guia de trabajo 6, el inversor fv

GUIA DE TRABAJO: EL INVERSOR SOLAR

Los módulos FV son generadores de C.C. y las baterías

almacenan la energía eléctrica de C.C. mientras que la

mayoría de los elementos de consumo son de C.A. Por tanto,

se hace necesario la utilización de inversores que nos convierta

la C.C. en C.A. Siempre que sea posible se trabajara con

elementos de consumo en C.A. ya que son mucho más fáciles

de encontrar y más baratos que los de C.C.

ACTIVIDAD

PRATICA: Conexión

y Verificación de

los Parámetros de

un Inversor Solar

Conexionado y verificación de los parámetros de un Inversor autónomos

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ACTIVIDAD PRÁCTICA

Guía de Trabajo: EL INVERSOR AUTONOMO

Actividad práctica: Conexionado y verificación de los parámetros de un

Inversor autónomo

Finalidad

Los módulos FV son generadores de C.C. y las baterías almacenan la energía eléctrica de C.C. mientras que la mayoría de los elementos de consumo son de C.A. Por tanto, se hace necesario la utilización de inversores que nos convierta la C.C. en C.A. Siempre que sea posible se trabajara con elementos de consumo en C.A. ya que son mucho más fáciles de encontrar y más baratos que los de C.C.

Además, es importante recordar que si trabajamos a 230V. en C.A., para la misma potencia la sección de los cables y el calibre de los elementos de protección será mucho menor y más fácil de trabajar.

En esta actividad vas a realizar la conexión del inversor y a verificar los principales parámetros del mismo.

Para realizar esta actividad será necesario haber completado, al menos, las Unidades de Trabajo “El modulo solar fotovoltaico”, “Acumuladores”, “El regulador” y “El inversor autónomo”.

Objetivos

Al finalizar esta actividad serás capaz de:

Realizar el conexionado del inversor autónomo.

Verificar las tensiones de Entrada y Salida de un inversor.

Verificar la frecuencia de salida de un inversor.

Verificar la forma de onda a la salida de un inversor.

MEDIOS Y PREPARACIÓN

Para realizar esta actividad debes tener en cuenta que:

• Para realizar la conexión del inversor autónomo es necesario repasar la Unidad de Trabajo “El inversor autónomo”.

• Para realizar las medidas de la frecuencia de salida y forma de onda, se debe conocer el manejo y forma de conexión del frecuencímetro y osciloscopio.

•


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ACTIVIDAD PRÁCTICA

Marco teórico

EL INVERSOR SOLAR FOTOVOLTAICO

Los INVERSORES FV, así como el acumulador suministran corriente continua (CC). Sin embargo puede presentarse la siguiente característica referida a los elementos de consumo, o cargas: • Los elementos de consumo funcionan en corriente alterna (CA). • Los elementos de consumo funcionan en CC, pero a un valor de tensión distinto al

suministrado por la instalación. ¿Conoces la solución, ya sea elementalmente, a alguno de estos casos? Conceptualmente, la solución general es adaptar la señal generada a la que requiere la carga. Esta idea se materializa en el dispositivo de la instalación denominado convertidor. En esta Unidad de Trabajo se explica el convertidor y se presenta información sobre los tipos de convertidores existentes, aunque el foco se sitúa en el tipo de convertidor usado en las instalaciones de ESFV autónomas. Este dispositivo es el inversor autónomo. En concreto, estudiarás los distintos tipos de inversores autónomos y aprenderás a instalarlos, junto con aspectos básicos de su mantenimiento.

Al finalizar esta Unidad de Trabajo serás capaz de:

• Identificar los tipos de inversores autónomos.

• Instalar el inversor autónomo, integrándolo en la instalación de ESFV.

• Explicar las aplicaciones y prestaciones adicionales que ofrecen los inversores.

• Realizar operaciones básicas de mantenimiento preventivo y correctivo del inversor.

Tal y como vas a estudiar en las dos siguientes pantallas, existen dos tipos de convertidores: • Convertidor CC/CC. • Convertidor CC/CA.


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ACTIVIDAD PRÁCTICA

CONVERTIDOR CC/CC En caso de que los elementos de consumo que alimenta la instalación de ESFV trabajen en CC pero a un valor distinto al que proporciona el campo FV, deberás instalar un convertidor de tensión CC/CC que adapta la tensión proporcionada por el acumulador al nivel que demandan los elementos de consumo. Algunos ejemplos cotidianos de este tipo de convertidores son los adaptadores de alimentación de teléfonos móviles y reproductores de CD, la toma del mechero del automóvil etc. En un convertidor CC/CC, la corriente continua de entrada se convierte, primero, en una señal de CA de onda cuadrada mediante un inversor electrónico tras lo cual su valor se eleva o reduce, según queramos aumentar o reducir la tensión de salida mediante un transformador. Por último, la señal se vuelve a convertir en CC. La figura muestra la estructura interna de un convertidor CC/CC

En lo que queda de unidad, estudiarás exclusivamente los inversores autónomos dejando para más adelante los inversores conectados a red. Recuerda que el inversor autónomo genera

corriente alterna (onda de salida) a partir de la continua suministrada por el módulo solar o el acumulador. En función del tipo de onda de salida, existen tres tipos de inversores autónomos: Inversor de onda cuadrada. Inversor de onda senoidal modificada. Inversor de onda senoidal.


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ACTIVIDAD PRÁCTICA

APLICACIONES Y PRESENTACIONES DE LOS INVERSORES Debido al gran desarrollo del campo de la electrónica, actualmente existen en el mercado inversores que además de su función principal ofrecen prestaciones adicionales. Tal es el caso de los inversores compactos que integran el regulador en su interior. El análisis profundo de estas aplicaciones y prestaciones se aleja del objetivo de esta Unidad de Trabajo pero es interesante que, al menos, tengas conocimiento de los siguientes:

Inversor autónomo reversible. Convertidor de impedancia para bombeo FV

CARACTERISTICAS DEL INVERSOR


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ACTIVIDAD PRÁCTICA

CONEXIONADO DEL INVERSOR AUTONOMO


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ACTIVIDAD PRÁCTICA

A igual que sucede con el regulador, primero deberás de ubicar el inversor lo más cerca

posible de las baterías para garantizar que la caída de tensión entre ambas sea inferior a la máxima admisible. Una vez ubicado el regulador deberás realizar las siguientes conexiones eléctricas: • Conexión entre el inversor y el acumulador o, en su defecto, al regulador: Por lo general, el inversor autónomo se conecta al acumulador y se alimenta a partir de ésta pero en ocasiones interesa conectarla al regulador. Por ejemplo, cuando por el tipo de carga a alimentar interesa intercalar un elemento de control que corte, si es preciso, la alimentación directa que proporciona el acumulador con el fin de no descargarla por completo. En estos casos, el inversor se conecta al regulador y no al acumulador. • Conexión entre el inversor y los elementos de consumo: nunca debes conectar las cargas que alimenta una instalación autónoma a otra red eléctrica. Por último, deberás validar el conexionado realizado verificando que las caídas de tensión de cada conexión se encuentran dentro de los límites admisibles. Como referencia, la caída entre el inversor y la batería no debe ser mayor que 1% de la tensión nominal. Asimismo, no

debes validar una conexión en la que en condiciones de intensidad máxima la caída de tensión entre el inversor y el regulador o el inversor y la carga fuera superior a un 3% de la tensión nominal.

Ahora que sabes que elementos debes conectar sólo te falta aprender cómo y en qué

orden hacerlo. Para ello, debes comenzar por saber que el inversor consta de 4 bornas,

cuya polaridad debes de respetar al conectarlas con el resto de los equipos de la

instalación. Las dos bornas en CC se conectan al campo fotovoltaico a través del

regulador y/o batería y las dos de CA se conectan a los elementos de consumo.

Adicionalmente, cuentan con un borne de conexión al cual se conecta el cable de tierra

que se distribuye por toda la instalación.

A la hora de realizar dichas conexiones, debes tener cuidado en que todos los fusibles y

elementos de protección estén en circuito abierto y seguir la siguiente secuencia:

• Conecta el acumulador a los bornes del regulador designados con el símbolo de

batería. De esta manera, el regulador ya toma una tensión de referencia para alimentar

su circuito.

• Conecta el campo generador FV a los bornes del regulador designados con el

símbolo de módulo.

• Conecta la carga o elementos de consumo a los bornes del regulador designados

como tal, respetando la polaridad.

• Conecta el inversor autónomo con el regulador. Para ello, primero, conectarás el

positivo de la borna de la batería a través del correspondiente fusible de protección y

después conectarás la borna negativa directamente.


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ACTIVIDAD PRÁCTICA

• Conecta el inversor autónomo con la línea de consumo a través de las

protecciones del cuadro eléctrico. Es decir, debes instalar las protecciones tal que

queden entre el inversor y los elementos de consumo.

• Por último, deberás realizar la conexión a tierra del inversor para lo cual habrás

de tener en cuenta la normativa vigente.

Materiales

• 1 Panel de malla perforada. • 1 Regulador FV LEO2 de 12Vcc/15A o similar. • 1 Módulo Solar Fotovoltaico KYOCERA KD135GH-2P o similar. • 1 Soporte para el modulo solar FV. • 1 Batería monobloque de 12V SGF 12/50 de TUDOR o similar. • 1 Módulo didáctico de trabajo

• 1 Inversor STUDER SI1212 de 12Vcc o similar

• 1 Cubeta para baterías.. • 1 Bloque diferencial de 30 mA. • 1 Magneto-térmico 1ª. • Cables de conexión de la sección adecuada. • Cables de conexión baterías con terminal. • 2 Lámpara de 230V/23W de bajo consumo. • 2 Portalámparas. • 1 Rail DIN. • 8 Grapa 604-24 y tornillo M4. • 7 Seccionadores tipo regleta. • 2 Regletas de conexión. • Herramientas eléctricas.

Instrumentos de Medición

• 1 Voltímetro de CC de 0 a 20 V. • 1 Voltímetro de CA de 0 a 250 V. • 1 Frecuencímetro. • 1 Amperímetro de CC de 0 a 10 A.


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ACTIVIDAD PRÁCTICA

• 1 Amperímetro de CA de 0 a 1 A. • 1 Osciloscopio.

Procedimiento

PASO 1

Conexionado de los elementos de la instalación.

Realiza el acopio del material indicado para la realización de esta actividad.

Realiza el montaje del material sobre la malla perforada según los esquemas eléctricos adjuntos.

Conecta la batería a las bornas de los seccionadores correspondientes a la entrada de batería del regulador, respetando la polaridad y con los seccionadores abiertos.

Conecta el campo Fotovoltaico a las bornas de los seccionadores correspondientes a la entrada del campo fotovoltaico del regulador, respetando la polaridad y con los seccionadores abiertos.

Conecta la carga, lámparas, a los bornes de los seccionadores de salida del inversor a través de las protecciones necesarias (magneto-térmico y diferenciales), con los seccionadores abiertos.

Conecta la entrada del inversor a los bornes de los seccionadores correspondientes a la entrada de la batería, respetando la polaridad y con los seccionadores abiertos.

NOTA: Con el fin de obtener una protección adecuada de los equipos y del usuario en la fase de montaje ante los peligros de la electricidad, es conveniente que tanto el regulador como el inversor estén en estado OFF y se activen cuando se hayan realizado las conexiones descritas. Además los elementos de corte y protección deben estar abiertos.

PASO 2

Puesta en marcha de la instalación.

Cierra los seccionadores y elementos de protección de la instalación siguiendo el protocolo estudiado en la Unidad “El regulador”.

• Cierra los seccionadores de conexión de la batería con el regulador. • Cierra los seccionadores de conexión del modulo fotovoltaico con el regulador. • Cierra los seccionadores de conexión de la batería con el inversor. • Acciona el interruptor magneto-térmico. • Cierra los seccionadores de conexión del inversor con la carga (lámparas).


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ACTIVIDAD PRÁCTICA

PASO 3

Medición de las tensiones de entrada y salida del inversor.

Con un voltímetro de C.C., mide la tensión de entrada del convertidor (inversor), comparando este dato con las características del aparato. Anota el dato medido en la tabla 1.

Con un voltímetro de C.A., mide la tensión de salida del convertidor (inversor),

teniendo en cuenta que su tensión nominal es de 230 Vc.a., y hay que mantener las

precauciones necesarias ante posibles descargas. Anota dicho valor en la tabla 1

PASO 4

Verificación de la frecuencia de salida del inversor.

Con un frecuencímetro o un osciloscopio, verifica la frecuencia de salida del convertidor (inversor). Anota el valor de la frecuencia en la tabla 1 y contrástalo con el valor suministrado por el fabricante en las características técnicas del aparato.

Nota.- El frecuencímetro se conecta del mismo modo que un voltímetro, en cambio el osciloscopio hay que tener presente que la pinza cocodrilo de la sonda está conectada a tierra mediante la alimentación del osciloscopio a la red de su propia alimentación. Por este motivo, o se utiliza un osciloscopio a batería o una sonda de tensión aislada, para no provocar un cortocircuito a la salida del convertidor (inversor), o se tiene muy claro cuál de los dos terminales de salida del inversor está conectada a tierra, o si la salida está aislada de tierra.

En el modelo de inversor recomendado en la actividad, se conecta la pantalla del inversor (cable de salida para su conexión a tierra) a la salida “N” (neutro) y este debe de ser llevado a la tierra de la instalación. De este modo, la pinza cocodrilo de la sonda del osciloscopio debe de conectarse al terminal “N” para que no se produzca un cortocircuito y pueda realizarse la medida.

Al trabajar con tensiones altas, y con el fin de visualizar la forma de onda de la salida del inversor, la sonda del osciloscopio debe de tener la posibilidad de atenuar las tensiones medidas, por ejemplo x10.

PASO 5

Verificar la forma de onda a la salida del inversor. Con un osciloscopio, teniendo en cuenta las precauciones mencionadas en el punto

anterior, verifica la forma de onda de salida del convertidor (inversor). Dibuja dicha

onda en la tabla 1, indicando:

• Tipo de onda.


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ACTIVIDAD PRÁCTICA

• Valor de la tensión máxima y eficaz. • Valor de la frecuencia

PASO 6

Medición de las intensidades de entrada y salida del inversor.

Desactiva el magneto-térmico de salida del convertidor (inversor).

Abre uno de los dos seccionadores de conexión entre la batería y el convertidor (inversor). Mide la corriente que consume el inversor, mediante un amperímetro de C.C. con la polaridad correcta y rango adecuado, conectando el aparato de medida sobre los terminales del seccionador. Anota el valor de la medida en la casilla correspondiente de la tabla 1.

Abre el seccionador de conexión de la carga (lámparas) con el inversor y extrae una de las lámparas. Activa el magneto-térmico de salida del inversor. Mediante un amperímetro de C.C. conectado en los terminales del seccionador de conexión de la batería al inversor y, un amperímetro de C.A. conectado al seccionador de conexión entre el inversor y la carga, mide la corriente de consumo del inversor y la corriente suministrada a la carga por el inversor. Anota dichos valores en la tabla 1.

Repite el punto anterior con dos lámparas como carga del inversor. Anota los valores medidos en la tabla 1.

INVERSOR AUTÓNOMO Fabricante Modelo Tensión entrada V) Tensión salida (V) Frecuencia (Hz) Forma de onda a la salida del inversor.

Tensión máxima (V) Tensión eficaz (V) Frecuencia (Hz)

Corriente entrada vacío

(A)

Corriente entrada inversor 23W/230V (A)

Corriente salida inversor 23W/230V (A)

Corriente entrada inversor 2x23W/230V (A)

Corriente salida inversor 2x23W/230V (A)

Tabla 1. Toma de datos.

¿Que diferencia de funcionalidad existe entre conectar la entrada del inversor a la salida de carga del regulador o directamente a la batería?

Si en una instalación aislada no se consume energía eléctrica a 230V, ¿es conveniente tener conectado el inversor a la batería? Razona la respuesta


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ACTIVIDAD PRÁCTICA

Observando los datos de la tabla 1, puede apreciarse una relación entre las corrientes de entrada y salida del inversor alta, esta relación induce a pensar que con grandes cargas la corriente de entrada al inversor adoptará valores importantes de corriente. Ante esta reflexión, ¿Qué características debe cumplir las conexiones entre el acumulador y el inversor?

Informe

Cada estudiante presenta los resultados, datos, graficas, análisis y problemas

Presentados durante la práctica

Conclusiones

Como se ha estudiado en la Unidad “El inversor autónomo”, en esta actividad se ha comprobado la forma de onda y parámetros del inversor, así como su forma de conexión. A la hora de dimensionar el inversor hay que tener en cuenta su capacidad de soportar picos de corriente, como los que se producen en el arranque de motores o posibles aumentos del consumo. En función del tipo de carga, se pueden utilizar inversores de un tipo de forma de onda u otro, pero como se ha comentado en la Unidad “El inversor autónomo”; hoy en día los precios de estos elementos permiten utilizar para todos los casos los inversores de onda senoidal. Un inversor autónomo consume una corriente de su entrada de C.C., aún sin suministrar corriente en la salida, ya que la circuitería del inversor necesita para su Correcto funcionamiento una alimentación.

Bibliografía

Enlaces que sirven como guía al estudiante

ANEXOS

- Hoja de características del fabricante del inversor. (Fich. Características técnicas SI1212 STUDER.pdf)

- Manual del usuario del inversor. (Fich. Manual usuario SI1212 STUDER.pdf


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ACTIVIDAD PRÁCTICA

Anexos

Los inversores son equipos electrónicos que no precisan ningún tipo de mantenimiento, salvo una revisión periódica de las bornes de conexionado. Actualmente, muchos equipos y dispositivos eléctrico/electrónicos incorporan, además, un test de mantenimiento y seguridad interno que se activa sin que el usuario lo note. No obstante, es preciso que cumplas las instrucciones de mantenimiento que figuran en el manual del fabricante y que realices inspecciones técnicas periódicas. Anota lo observado en estas inspecciones en el libro de mantenimiento. Además, otras acciones de mantenimiento preventivo que, de forma general, deberás tener en cuenta son: • Limpieza: Es recomendable que mantengas limpios los equipos. Concretamente, deberás impedir la acumulación de polvo y suciedad que pueda quedar atrapado en los dispositivos de ventilación.

• Conexión: Deberás comprobar el correcto estado de las conexiones y el apriete de las borneas para garantizar un buen contacto eléctrico. En realidad, el inversor no requiere medios, materiales o herramientas distintas a las que usualmente se utilizan para hacer el montaje y conexionado de un equipo electrónico. En cuanto a su mantenimiento se refiere, basta con un polímetro. Sin embargo, si por algún motivo en concreto, tuvieras que analizar la forma de onda que proporciona el inversor y medir la frecuencia utilizarás un frecuencímetro y un osciloscopio, respectivamente. Frecuencímetro El frecuencímetro se conecta entre los extremos de las fases de la red cuya frecuencia se quiere medir. Para medir la frecuencia a tensiones elevadas el frecuencímetro se interconecta mediante transformadores de tensión.

Existen dos tipos de frecuencímetro: • Láminas vibrantes. • Bobina móvil. Hoy en día, también se fabrican con indicador digital. Osciloscopio El osciloscopio muestra en pantalla la forma que posee una determinada señal de tensión o corriente eléctrica en función del tiempo por lo que es un aparato de medida indispensable para el análisis de los valores que se dan con tensión variable. La figura muestra la imagen de un frecuencímetro y un osciloscopio.


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ACTIVIDAD PRÁCTICA

En esta unidad has visto que para adaptar la señal generada por el campo fotovoltaico en CC a la señal en CA ,que mayormente requieren los elementos de consumo, es necesario que instales un convertidor CC/CA o inversor. Además has visto que existen dos tipos de inversores: El inversor autónomo y el inversor conectado a red. Recuerda que nunca debes utilizar un inversor autónomo en una instalación de conexión a red y viceversa.

Concretamente, has estudiado los inversores autónomos para los que has visto los diferentes tipos existentes, parámetros eléctricos, conexionado, ubicación y mantenimiento. En función del tipo de onda de salida, existen tres tipos de inversores autónomos: de onda cuadrada, onda senoidal modificada y onda senoidal pura. Si bien cada uno de ellos tiene su campo de aplicación ideal, hoy en día, se pueden utilizar los inversores de onda senoidal para cualquier tipo de carga. En cuanto a la conexión del inversor con el resto de elementos de la instalación de ESFV, deberás asegurarte de que lo efectúas en circuito abierto y siguiendo la secuencia adecuada. En este sentido, nunca debes de conectar las cargas que alimenta el inversor a otra red de CA que no sea la suya propia porque se deteriorarían.


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ACTIVIDAD PRÁCTICA


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ACTIVIDAD PRÁCTICA

PARAMETROS DE LOS INVERSORES FOTOVOLTAICOS

Figura 2. Parámetros de los inversoress FV Materiales

1. Módulo didáctico de trabajo 2. Módulo solar fotovoltaico monocristalino (3), Kiocera KC65ST de 65Wp. 3. Inversor Autónomo 4. Cargas de CC y CA. 5. Cables de conexión.

Instrumentos de Medición

1. Multímetro digital (Fluke serie 170)

2. Solarimetro (Radiómetro Digital RD402 (2000W/m2) 3. Osciloscopio 4. Analizador Solar de Amprobe solar-500

guia de trabajo 6, el inversor fv

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