Inversores Sin Transformador: Beneficios Clave y Cómo Revolucionan la Energía Solar

A veces, la tecnología da saltos gigantes para la comunidad. La tecnología sin transformador es uno de estos avances. Ofrece a servicios públicos, productores independientes e integradores entrega de potencia ilimitada y complejidad reducida. Significa que los dos tipos más comunes de instalaciones fotovoltaicas comerciales pueden usar métodos más eficientes y reducir costos.

Los inversores sin transformador son más pequeños y ligeros que sus contrapartes con transformador, razones importantes para considerarlos.

Descubra cómo funcionan, los mejores circuitos, consideraciones de instalación y sus beneficios.

¿Qué es un Inversor Sin Transformador?

Un inversor de potencia convierte electricidad de corriente continua (CC) de voltaje bajo a corriente alterna (CA) de voltaje alto, que usan los electrodomésticos.

En lugar de necesitar un transformador interno para convertir energía, un inversor sin transformador puede aumentar voltaje usando proceso computarizado de múltiples pasos. Los componentes electrónicos cambian potencia CC de baja frecuencia a CA de alta frecuencia. Luego convierte la potencia de nuevo a CC y finalmente a voltaje CA de frecuencia estándar.

3 Mejores Circuitos para Inversores Sin Transformador

Las tres mejores configuraciones son IC 4047, diseño compacto de 200 vatios, y circuitos inversores solares. Son pequeños, relativamente simples, y dependen de batería o energía solar en lugar de transformador interno.

IC 4047

Fig 4: IC 4047

El IC 4047 es uno de los circuitos más simples para inversor sin transformador. No requiere bootstrap ni drivers IC especiales.

Sin embargo, es 2-3 veces mayor que dispositivos N-channel similares con tolerancia térmica disminuida y especificaciones de corriente aumentadas. Los diseñadores lo evitan para unidades profesionales y comerciales.

Cómo Funciona

El IC 4047 es un multivibrador de baja potencia usable en modos astable o monostable. Puede integrar entradas de disparo externas en modo astable (compuerta verdadera o complementaria). En modo monostable, puede disparar por flanco positivo o negativo.

Su característica re-disparable permite extender tiempo de salida según necesidad.

Tiene oscilador incorporado que permite opciones de frecuencia variable con red RC externa.

Configuración

• Potencia: Baterías 190V carga completa, 160V carga moderada
• IC 555: PWM
• Opamp IC: configurado como comparador con ondas triangulares para procesar SPWMs requeridos
• Interruptor buffer BJTs: según pulsos SPWM con MOSFETs lado bajo conmutados al mismo patrón
• MOSFETs: clasificados para manejar inversor sin transformador 3kva (ej. IRFB4137PBF-ND)
• Núcleo de ferrita: en lugar de transformador de hierro pesado

Prueba de Frecuencia

Use fórmula: f = 1/1.453 x Rt x Ct (f en Hz, Rt en Ohmios, Ct en Faradios).

Pruebe rango de frecuencia de salida con medidor de frecuencia digital hasta obtener resultados deseados.

Lista de Partes

• C1 = 0.1uF / PPC
• R1 = 56k
• Resistencia pin 10/11 IC = 330 ohmios – 2uds
• MOSFETs P-channel superiores = FQP4P40 – 2uds
• MOSFETs N-channel inferiores = IRF740 = 2uds
• Resistencias de compuerta MOSFET = 100k – 2uds
• Acopladores ópticos = 4N25 – 2 uds
• Diodos Zener = 12V, 1/2 vatio – 2 uds

Diseño Compacto de 200 Vatios

Configuración simple y eficiente, sin transformador pesado. Las baterías no ocupan mucho espacio y entregan 110V CA a 200 vatios.

Cómo Funciona

El circuito inversor simple de 200 vatios usa entrada CC de alto voltaje de dieciocho baterías de 12 voltios. El IC necesita voltaje de operación estricto de 5-15 voltios, de una de las baterías de 12 voltios.

Configuración

• Potencia: dieciocho baterías de 12 voltios en serie
• Oscilador: compuerta N1 (del IC 4093)
• IC: entrada de una batería de 12 voltios, aplicada a salidas IC relevantes
• Para inversión de onda senoidal real: use generador de onda senoidal en lugar de oscilador de entrada

Lista de Partes

• Batería = 12V/4AH, 18 uds.
• D1 = 1N4148
• IC NAND = 4093
• Q1, Q2 = MPSA92
• Q3 = MJE350
• Q4, Q5 = MJE340
• Q6, Q7 = K1058
• Q8, Q9 = J162

Circuito Inversor Solar Sin Transformador

Fig 3: Sistema de Circuito Inversor Solar Sin Transformador

Diseño que elimina transformador usando MOSFETs de alto voltaje para aprovechar energía solar. Regulador de voltaje ayuda a regular fluctuaciones por pérdida/ganancia de potencia por fluctuaciones de luz solar.

Cómo Funciona

Los circuitos inversores solares sin transformador convierten energía solar en electricidad CA. Tres etapas principales: oscilador, salida y entrega de potencia.

Configuración

• Potencia: paneles solares con voltaje de circuito abierto 17V (atardecer) a 24V (sol brillante), alimentados a B1 y B2
• Resistencia de caída y diodo Zener: limitan a 15V voltaje Zener
• Estabilizador de voltaje: regula voltaje de salida solar entre días soleados y nublados, 170V-260V
• MOSFETs: tipos N y P a 450V y 5 amperios
• Oscilador: IC 555
• Salida: MOSFETs de potencia de alto voltaje

Fórmulas para R₁, R₂, y C₁

T₁=0.7(R₁+R₂)C y T₂=0.7R₁C

Entonces T=0.7(R₁+2R₂)C o f=1.4/(R₁+2R₂)C

Donde T₁ = período alto, T₂ = período bajo, T = período total, f = frecuencia

Lista de Partes

• B1 y B2 = de panel solar
• C1 = 0.1uF
• Diodos = 1N4148
• R1 = 6K8
• R2 = 140K
• R3 = 10K, 10 vatios
• R4, R5 = 100 Ohmios, 1/4 vatio
• Z1 = 5.1V 1 vatio

Alternativamente, instale circuito inversor completo en puente H. Ventaja: solo necesitará un arreglo de panel solar para tener salida 220V.

Fig 5: Sistema de Circuito Inversor Solar Sin Transformador

Diseño que elimina transformador usando MOSFETs de alto voltaje para aprovechar energía solar. Regulador de voltaje ayuda a regular fluctuaciones por pérdida/ganancia de potencia por fluctuaciones de luz solar.

Configuración

• Potencia: paneles solares con voltaje de circuito abierto 17V (atardecer) a 24V (sol brillante), alimentados a B1 y B2
• Resistencia de caída y diodo Zener: limitan a 15V voltaje Zener
• Estabilizador de voltaje: regula voltaje de salida solar entre días soleados y nublados 170V-260V
• MOSFETs: tipos N y P a 450V y 5 amperios
• Oscilador: IC 555
• Salida: MOSFETs de potencia de alto voltaje

Fórmulas para R₁, R₂, y C₁

T₁=0.7(R₁+R₂)C y T₂=0.7R₁C

Entonces T=0.7(R₁+2R₂)C o f=1.4/(R₁+2R₂)C

Donde T₁ = período alto, T₂ = período bajo, T = período total, f = frecuencia

Lista de Partes

• B1 y B2 = de panel solar
• C1 = 0.1uF
• Diodos = 1N4148
• R1 = 6K8
• R2 = 140K
• R3 = 10K, 10 vatios
• R4, R5 = 100 Ohmios, 1/4 vatio
• Z1 = 5.1V 1 vatio

Alternativamente, instale circuito inversor completo en puente H. Ventaja: solo necesitará un arreglo de panel solar para tener salida 220V.

Consideraciones de Instalación de Inversores Sin Transformador

Fig 4: Trabajadores que instalan y prueban inversores sin transformador

Usar inversores tradicionales significa cada uno debe emparejarse con transformador aislante simple o personalizado. La potencia se reduce inmediatamente ya que transformadores aislantes son 99% eficientes como máximo. El tamaño voluminoso y límite de rango estorban. Inversores sin transformador se conectan directamente al edificio o subpanel si es tamaño suficiente.

Sin el transformador pesado, el diseño es ligero y maniobrable, aumentando opciones de instalación. También elimina masivas cantidades de cableado DC y longitud/costo de cableado AC. Puede conectar múltiples inversores en paralelo sin transformadores usando potencia directa para rendimiento más estable.

Diferencias Entre Inversores Basados en Transformador y Sin Transformador

La diferencia principal es el transformador mismo. Su ausencia libera espacio para diseño más limpio, ligero y directo. También lo hace más eficiente. El proceso computarizado y componentes eléctricos mejorados sustituyen al transformador.

Estas fuentes de alimentación ininterrumpida son comunes en centros de datos con instalaciones pequeñas. Disponibles en rangos de potencia desde <10 kVA hasta ~300 kVA.

Beneficios de Usar Inversor Sin Transformador

Fig 5: Inversor sin transformador ligero y compacto

Los inversores sin transformador son más eficientes que convencionales y evitan pérdida interna de energía. Eliminan costos de componentes extra por ausencia de transformador, voluminoso y grande. Versiones sin transformador son ligeras, compactas y usan conmutación electrónica en lugar de mecánica.

También tienen menos ruido mecánico y menos calor de componentes mecánicos. En general, estas propiedades hacen la construcción más barata por no necesitar ventiladores, transformadores y otros componentes voluminosos.

Los inversores convencionales trabajan vía un solo punto de potencia. Un componente con bajo rendimiento baja la salida DC total. Con inversores sin transformador, puede instalarlos en dos direcciones diferentes generando salida DC.

Conclusión

En general, inversores sin transformador son rentables por menos componentes eléctricos más eficientes. Tiene diferentes opciones de circuitos, pero la ventaja general es versatilidad. Uso de electrodomésticos y electrónica más pequeños y compactos hace producción más barata y costo para el consumidor.

Las opciones de circuito dependen del tipo de salida DC requerido. Alternativamente, componentes sin transformador dan ventaja de velocidad y eficiencia. Esta tecnología ha desarrollado y mejorado por décadas y revolucionará el consumo electrónico en el futuro.