(ELECTRICIDAD 193) Una importancia vital desempeñan los conversores o inversores a la hora de construir una planta de energía solar. Tanto así que sin estos equipos electrónicos este tipo de centrales no podrían operar, debido a que su misión es transformar la corriente continua a corriente alterna, con la cual funciona la red eléctrica, según indican a Revista ELECTRICIDAD varios especialistas.
Félix Rojas, académico del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Santiago, explica que el inversor “tiene el objetivo de poder transformar una tensión continua a una tensión alterna, ya sea para suministrar energía a una carga aislada o bien entregar energía a un sistema eléctrico interconectado”.
Cómo funcionan
“La idea es tomar la tensión continua, provista por paneles fotovoltaicos, y transformarla a tensión o corriente alterna, la cual típicamente en aplicaciones solares se genera mediante dispositivos de conmutación de estado sólido en bajos niveles de voltaje”, asegura Rojas.
“Tenemos por un lado la red eléctrica que tiene una frecuencia y un voltaje de magnitudes constantes y al otro lado tenemos un panel solar, que provee una tensión que va variando, dependiendo del sol que recibe. Evidentemente la conexión directa de ambos sistemas no es posible, ya que para dicho propósito ambos deben estar en sincronía, es decir, con idénticos valores de frecuencia. Así, un inversor cumple la misión de sincronizar el dispositivo con la red y extraer la mayor energía posible del panel solar a cada instante”, agrega el especialista.
Según Luis Morán, subdirector de Solar Energy Research Center (Serc) y académico de la Universidad de Concepción, señala que el inversor es una interface “que se usa para conectar los paneles solares a sistemas eléctricos en corriente alterna”.
“Desde el punto de vista técnico, los inversores son un conjunto de interruptores electrónicos controlados que permiten pasar de una señal continua a una señal variable en el tiempo, así que sin los inversores no se pueden conectar las plantas solares a los sistemas eléctricos (SING y SIC), por lo que tienen incidencia en la confiabilidad y en la operación de las centrales fotovoltaicas”, precisa el académico.
Samir Kouro, investigador principal de Serc y académico de la Universidad Técnica Federico Santa María, indica que otra función relevante que realizan los inversores es “el seguimiento del punto de máxima potencia, que permite extraer la mayor cantidad de energía de los paneles para una determinada radiación solar y temperatura”.
“Como estas varían en el día o con el paso de nubes se debe ir ajustando permanentemente y de manera automática. Además, cumple otras funciones adicionales que sirven para que el sistema opere adecuadamente, sea confiable y seguro e incluso que pueda ayudar la operación de la red”, añade.
Carlos Álvarez, gerente de Negocios de Imelsa, sostiene que existen inversores aislados o independientes, y otros concentrados. “Los primeros son parecidos a un computador que no tiene pantalla y muchas veces se colocan debajo del panel solar, mientras que los conversores concentrados se colocan en casetas, permitiendo una mayor conectividad”, afirma.
Samir Kouro explica que los tipos de inversores fotovoltaicos dependen de la escala del sistema: “las plantas de generación del país son relativamente grandes y mayoritariamente utilizan inversores en configuración tipo central, estos se caracterizan por concentrar grandes arreglos fotovoltaicos en un solo inversor de potencias que generalmente va de 750 kW a 1,5 MW. Plantas muy grandes, de varios MW, requieren un gran número de estos inversores. La tecnología dominante son los inversores fuente de tensión trifásica de dos niveles, aunque están entrando cada vez más modelos de tres niveles al mercado”.
Planta solar de Etrion en Atacama. Foto: Juan Carlos Recabal
Tendencias tecnológicas
Para Luis Morán la tendencia tecnológica “es ir incorporando inversores de mayor potencia, en que la idea es agrupar la mayor cantidad de celdas fotovoltaicas a un solo inversor y de esa forma bajar los costos”, mientras que Samir Kouro plantea que también existe la preferencia de algunas empresas a modularizar y dividir el sistema fotovoltaico en partes más pequeñas (inversores string y multi-string), con el fin de reducir el impacto de sombras parciales en la planta para maximizar la generación.
“Ambas estrategias compiten actualmente, y se podría decir que ambas tienen ventajas dependiendo del tipo de planta, a qué parte del sistema eléctrico se conecta y a una serie de otros factores. Para plantas más pequeñas, como por ejemplo sobre los techos de las casas, el inversor tipo string es el dominante, pero están entrando con fuerza los micro-inversores, que consisten en un inversor por panel fotovoltaico, que corresponde al máximo nivel de modularizacion que se puede llegar”, sostiene Kouro.
Félix Rojas menciona que otra tendencia es hacer investigación en inversores multiniveles, destinados a trabajar con altos voltajes. “Si se quiere ir a voltajes más altos para mejorar la eficiencia en la transmisión de la energía, se necesita disponer de varios dispositivos conectados en serie. Esto permite distribuir la tensión total entre los dispositivos y así no sobrepasar las condiciones nominales de cada uno”.
“El transporte de grandes cantidades de energía por medio de enlaces de transmisión de corriente continua es cada vez más utilizada. Esto se debe principalmente a la reducción de costos que esto conlleva y al gran avance en eficiencia, flexibilidad y calidad que han logrado los convertidores de potencia disponibles en el mercado. El desafío radica en cómo transformar la tensión continua en alterna con alta calidad, en sistema que manejan una tensión sobre los 100.000 voltios”, añade Rojas.
Inversores ubicados en la planta San Pedro III. Foto: Gentileza Imelsa
Procedencia y costos
Carlos Álvarez señala que la mayoría de los inversores provienen de China, aunque aclara que muchos de estos equipos operan con licencia europea, especialmente de Alemania, España e Italia, mientras que Luis Morán destaca a India, Francia y Suiza como otros actores fabricantes con peso dentro del mercado mundial.
El subdirector de Serc sostiene que la mayor participación mundial la tiene China, debido a los menores costos que presentan para los desarrolladores de plantas solares. Por su lado, Carlos Álvarez menciona que los inversores equivalen a cerca del 15% del costo de un proyecto solar.
Desafíos
Como parte de los desafíos Samir Kouro afirma que el polvo y la altura sobre el nivel del mar son desafíos no menores para la operación de los inversores.
“Lo del polvo tiene que ver con las tomas de aire para el sistema de refrigeración, mientras que la altura impacta porque el aire es menos denso y eso afecta la refrigeración, obligando a dimensionar uno más grande o usar el inversor a menor capacidad. Además, a mayor altura hay menos protección atmosférica, lo que deja pasar más partículas cósmicas que pueden dañar los semiconductores del inversor, reduciendo su confiabilidad. Esto es un problema a más de 2.000 metros de altura. Las empresas están al tanto de estos desafíos, lo que está motivando nuevos desarrollos tecnológicos”, concluye el investigador de Serc.