Inversor híbrido para paneles solares: tipos, reseña de los mejores modelos + características de conexión

Los sistemas de suministro eléctrico que utilizan simultáneamente la corriente tradicional y la electricidad solar son una solución económicamente viable para viviendas particulares, urbanizaciones de casas de campo, complejos de dachas y locales de producción.

Un elemento indispensable del sistema es el inversor híbrido para paneles solares, que determina los modos de suministro de tensión, garantizando la continuidad y eficiencia del funcionamiento del sistema solar.

Para que el sistema funcione eficientemente, no solo es necesario elegir el modelo óptimo, sino también conectarlo correctamente. Y cómo hacerlo – lo analizaremos en nuestro artículo. También revisaremos los tipos existentes de convertidores y las mejores ofertas del mercado en la actualidad.

Evaluación de las capacidades del inversor híbrido

El uso de la energía renovable del sol en combinación con el suministro eléctrico centralizado ofrece una serie de ventajas. El funcionamiento normal del sistema solar se garantiza mediante el trabajo coordinado de sus componentes principales: paneles solares, controlador de carga, batería, así como uno de los elementos clave: el inversor.

El inversor del sistema solar es un dispositivo para convertir la corriente continua (DC) proveniente de los paneles fotovoltaicos en electricidad de corriente alterna. Es precisamente con corriente de 220 V que funcionan los electrodomésticos. Sin el inversor, la generación de energía no tiene sentido.

Esquema de funcionamiento del sistema: 1 – módulos solares, 2 – controlador de carga, 3 – batería acumuladora, 4 – convertidor de tensión (inversor) con suministro de corriente alterna (AC)

Es mejor evaluar las capacidades del modelo híbrido en comparación con las características de funcionamiento de sus competidores más cercanos: los «convertidores» autónomos y de red.

Tipo de convertidor de red

El dispositivo funciona con cargas de la red eléctrica general. La salida del convertidor está conectada a los consumidores de electricidad, la red de CA.

El esquema se caracteriza por su simplicidad, pero tiene varias limitaciones:

• funcionamiento cuando hay corriente alterna en la red;
• el voltaje de la red eléctrica debe ser relativamente estable y corresponder al rango de trabajo del convertidor.

Esta variedad es demandada en casas particulares con una tarifa «verde» vigente para la electrificación.

Durante el día, con un consumo mínimo de energía, la corriente generada se envía a la red según las tarifas «verdes»; desde la tarde hasta la mañana, el edificio se «alimenta» del suministro eléctrico centralizado.

Variante autónoma del dispositivo

El dispositivo se alimenta de la batería, que recibe carga de los paneles solares a través del controlador MPPT. En el sistema se utilizan baterías de diferentes tipos, incluyendo baterías de litio de alta tecnología.

Al alcanzar la «carga» máxima del dispositivo de almacenamiento, el exceso de electricidad se transfiere a la entrada del inversor, cuya salida está conectada a los consumidores finales de CA.

En caso de falta de actividad solar, la energía se toma de las baterías y pasa por una «conversión» a través del inversor de voltaje.

Características del funcionamiento de la instalación autónoma:

• posibilidad de funcionamiento independiente en ausencia de corriente alterna de red;
• algunos modelos admiten el modo de funcionamiento según la tarifa «verde»;
• El rendimiento de las instalaciones es del 90-93%.

Para garantizar la autonomía absoluta del objeto, se requiere un cálculo preciso de la potencia de los paneles solares y una capacidad energética suficiente de la batería.

Opción de uso independiente del inversor sin integrarlo en un sistema de conexión de red centralizada. El convertidor autónomo es demandado en áreas con ausencia total o baja calidad del suministro eléctrico.

Tipo de inversor híbrido

El modelo se diferencia de los dispositivos descritos anteriormente por una «arquitectura» especial de fabricación. En su interior cuenta con un circuito eléctrico especial que permite, en modo convertidor, funcionar en paralelo con una fuente de corriente (red, generador).

Simultáneamente, la carga se alimenta desde la red central y desde los paneles solares, asignándose la función de prioridad al proveedor de corriente continua.

El convertidor híbrido permite consumir la energía solar de la manera más eficiente, sin cambiar de la red de suministro eléctrico de la central o del generador.

Las ventajas competitivas residen en la multifuncionalidad de los inversores de tipo híbrido:

1. Red – una especie de acumulador de gran capacidad con un rendimiento del 100%. Todos los excedentes generados por las placas fotovoltaicas se pueden redirigir a la red central bajo la tarifa «verde».
2. Suministro de alimentación ininterrumpida. Cuando se desconecta la alimentación principal, el sistema cambia al modo autónomo, protegiendo a todos los consumidores de las «fluctuaciones» de tensión.
3. Aumento del límite de potencia de la red en cargas pico mediante la adición de energía del conjunto batería-inversor.

Cuando disminuye el consumo, el complejo solar pasa al modo de carga y después de un tiempo vuelve a estar listo para su uso. La función de potencia duplicada puede denominarse: Smart Boots, Power Shaving, Grid support.

La adición de potencia se realiza según los siguientes principios:

• si la potencia utilizada está por debajo del consumo máximo de la red, además de alimentar la carga se realiza la carga de la batería acumuladora;
• en ausencia de tensión en la red, se consume la energía eléctrica obtenida de la batería y transformada por el inversor;
• Si la carga supera el valor límite de la potencia de la red, el déficit se compensa con la energía eléctrica acumulada de la batería solar.

Los modos de funcionamiento mencionados pueden soportar modelos híbridos con cargador.

Algunos inversores multifuncionales están diseñados para la conexión simultánea de varias líneas de corriente alterna para la entrada automática de reserva. Los modelos de alta tecnología regulan la carga de la batería de forma autónoma.

Variedades de convertidores de corriente

Al elegir el 'corazón' de un sistema de suministro eléctrico autónomo, se debe comparar correctamente las tareas asignadas al equipo con sus capacidades potenciales.

Las principales características de clasificación de los inversores híbridos son: el algoritmo de cambio de modos de funcionamiento, la forma de la tensión de salida y la capacidad de servir una red monofásica o trifásica.

Comparación entre SAI e instalación híbrida

Algunas empresas inducen involuntariamente al consumidor a error, denominando al SAI (sistema de alimentación ininterrumpida) como inversor híbrido. A primera vista, ambos aparatos realizan tareas similares, pero hay una diferencia sustancial.

El SAI es un inversor con dispositivo de carga. El módulo garantiza principalmente el consumo de energía de la instalación fotovoltaica y, cuando esta es insuficiente, se conmuta al consumo de la red.

El SAI no es capaz de realizar la función de 'mezcla' de la energía eléctrica acumulada de las baterías con la de la red. El consumo prioritario desde la fuente de CC se realiza mediante la desconexión de la red y la transición al funcionamiento con batería.

El funcionamiento del sistema en modo 'irregular' provoca una ciclación adicional de la batería y acelera su desgaste. En la mayoría de los SAI económicos, la tensión de umbral está configurada sin posibilidad de ajuste.

En los modelos de inversores híbridos para baterías solares, estos saltos están excluidos: el equipo se adapta a la potencia requerida y funciona simultáneamente con diferentes fuentes de corriente.

Se puede elegir de forma independiente el consumo prioritario. Por lo general, el enfoque se centra en el consumo de energía de las baterías solares. En algunos equipos híbridos se ha previsto una opción de limitación de la potencia procedente de la red urbana.

Comparación de las funciones de las modificaciones populares de los 'convertidores' híbridos y del SAI. En la serie de modelos Victron se ha previsto la posibilidad de aumentar la potencia del inversor a expensas de la red.

Variedades según la forma de onda del inversor

Los convertidores de corriente de las baterías solares se clasifican según el tipo de señal de salida.

Se distinguen:

• onda sinusoidal pura;
• seno modificado (cuasi-senoidal);
• onda cuadrada.

La última variante prácticamente no se utiliza en la práctica, ya que el cambio brusco de polaridad provoca fallos en el funcionamiento del equipo.

Un inversor con suministro de señal en forma de 'U' no podrá proteger los dispositivos contra las fluctuaciones de tensión. Además, la mayor parte de los electrodomésticos no aceptan la corriente de onda cuadrada.

¿Qué es una sinusoide pura?

El convertidor produce una señal de alta calidad, superior a la forma de la corriente de la red. Es la opción óptima para garantizar el funcionamiento de equipos 'sensibles': calderas de calefacción, compresores, motores eléctricos, equipos médicos y dispositivos basados en fuentes de alimentación transformadoras.

Desventajas de los inversores de oscilación sinusoidal: alto costo y grandes dimensiones. La compra de un convertidor con sinusoide pura costará el doble que un modelo con cuasi-sinusoide, con iguales indicadores de potencia final.

Características del cuasi-seno

La transmisión de la energía de la señal en forma de sinusoide modificada puede reducir la eficiencia de algunos dispositivos, provocar la aparición de ruidos, causar interferencias o llevar a la avería del equipo.

Al alimentar transformadores de baja frecuencia, motores asíncronos y síncronos, se observa una pérdida de potencia del 20-30%. Este 'defecto' se convierte en energía térmica, calentando excesivamente los dispositivos.

Los inversores con señal pseudo-sinusoidal se caracterizan por su compacidad y costo aceptable. Su uso es adecuado para alimentar dispositivos sin cargas inductivas, diseñados para consumir componentes activos de la potencia eléctrica.

A este grupo pertenecen: calentadores termoeléctricos, lámparas incandescentes de sistemas de iluminación y otras construcciones resistivas.

Variantes del seno modificado: 1 – forma compleja de onda cuadrada con pausa, 2 – aproximación al seno puro mediante el aumento del número de transiciones.

La forma de la señal de salida se indica en la ficha técnica del inversor o del SAI. Las posibles denominaciones: 'Back' – garantía de ausencia de seno puro, 'Smart' – probabilidad de obtener corriente de calidad en la salida.

Algunos fabricantes indican en el documento adjunto el coeficiente de armónicos (índice de distorsión no lineal). Si el parámetro es inferior al 8%, el equipo produce un seno prácticamente ideal.

Modelos monofásicos y trifásicos

Los inversores monofásicos se integran principalmente en el circuito de un sistema fotovoltaico de uso doméstico con tensión estándar de 220V.

El rango de tensión de salida al conectar una sola fase en diferentes modelos varía entre 210-240V, la frecuencia de salida es de 47-55 Hz, la potencia de 300-5000 W.

Los inversores monofásicos se fabrican para valores estándar de voltaje de baterías: 12, 24 y 48 V. Para que el convertidor no funcione al límite de sus capacidades, es necesario hacer coincidir la potencia del 'convertidor' con el voltaje del panel solar o de la batería.

Rango de dependencia de las características de la batería (voltaje – V) y del convertidor solar (potencia nominal – W): 12 V – dentro de 600 W, 24 V – hasta 1,5 kW, 48 V – más de 1,5 kW

Los inversores trifásicos se utilizan para suministrar corriente trifásica que alimenta motores eléctricos. Su aplicación principal es en producción, talleres y uso comercial.

Los inversores trifásicos se caracterizan por una alta potencia (3-30 kW) y un amplio rango de voltaje de salida de corriente alterna (220V/400V).

En el mercado también se presentan modelos combinados. Estos incluyen inversores monofásicos con capacidad de sincronización de las salidas del convertidor con desfase – esto permite alimentar cargas trifásicas. Todos los tipos de equipos para la conversión de corriente de los paneles solares los hemos revisado en otro artículo nuestro.

Parámetros para la selección del inversor de panel solar

La eficiencia del convertidor y de todo el sistema de suministro eléctrico depende en gran medida de una selección adecuada de los parámetros del equipo.

Además de las características descritas anteriormente, se deben evaluar:

• la potencia de salida;
• el tipo de protección;
• la temperatura de funcionamiento;
• las dimensiones de la instalación;
• el rendimiento (eficiencia);
• la presencia de funciones adicionales.

A continuación, examinaremos todas estas características con más detalle.

Criterio #1 – potencia del dispositivo

La clasificación del inversor 'solar' se selecciona en función de la carga máxima de la red y el tiempo de funcionamiento autónomo previsto. En el modo de arranque, el convertidor puede proporcionar un aumento breve de potencia al poner en servicio cargas capacitivas.

Este período es característico al encender lavavajillas, lavadoras o refrigeradores.

Al utilizar lámparas de iluminación y un televisor, será adecuado un inversor de baja potencia de 500-1000 W. Por lo general, se requiere calcular la potencia total de los equipos utilizados. El valor necesario se indica directamente en la carcasa del dispositivo o en el documento adjunto.

Es recomendable aumentar el valor obtenido en un 20-30% – esta será la potencia de salida requerida del inversor. Por ejemplo, la potencia total del equipo es de 500 Wh, el tiempo de funcionamiento autónomo es de 5 h. Cálculo: 500 Wh * 5 h * 1.2 = 3000 Wh.

Criterio #2 – nivel de protección

Un inversor solar de calidad debe tener varios niveles de protección. Opciones posibles: sistema de refrigeración forzada, prevención de cortocircuitos, protección contra caídas y sobretensiones en la red.

No menos importante es la presencia de un cuerpo sellado y reforzado que evita la entrada de partículas de polvo y humedad. El índice de protección del equipo eléctrico se normaliza según la estandarización IEC-952.

El índice se designa como IP AB, donde A es el nivel de protección contra la intrusión de partículas extrañas en el dispositivo, B es la resistencia a la exposición a la humedad.

Para condiciones de funcionamiento al aire libre, los modelos con índice «IP65» – la resistencia y fiabilidad del inversor permiten su uso en la atmósfera exterior.

Criterio #3 – temperatura de funcionamiento y dimensiones

Un amplio rango de valores es un indicador de una calidad de ensamblaje digna del inversor. El valor del indicador es especialmente relevante cuando se coloca el convertidor en una habitación sin calefacción.

El peso es un indicador indirecto de la calidad del inversor. Existe la opinión de que cuanto más pesado es el convertidor, más potente es. Esto se explica por la presencia de un transformador en equipos de alta potencia.

En los modelos «ligeros», la ausencia de transformador puede provocar una avería del inversor al aplicar una alta corriente de arranque.

Según las observaciones, un kilogramo de peso del convertidor solar corresponde a una potencia de salida de 100 W. Las dimensiones del inversor determinan su método de montaje.

Criterio #4 – coeficiente de rendimiento (eficiencia)

Los especialistas recomiendan adquirir «convertidores» de corriente con una eficiencia del 90% o superior. Solo con este parámetro el funcionamiento del sistema solar será eficaz y su instalación será justificada. La pérdida del 10% de la energía solar es un «lujo» inaceptable.

Funcionalidad adicional. Las capacidades ampliadas afectan el costo del equipo y no siempre son demandadas. Sin embargo, algunas opciones justifican los gastos realizados.

Entre los dispositivos útiles y necesarios se incluyen:

• adición automática de la potencia del inversor a la electricidad de la red;
• ajuste del período de carga de la batería;
• selección de la fuente de corriente prioritaria;
• soporte para funcionar con baterías de diferentes tipos (alcalinas, de fosfato de hierro y litio, de helio, AGM, de plomo-ácido);
• posibilidad de funcionamiento combinado con un convertidor de red;
• ajuste del parámetro de tensión – prevención de «picos» de tensión de la red;
• posibilidad de actualización del inversor mediante la actualización del firmware.

Los convertidores modernos pueden conectarse a una PC para programación y monitoreo.

Para monitorear el funcionamiento del equipo y las redes eléctricas, las empresas fabricantes ofrecen software gratuito. Una opción interesante es la posibilidad de enviar notificaciones por SMS sobre el estado del sistema a petición del usuario.

Revisión de convertidores híbridos populares

Entre los consumidores, los inversores de empresas extranjeras han recibido buenas críticas: Xtender (Suiza), Prosolar (China), Victor Energy (Holanda), SMA (Alemania) y Xantrex (Canadá). El representante nacional – MAP Sine.

Línea de inversores multifuncionales Xtender

El convertidor híbrido Studer de la compañía Xtender es la encarnación del estándar suizo de calidad en electrónica de potencia. Los inversores solares de la serie Xtender se caracterizan por sus notables propiedades de resistencia y amplia funcionalidad.

Variedad de modelos: XTS – representantes de baja potencia, XTM – modelos de potencia media, XTN – inversores de alta potencia.

Rangos de potencia de Xtender: XTS – 0,9-1,4 kW, XTM – 1,5-4 kW, XTN – 3-8 kW. Tensión de salida – 230 V, frecuencia – 50 Hz

Cada serie de convertidores híbridos Xtender tiene las siguientes características y opciones:

• onda sinusoidal pura de suministro;
• mezcla de potencia a la red desde la batería;
• al disminuir la tensión de red, el consumo de la red eléctrica central se reduce;
• dos modos de selección de prioridad: primero – 'suave' con alimentación de red dentro del 10%, segundo – cambio completo a batería;
• variedad de ajustes de instalación;
• control del funcionamiento del generador de reserva;
• modo de espera con amplio rango de ajuste;
• monitoreo remoto de los parámetros del sistema.

En todas las modificaciones existe la función Smart Boost – conexión a diferentes 'proveedores' de energía (grupo electrógeno, inversor de red) y Power Shaving – cobertura garantizada de cargas pico.

Convertidores óptimos Prosolar Hybrid

El modelo de fabricación china tiene buenas características y un precio aceptable (alrededor de 1200 unidades convencionales). El convertidor optimiza el funcionamiento de los paneles solares, almacenando la energía no utilizada en la batería.

Características técnicas: forma de tensión – sinusoidal, eficiencia de conversión – 90%, peso de la instalación – 15,5 kg, humedad admisible – 90% sin condensación, temperatura -25 °C – +60 °C

Características distintivas:

• opción de seguimiento del punto de potencia máxima del panel solar;
• pantalla LCD informativa que muestra los parámetros de funcionamiento del sistema;
• cargador de batería de 3 niveles;
• ajuste de corriente máxima hasta 25 A;
• comunicatividad del inversor.

El convertidor se conecta a un PC mediante un software (se suministra como kit). Existe la posibilidad de actualizar el inversor mediante una innovadora reprogramación.

Inversores sinusoidales Phoenix Inverter

Los inversores Phoenix cumplen con altos requisitos y son adecuados para aplicaciones industriales. La serie Phoenix Inverter se ha lanzado sin cargador incorporado.

Los convertidores están equipados con un bus de datos VE.Bus y permiten su funcionamiento en configuraciones paralelas o trifásicas.

El rango de potencias de la gama de modelos es de 1,2 a 5 kW, la eficiencia es del 95%, el tipo de tensión es sinusoidal.

En la tabla se muestran las características de la modificación híbrida del inversor 48/5000 de la empresa Victron Energy. El costo estimado del Phoenix Inverter de 5 kW es de 2500 unidades convencionales.

Ventajas competitivas:

• la tecnología «SinusMax» admite el arranque de «cargas pesadas»;
• dos modos de ahorro de energía: opción de búsqueda de carga y reducción de la corriente de vacío;
• presencia de relé de alarma: notificación de sobrecalentamiento, bajo voltaje de batería, etc.;
• configuración de parámetros programables mediante PC.

Para lograr alta potencia, es posible la conexión en paralelo de hasta seis convertidores por fase. Por ejemplo, una combinación de seis dispositivos con una capacidad nominal de 48/5000 puede proporcionar una potencia de salida de 48 kW/30 kVA.

Dispositivos nacionales MAP Gibrid y Dominator

La empresa MAP «Energía» ha desarrollado dos modificaciones del convertidor híbrido: Gibrid y Dominator.

El rango de potencia del equipo es de 1,3 a 20 kW, el intervalo de tiempo para cambiar entre modos es de hasta 4 ms, y se prevé la posibilidad de «inyectar» energía eléctrica a la red urbana.

Tabla comparativa de las capacidades de los convertidores. Ambos tipos pueden trabajar en modo ECO, cada modelo se «conecta» con un servidor web para monitoreo y ajuste remoto.

Características generales de los convertidores de tensión Gibrid y Dominator:

• transformador toroidal;
• no hay estabilización de la tensión de entrada;
• modo de «inyección» de potencia;
• salida: seno puro;
• generación de excedente de energía a la red;
• limitación de la corriente de consumo en la entrada de CA;
• clase IP21;
• consumo en modo «suspensión»: 2-5 W.

El rendimiento de los convertidores alcanza el 93-96%. Los equipos han superado con éxito las pruebas de uso a temperaturas extremadamente bajas (valor límite -25°, se permite una disminución breve hasta -50 °C).

Posibles esquemas de conexión

Al construir un sistema fotovoltaico combinado con la red central, existen diferentes opciones de conexión del inversor.

Opción #1 – esquema con controlador de carga DC

La opción más popular, donde la carga de la batería se realiza a través de un controlador solar MPPT (análisis del punto de máxima potencia).

En el esquema se utiliza un convertidor que admite la transmisión de electricidad a la red o a la carga si la tensión de la batería supera el parámetro establecido por el usuario.

Características de la solución:

• uso eficiente de la energía renovable con red presente/desconectada;
• posibilidad de activar el funcionamiento desde el sistema solar después de la descarga de la batería.

También otra solución son las pérdidas de conversión de energía ligeramente mayores en la sección «controlador-batería-inversor».

Opción #2 – esquema con convertidor híbrido y de red

Convertidor de red a la salida del inversor de batería. Según el esquema, dos convertidores están conectados a diferentes paneles solares.

El convertidor híbrido está conectado a un panel fotovoltaico opcional para recargar la batería, mientras que el convertidor de red está conectado al módulo solar principal.

En condiciones normales (presencia de corriente de red), el convertidor de red alimenta la carga respaldada, con una eficiencia de conversión de aproximadamente el 95%. El exceso de energía se envía a la batería y, cuando esta está llena, a la red general.

Características del sistema:

• funcionamiento ininterrumpido independientemente de la presencia de tensión de red central;
• alta eficiencia y minimización de pérdidas en el lado de CC gracias al nivel adecuado de tensión del panel solar;
• las baterías funcionan casi siempre en modo de búfer, lo que aumenta su vida útil;
• uso de inversores híbridos diseñados para cargar la batería desde la salida;
• necesidad de ajustar el funcionamiento del inversor de red.

La potencia total del convertidor de red no debe superar la potencia del «convertidor» híbrido – esto permite aprovechar la energía de los paneles solares en caso de descarga de la batería o corte de red.

Independientemente del esquema elegido, al conectar el inversor se deben considerar varios aspectos:

1. Las conexiones por cable para CC no deben ser largas. Es recomendable colocar el inversor cerca (hasta 3 m) de los paneles solares, y luego «extender» la línea de CA.
2. No se debe montar el convertidor en estructuras de materiales inflamables.
3. El inversor de pared se coloca a la altura de los ojos para facilitar la lectura de la información en la pantalla.

La conexión de modelos con potencia superior a 500 W tiene requisitos especiales. La conexión debe ser rígida con un contacto seguro entre los terminales del dispositivo y los cables.

También en nuestro sitio web hay otros artículos sobre energía solar y la conexión de componentes y módulos individuales al ensamblar un sistema autónomo.

Recomendamos consultar los siguientes materiales:

• Esquema de conexión de paneles solares: al controlador, a la batería y a sistemas con mantenimiento
• Cargador de baterías solares: dispositivo y principio de funcionamiento de la carga solar
• Cómo hacer un panel solar con sus propias manos: métodos de montaje e instalación del panel solar

Conclusiones y video útil sobre el tema

El concepto de «inversor híbrido», su dispositivo, funciones y variantes:

Resumen de las capacidades, modos de funcionamiento y eficiencia del convertidor multifuncional InfiniSolar de 3 kW:

El diseño de un sistema de suministro eléctrico solar es una tarea compleja y que conlleva responsabilidad. Es mejor confiar a profesionales el cálculo de los parámetros necesarios, la selección de los componentes del sistema solar, la conexión y la puesta en marcha.

Los errores cometidos pueden provocar fallos en el sistema y un uso ineficaz del equipamiento costoso.

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