Inversor: Convertint Potència de DC a AC

Els inversors són components essencials en sistemes d’energia solar, convertint corrent continu (DC) de panells solars o bateries en corrent altern (AC) compatible amb aparells domèstics i la xarxa elèctrica. Aquesta conversió és vital ja que la majoria dels dispositius domèstics i xarxes funcionen amb potència AC.

DC vs. AC: Els Fonaments

El corrent continu (DC) es caracteritza per un voltatge i un corrent constants que flueixen en una sola direcció. La potència DC es fa servir habitualment en electrònica com bateries, sensors i motors, on es requereix un subministrament de potència estable.

El corrent altern (AC), en canvi, fluctua amb el temps, seguint una ona sinusoidal, representada per una línia verda en un gràfic. En la majoria dels països, la potència AC opera a una freqüència de 50 o 60 Hz, la qual cosa significa que completa 50 o 60 cicles per segon. La potència AC és l’estàndard per als aparells domèstics i les xarxes elèctriques perquè es pot transformar fàcilment en diferents voltatges i nivells de potència utilitzant transformadors i inversors.

Ona Sinusoidal Pura vs. Modificada

Gràfic de comparació que mostra la diferència entre les sortides d’ona sinusoidal pura i modificada, il·lustrant la potència més suau i estable dels inversors de ona sinusoidal pura enfront de la sortida més escalonada dels inversors de onda sinusoidal modificada

Quant als inversors, la forma d’ona de sortida és un factor crític a tenir en compte. Els inversors de ona sinusoidal pura produeixen una ona periòdica suau que s’assembla estretament a la potència AC subministrada per la xarxa. Aquest tipus d’inversor és ideal per a electrònica i aparells sensibles, incloent frigorífics, aires condicionats i ordinadors. Aquests dispositius estan dissenyats per funcionar amb una ona sinusoidal pura, garantint un rendiment i una longevitat òptims.

El gràfic c) mostra una ona sinusoidal pura (neta, precisa). Una ona sinusoidal pura és un senyal que es descriu matemàticament per la funció sinus i té una forma periòdica suau. El seu gràfic s’assembla a una ona que es repeteix contínuament amb el mateix període, amplitude i fase.

Els inversors de ona sinusoidal modificada, però, generen una ona que no és tan suau i poden causar problemes amb certs aparells. Si bé es poden utilitzar amb dispositius més simples com llums LED, carregadors de telèfons i cuines elèctriques, no es recomanen per a equips amb càrregues inductives o motors, ja que això pot provocar un funcionament incorrecte, soroll incrementat i danys potencials amb el temps.

Els gràfics a) i b) mostren ones sinusoidals modificades, que tenen diferents desviacions en comparació amb una ona sinusoidal pura. Una ona sinusoidal modificada és un tipus de corrent que s’assembla a una ona sinusoidal però té menys precisió i transicions irregulars entre pics i zeros. Es pot produir utilitzant un conjunt de senyals rectangulares compostos de diferents freqüències i amplituds.

Quins Són els Paràmetres de la Xarxa Local i dels Aparells Domèstics?

Les xarxes locals i els aparells domèstics s’han dissenyat durant dècades per funcionar amb ones sinusoidals pures, per la qual cosa és essencial adquirir un inversor que proporcioni una ona sinusoidal pura.

Què passa si un aparell domèstic s’connecta a un inversor amb una ona sinusoidal modificada? La majoria dels aparells amb càrregues inductives i motors (calefactors de gas, frigorífics, aires condicionats, bombes, ordinadors) no funcionaran correctament i poden produir sorolls inusuals, cosa que pot portar a fallades eventuals.

Els dispositius que poden funcionar amb una ona sinusoidal modificada inclouen làmpades LED, carregadors de telèfons i estufes elèctriques, que poden funcionar correctament amb una ona sinusoidal modificada.

La majoria dels aparells domèstics estan dissenyats per funcionar amb una ona sinusoidal pura, per la qual cosa és crucial seleccionar un inversor que coincideixi amb les especificacions de la xarxa elèctrica de casa teva.

Tipus d’Inversors amb Ona Sinusoidal Pura

Atès que els aparells domèstics necessiten típicament una ona sinusoidal pura, ens centrarem només en inversors que proporcionen això.

Els inversors es classifiquen en els següents tipus:

  1. Font d’Alimentació Ininterrompuda (UPS) INTERACTIVA OFF-line: Això inclou un inversor, a vegades un estabilitzador de tensió per a la xarxa (AVR), un cable “d’entrada” de la xarxa (AC in), una presa “de sortida” per a la càrrega (AC out), cables d’entrada de bateria per a UPS amb una bateria externa, i un carregador de la xarxa. Imatge d’una unitat de font d’alimentació ininterrompuda (UPS), utilitzada per proporcionar potència de reserva i protegir dispositius electrònics de sobretensions i apagades

    • UPS OFF-line vs. ON-line: A més dels UPS OFF-line, hi ha UPS ON-line o UPS de doble conversió. La diferència és que l’UPS OFF-line canvia a funcionament amb bateria en 20 ms quan la xarxa es cala, mentre que l’UPS ON-line canvia en 0 ms, que és fonamental per a alguns equips sensibles.
    • UPS de petita capacitat: Aquests sovint estan equipats amb una bateria integrada amb prou capacitat per alimentar la càrrega durant 5-15 minuts, donant prou temps per apagar correctament un ordinador, màquina o similar. Aquests UPS solen tenir una ona sinusoidal modificada, així que no els discutirem amb detall.

  2. Inversor Solar OFF-line Autònom (UPS per panells solars): Aquest consisteix en un inversor, un carregador de la xarxa, un controlador de càrrega solar PWM o MPPT (una o més entrades), entrada de bateria, entrada de xarxa AC in (una o més), sortida de càrrega AC out (una o més), i diversos ports de comunicació. També hi ha versions ON-line d’aquest tipus d’inversors, tot i que la tecnologia sovint és pseudo-online. Imatge d’un inversor solar off-line, un dispositiu que converteix l’electricitat DC dels panells solars en electricitat AC per a ús domèstic, utilitzat generalment en sistemes on la xarxa és la font de potència principal i l’energia solar és suplementària

  3. Inversor de Connexió a Xarxa (online): Això inclou un inversor, un controlador solar MPPT (una o més), i una unitat de sincronització amb la xarxa. No es pot connectar una bateria a aquest tipus d’inversor. Imatge d’un inversor de connexió a xarxa, que converteix l’electricitat DC dels panells solars en electricitat AC i la sincronitza amb la xarxa per al seu ús directe o exportació de nou a la xarxa elèctrica

    • Aplicacions:

      • Generació d’energia per a la venda a la xarxa.
      • Quan està connectat a un limitador de generació especial, la majoria dels models poden alimentats a consumidors domèstics quan la xarxa està connectada.
      • Per a empreses amb tarifes altes, redueix els costos elèctrics quan està connectat a un limitador de generació.
      • Pot incrementar potència per autoconsum quan la potència de la xarxa és limitada (requereix un limitador de generació).

    • Desavantatges: El principal inconvenient d’aquest inversor és que deixa de funcionar quan la xarxa es cala i no permet la connexió de bateries.

    • Microinversors: Aquests són una subcategoria dels inversors de connexió a xarxa, però s’connecten a un o dos panells solars en lloc d’un gran array. Imatge d’un microinversor, un petit dispositiu vinculat a cada panell solar que converteix electricitat DC a AC directament al nivell del panell, permetent una producció d’energia i una monitorització optimitzades

  4. Inversor Híbrid (connectat a xarxa + fora de línia): Això combina tots els altres tipus d’inversors amb la capacitat de generar energia per a la xarxa. Inclou un inversor, un controlador solar MPPT (una o més), entrada de bateria, una unitat de sincronització amb la xarxa, entrada de xarxa AC in (una o més), sortida de càrrega AC out (una o més), i diversos ports de comunicació.

    • Important: Alguns venedors poden etiquetar incorrectament qualsevol inversor amb una entrada solar com un inversor híbrid, però això no és exacte.
    • Aplicacions:
      • Generar energia per a la venda a la xarxa.
      • Estalviar energia per a llars o empreses consumint parcialment o totalment energia solar.
    • Avantatges: Combina tots els altres tipus d’inversors, funciona quan la xarxa està disponible i quan no ho està, i alguns models poden operar sense bateria, utilitzant només panells solars.
    • Desavantatges: El principal inconvenient és que aquests inversors són més cars que altres tipus.

En conclusió, un tipus específic d’inversor és adequat per a cada tasca, o un inversor híbrid universal pot reemplaçar qualsevol tipus d’inversor a un preu lleugerament més alt.

Conclusió

Triar l’inversor adequat per a la teva llar o negoci és crucial per assegurar l’eficiència i la longevitat del teu sistema d’energia solar. Si bé els inversors de ona sinusoidal modificada poden ser més econòmics, no són adequats per a totes les aplicacions. Els inversors de ona sinusoidal pura són la millor elecció per a la majoria dels aparells domèstics, especialment aquells amb motors o electrònica sensible. Per obtenir el millor rendiment i fiabilitat, considera les teves necessitats energètiques específiques i els tipus de dispositius que pretens alimentar quan triïs un inversor.