienen las mayores cuotas de ventas, invierten fuertemente en calidad y desarrollo tecnológico.

Los grandes no lo son por casualidad, al menos “en lo que se refiere a” (tomando prestado el chiste de un famoso colega) inversores.

A continuación, veamos algunos componentes de un inversor de la marca SMA. En mi opinión, los equipos de SMA, junto con Fronius, Sungrow, Solis y Solar Edge (marcas que considero de primer nivel) son los “Ferraris” del mercado solar. Puedo hablar con mayor precisión de SMA y Fronius, pues son equipos que ya he usado, probado y desmontado para mirar su interior.

Condensadores, los grandes villanos

Comencemos evaluando los condensadores electrolíticos del bus de CC. Estos componentes están presentes en todos los inversores solares y también en cualquier otro equipo que tenga entrada de corriente continua.

La función de estos condensadores es mantener constante la tensión de entrada del inversor y también filtrar las ondulaciones de las corrientes. Aunque son necesarios, los condensadores son un problema para los inversores. Junto con los transistores de potencia, quizás incluso antes que ellos, los condensadores son los componentes más propensos a sufrir defectos y fallos.

Normalmente es el condensador el que limita la vida útil del equipo. No hace falta decir que se necesitan buenos condensadores para producir un inversor con una durabilidad prolongada. Veamos dos dispositivos del mismo tamaño, uno al lado del otro.

Por fuera ya sabemos que son monísimos. Ahora, veamos sus interiores. Desde lejos parecen muy similares, pero la inspección de los componentes internos revela diferencias notables.

Mirando más de cerca, vemos la diferencia de calidad en los condensadores electrolíticos de los dos dispositivos. El inversor genérico utiliza condensadores de un fabricante genérico. Mi primera hipótesis es que los condensadores están conectados en paralelo.

Por tanto, la tensión nominal de los condensadores (315 V) está muy cerca del límite operativo. Esto reduce la capacidad del equipo para soportar sobretensiones y sobretensiones. Mi segunda hipótesis dice que los condensadores se pueden conectar en serie, lo que reduce su capacitancia a la mitad, pero duplica el voltaje de trabajo.

Esta configuración no sería recomendable (espero que no sea la hipótesis verdadera) por dos motivos: la conexión en serie provoca el desequilibrio de tensión entre los componentes, además de aumentar mucho la resistencia interna ESR. ESR es el acrónimo de “Resistencia en serie equivalente.

Traducido, es una resistencia eléctrica que tiene todo condensador electrolítico. Esta resistencia, además de dificultar que el componente realice su función, hace que el componente se caliente, llegando al final de su vida más rápidamente. ¿Has visto alguna vez una placa electrónica vieja con esos condensadores hinchados?

La principal causa de esto es la ESR. En los equipos de SMA, por otro lado, encontramos un conjunto de condensadores electrolíticos de la marca EPCOS. Sin querer hacer publicidad, hay que reconocerlo: los mejores equipos del mundo (inversores solares o cualquier otra cosa) generalmente están equipados con condensadores de esta marca.

No hace falta decir nada más, pero sigamos. Veamos que los condensadores utilizados en SMA tienen una tensión nominal de 550V, superior a la tensión máxima de funcionamiento. En la hoja de datos, el fabricante especifica un rango de tensión de funcionamiento y un límite absoluto.

Este límite es precisamente la tensión máxima que puede soportar el condensador en sus terminales, según sus especificaciones. Luego vemos que los condensadores de los equipos SMA funcionan flojos en relación al voltaje.

Además, puedo decir con seguridad que los condensadores están conectados en paralelo. Con seis condensadores, la ESR total se reduce a 1/6 de la ESR individual de cada componente.

Transistores de poder

Profundicemos en nuestra investigación. Desmontamos los inversores para analizar más de cerca sus componentes. Un componente importante del inversor es el transistor electrónico de potencia.

Junto con los condensadores electrolíticos, el transistor es uno de los componentes más críticos del equipo. Los transistores de potencia funcionan como interruptores de encendido y apagado en un proceso llamado conmutación.

El inversor solar es un convertidor electrónico conmutado (como, por ejemplo, las fuentes de alimentación de ordenadores). Normalmente, un transistor se enciende y apaga unas 30 veces por segundo. Imagínese esto durante varias horas, días y años de funcionamiento.

El transistor está sometido a un estrés muy alto y en algún momento fallará, ya que su vida útil es limitada. La elección y el tamaño de los transistores son fundamentales para determinar la durabilidad de un convertidor electrónico.

A continuación mostramos algunos datos sobre los transistores utilizados en los dos equipos que estamos analizando.

Análisis comparativo: condensadores y transistores.

El inversor SMA de 3000W utiliza condensadores para 550V y transistores para 150A (a una temperatura de 25^oW). El inversor genérico de 5000W utiliza condensadores de 315V y transistores de 120A. El primer fabricante se preocupa por sobredimensionar sus componentes, ofreciendo al mercado equipos fiables y duraderos.

Por otro lado, el inversor genérico utiliza los componentes con poco espacio libre. ¿Qué equipo crees que fallará primero? El inversor SMA emplea un transistor de mayor capacidad, que es $1,11 más caro que el transistor inversor genérico.

Esto supone una gran diferencia en el coste final del equipo (ya que se utilizan cinco transistores), lo que lleva a un sobreprecio del producto final. Es cierto que ese no es el precio que pagará el fabricante por el componente.

Únicamente estamos haciendo un análisis de costes comparativo tomando como referencia los valores de un distribuidor minorista. El mensaje importante es: el fabricante SMA optó por utilizar un transistor más robusto y más caro en su equipo de 3000W, mientras que el fabricante genérico utiliza un transistor más barato e inferior para un equipo de 5000W. ¿Te diste cuenta de lo que estamos hablando?

El inversor SMA utilizado en esta comparativa tiene una potencia nominal de 3000W, mientras que el genérico es de 5000W. En otras palabras, estamos forzando esta comparación de forma muy sesgada. Es cierto: estamos favoreciendo el inversor genérico.

Como dicen, estamos comparando plátanos con naranjas… y mostrando cómo las naranjas son superiores. No es ningún secreto en la industria electrónica que los transistores, en los mejores diseños, deben funcionar con una buena cantidad de espacio libre.

Esto aumenta la vida útil de los componentes y reduce el MTBF (Tiempo medio entre fallos), una figura de mérito muy conocida en la industria. En interpretación libre, MTBF es el tiempo que tarda un determinado equipo (en promedio) en fallar.

Finalmente, mirando nuevamente los capacitores, observe la tensión óptima de trabajo de cada inversor en la tabla, considerando la potencia nominal y la corriente máxima de entrada especificada por el fabricante.

La tensión de funcionamiento del inversor SMA dista mucho de la tensión nominal de los condensadores. Los condensadores sobredimensionados no son un objeto valioso del fabricante. El (buen) inversor solar está diseñado para tener una vida útil de al menos 15 años.

El inversor genérico, en cambio, tiene una tensión de funcionamiento cercana a la tensión máxima de los condensadores y su esperanza de vida es mucho menor.

Interruptor seccionador de CC

El interruptor seccionador es un componente menor del inversor. Su única función es la de seccionar. Sólo eso. ¿Cuántas veces en la vida de un inversor alguien activará el interruptor de encendido/apagado que conecta el circuito del módulo fotovoltaico al inversor?

Se podría pensar que casi nunca, y con razón. Lo que pocos saben es que esta llave, tan poco utilizada, tiene que funcionar muy bien cuando sea necesario. Dos características son importantes en el interruptor seccionador: capacidad de carga de corriente durante el funcionamiento normal del inversor y capacidad de aislamiento de corriente.

La primera característica (capacidad de conducción) asegura que el interruptor tenga pequeñas pérdidas óhmicas y no alcance altas temperaturas durante el funcionamiento normal.

La segunda (capacidad de conmutación) garantiza que el componente podrá interrumpir la corriente sin producir un arco eléctrico, incluso con el inversor en funcionamiento, lo que podría provocar que el componente se derrita y provoque un incendio.

Los interruptores de desconexión utilizados en la mayoría de los inversores solares emplean mecanismos giratorios. Se sabe que los interruptores seccionadores causan problemas en los circuitos de corriente continua, ya que su capacidad para interrumpir arcos eléctricos es muy limitada.

También hay un hecho poco conocido en el mercado, que se menciona discretamente en algunos manuales de equipos: el interruptor giratorio requiere una activación intencionada varias veces al año para limpiar los contactos.

Básicamente hay que acudir al inversor unas cuantas veces a lo largo del año, a lo largo de los años de vida del equipo, para limpiar los contactos del interruptor. Si no hace esto, estará violando las recomendaciones del fabricante y reduciendo la vida útil del componente (y, en consecuencia, del inversor).

El tema de los interruptores giratorios siempre será un problema en la mayoría de los equipos. La próxima vez que lea el manual de un inversor, busque alguna orientación sobre el mantenimiento del interruptor seccionador.

El inversor que tomamos como referencia en este artículo emplea un tipo especial de interruptor seccionador no giratorio. Este interruptor es fabricado por MERZ y está equipado con todos los inversores SMA.

Es un detalle poco conocido y que pasa desapercibido para la mayoría de consumidores. Sólo lo sabrás mirando dentro del inversor. Los interruptores de desconexión no giratorios tienen un mecanismo de contacto de compresión.

Además de garantizar un buen contacto eléctrico durante el funcionamiento del equipo, el seccionamiento (apertura del circuito bajo carga) es muy rápido. Al girar el botón manualmente, el usuario libera un bloqueo que abre instantáneamente los contactos, extinguiendo de forma segura el arco eléctrico.

Además, según el fabricante, los interruptores no giratorios no requieren mantenimiento preventivo. No es necesario hacer nada. Un inversor solar equipado con este tipo de interruptores puede funcionar durante muchos años sin que necesitemos hacer ningún tipo de acción sobre él.

Un comentario importante, que complementa lo dicho anteriormente: se recomienda, sin embargo, inspeccionar periódicamente todas las instalaciones eléctricas, incluidas las conexiones eléctricas de los módulos fotovoltaicos a los inversores. En este caso me refiero a las instalaciones y no al inversor en sí.

Belleza interior

Por último, el aspecto “bonito”. Es un aspecto subjetivo y no técnico. Pero hay algo que siempre digo: las instalaciones eléctricas y los tableros electrónicos deben ser bonitos y estéticamente agradables.

La belleza, que no es lo que realmente importa, revela la preocupación por el proyecto y el cuidado en el montaje. Al observar más de cerca los dos dispositivos, vemos diferencias en design que llaman la atención.

El equipo genérico (con todos los respetos) tiene cierta sensación de montaje casero, mientras que el SMA parece una obra de arte, dando la impresión de que su diseño fue cuidado (y pasó por muchos años de desarrollo y maduración) y su montaje es mayoritariamente mecanizados, excepto los accesorios de tableros y cables de potencia y comunicaciones.

Algunos lectores me criticarán por este análisis subjetivo sobre la belleza interior de los inversores, pero esta diferencia es realmente notable. Invito al lector a que algún día abra inversores de diferentes marcas e inspeccione visualmente cada detalle. La belleza se pone sobre la mesa, eso sí, al contrario de lo que dice el proverbio. Saca tus propias conclusiones.

Conclusión

Es mejor que pague más por un equipo que durará más y no lo decepcionará. Este es un caso en el que más caro es mejor, sin duda. No siempre podrás mirar dentro de un equipo para saber si es mejor o peor que otro.

Entonces, investiga los fabricantes, su reputación, su estructura de servicio, su período de garantía y otras cosas que mencioné al principio del artículo. El mejor criterio de elección es el periodo de garantía del equipo, que normalmente está directamente relacionado con la confianza que el fabricante tiene en su propio equipo.

En segundo lugar, en mi opinión, es muy importante la disponibilidad del fabricante para brindar soporte y mantenimiento si su equipo falla. Buena suerte con tu elección. Y cuando tu inversor falle después de dos años de uso, no digas que no te lo advertí.