Un inversor es uno de los dispositivos más importantes de un sistema solar. Es un dispositivo que convierte la corriente continua (CC) generada por los paneles solares en corriente alterna (CA) utilizada por la red. En corriente continua, la corriente fluye en una dirección a una tensión constante. En la corriente alterna, la corriente fluye en ambas direcciones en un circuito a medida que la tensión cambia de positiva a negativa. Un inversor es sólo un tipo de dispositivo electrónico de potencia que regula el flujo de energía.
Fundamentalmente, un inversor convierte la CC en CA cambiando la dirección de la entrada de CC de un lado a otro muy rápidamente. Así, la entrada de CC se convierte en una salida de CA. Se pueden utilizar filtros y otros dispositivos electrónicos para producir una tensión que varía en forma de onda sinusoidal limpia y repetitiva que puede inyectarse en la red. Una onda sinusoidal es la forma o patrón de los cambios de tensión a lo largo del tiempo, y es un patrón de potencia que la red puede utilizar sin dañar los dispositivos eléctricos que están diseñados para funcionar a una frecuencia y tensión específicas.
Los primeros inversores se crearon en el siglo XIX y eran mecánicos. Podía utilizarse un motor giratorio para cambiar continuamente la conexión hacia delante o hacia atrás de una fuente de alimentación de corriente continua. Hoy en día, fabricamos interruptores eléctricos con transistores, que son dispositivos de estado sólido sin piezas móviles. Los transistores están fabricados con materiales semiconductores como el silicio o el arseniuro de galio. Controlan el flujo de electricidad en función de señales eléctricas externas.
Si tiene unsistema solar domésticoprobablemente su inversor tenga varias funciones. Además de convertir la energía solar en corriente alterna, puede supervisar el sistema y proporcionar un portal de comunicación con redes informáticas. Los sistemas de almacenamiento de energía solar más baterías dependen de inversores avanzados para funcionar sin apoyo de la red durante los cortes de electricidad (si están diseñados para ello).
Hacia una red basada en inversores
Históricamente, la electricidad se ha producido principalmente quemando combustible para crear vapor, que luego hace girar generadores de turbina. El movimiento de estos generadores crea corriente alterna a medida que los dispositivos giran, lo que también determina la frecuencia, o el número de veces que se repite la onda sinusoidal. La frecuencia del suministro eléctrico es un indicador importante de la salud de la red. Por ejemplo, si la carga es demasiado grande (demasiados aparatos consumiendo energía), entonces se está consumiendo energía de la red más rápido de lo que se puede suministrar. Como consecuencia, las turbinas se ralentizarán y la frecuencia de la corriente alterna disminuirá. Como las turbinas son grandes objetos giratorios, resisten los cambios de frecuencia igual que todos los objetos resisten los cambios de movimiento, una propiedad llamada inercia.
A medida que se añaden más sistemas solares a la red, se conectan a ella más inversores que nunca. La generación con inversores puede producir energía a cualquier frecuencia y, al no intervenir ninguna turbina, no tiene las mismas características de inercia que la generación de vapor. Por lo tanto, la transición a una red con más inversores requiere construir inversores más inteligentes que puedan responder a los cambios de frecuencia y otras interrupciones que se producen durante el funcionamiento de la red y ayudar a estabilizar la red frente a estas interrupciones.
Servicios de red e inversores
Los operadores de red gestionan la oferta y la demanda de electricidad en el sistema eléctrico prestando una serie de servicios de red. Los servicios de red son actividades que realizan los operadores de red para mantener el equilibrio de todo el sistema y gestionar mejor el transporte de electricidad.
Cuando la red deja de funcionar como se esperaba, por ejemplo cuando se producen desviaciones de tensión o frecuencia, los inversores inteligentes pueden responder de diversas formas. En términos generales, la norma para los pequeños inversores, como los conectados a un sistema solar doméstico, es permanecer encendidos o "capear" las interrupciones cuando se producen pequeñas interrupciones en la tensión o la frecuencia, y se desconectarán automáticamente de la red y se apagarán si la interrupción dura mucho tiempo o es mayor de lo normal. La respuesta en frecuencia es especialmente importante porque las caídas de frecuencia se asocian a una generación fuera de línea inesperada. En respuesta a los cambios de frecuencia, los inversores están configurados para cambiar su potencia de salida para restaurar la frecuencia estándar. Los recursos basados en inversores también pueden responder a las señales del operador para cambiar su potencia de salida según fluctúen la oferta y la demanda en el sistema eléctrico, un servicio de red denominado control automático de la generación. Para prestar servicios de red, el inversor debe tener una fuente de energía que pueda controlar. Puede tratarse de generación, como un panel solar que esté generando energía, o de almacenamiento, como un sistema de baterías que pueda utilizarse para suministrar energía previamente almacenada.
Otro servicio de red que pueden ofrecer algunos inversores avanzados es la formación de red. Los inversores de formación de red pueden arrancar la red cuando se produce un fallo de red, un proceso denominado arranque en negro. Los inversores tradicionales "seguidores de red" necesitan una señal externa de la red para determinar cuándo conmutar para producir una onda sinusoidal que pueda inyectarse en la red. En estos sistemas, la potencia de la red proporciona la señal que el inversor intenta igualar. Los inversores de red más avanzados pueden generar ellos mismos la señal. Por ejemplo, una pequeña red de paneles solares puede designar a uno de sus inversores para que funcione en modo de formación de red, y el resto de los inversores le siguen como parejas de baile, formando una red estable sin ninguna generación basada en turbinas.
La potencia reactiva es uno de los servicios de red más importantes que pueden prestar los inversores. En la red eléctrica, la tensión (la fuerza que empuja las cargas eléctricas) va y viene constantemente, al igual que la corriente (el movimiento de las cargas eléctricas). Cuando la tensión y la corriente están sincronizadas, la energía eléctrica se maximiza. Sin embargo, a veces puede haber un retardo entre los dos modos alternos de tensión y corriente, como cuando un motor está en marcha. Si no están sincronizados, parte de la energía que fluye por el circuito no puede ser absorbida por el equipo conectado, lo que provoca pérdidas de eficiencia. Se necesita más potencia total para producir la misma cantidad de potencia "real" (la que puede absorber la carga). Para contrarrestarlo, las compañías eléctricas proporcionan potencia reactiva para volver a sincronizar la tensión y la corriente, facilitando el consumo de electricidad. Esta potencia reactiva no se utiliza, sino que permite que otra potencia sea útil. Los inversores modernos pueden suministrar y absorber potencia reactiva para ayudar a la red a equilibrar este importante recurso. Además, como la potencia reactiva es difícil de transmitir a largas distancias, los recursos energéticos distribuidos, como la energía solar instalada en tejados, son fuentes de potencia reactiva especialmente útiles.
