Diseño de protección estructural del inversor fotovoltaico

Con el rápido desarrollo de la industria de las nuevas energías, la generación de energía fotovoltaica se está utilizando cada vez con mayor frecuencia. Como componente clave de los sistemas de generación fotovoltaica, los inversores fotovoltaicos operan en entornos exteriores y están sometidos a pruebas en condiciones extremadamente severas, e incluso a condiciones muy rigurosas.

Para los inversores fotovoltaicos de exterior, el diseño estructural debe cumplir con la norma IP65. Solo al alcanzar esta norma nuestros inversores pueden operar de manera segura y eficiente. La clasificación IP indica el grado de protección contra la entrada de materiales extraños en la carcasa del equipo eléctrico. Esta norma proviene de la norma IEC 60529 de la Comisión Electrotécnica Internacional, que también fue adoptada como norma nacional de Estados Unidos en 2004. A menudo se dice que, en el nivel IP65, la letra “IP” es la abreviatura de “Ingress Protection”, donde el número 6 corresponde al grado de protección contra el polvo (6: impide completamente la entrada de polvo) y el número 5 al grado de protección contra el agua (5: el producto puede ser expuesto a chorros de agua sin sufrir daños).

Para cumplir con los requisitos de diseño mencionados anteriormente, las exigencias en el diseño estructural de los inversores fotovoltaicos son muy estrictas y cuidadosas. Este también es un aspecto que fácilmente puede dar lugar a problemas en las aplicaciones en campo. Entonces, ¿cómo diseñamos un producto inversor de calidad?

En la actualidad, en la industria existen dos métodos de protección comúnmente empleados para el sellado entre la cubierta superior y la caja del inversor. Uno de ellos consiste en utilizar un anillo de silicona impermeable. Este tipo de anillo suele tener un espesor de 2 mm y se instala atravesando la cubierta superior y la caja, ejerciendo presión para lograr un efecto de estanqueidad al agua y al polvo. Sin embargo, este diseño de protección está limitado por la capacidad de deformación y la dureza del anillo de silicona impermeable, por lo que solo resulta adecuado para cajas de inversores de pequeña potencia, de 1 a 2 kW. En los armarios de mayor tamaño, este tipo de solución presenta mayores riesgos ocultos en cuanto a su eficacia protectora.

El siguiente diagrama muestra:

El otro está protegido por espuma de poliuretano de espuma de estireno de la empresa alemana Lanpu (RAMPF), que utiliza moldeo por espumado con control numérico y se une directamente a las piezas estructurales, como la cubierta superior; su deformación puede alcanzar el 50%. En particular, este diseño es especialmente adecuado para la protección de nuestros inversores de tamaño mediano y grande.

El siguiente diagrama muestra:

Al mismo tiempo, y lo que es aún más importante, en el diseño de la estructura, a fin de garantizar un diseño impermeable de alta resistencia, se deberá prever una ranura estanca entre la cubierta superior del chasis del inversor fotovoltaico y la caja, de modo que, incluso si la niebla de agua atraviesa la cubierta superior y la caja, esta no penetre en el interior del inversor; además, las gotas de agua serán desviadas hacia el exterior del tanque de agua, evitando así su entrada en la caja.

En los últimos años, ha habido una feroz competencia en el mercado fotovoltaico. Algunos fabricantes de inversores han realizado ciertas simplificaciones y sustituciones en el diseño de protección y en el uso de materiales con el fin de controlar los costos. Por ejemplo, el siguiente diagrama muestra:

El lado izquierdo presenta un diseño que reduce los costos. El cuerpo de la caja está doblado, lo que permite controlar los costos tanto en el material de chapa metálica como en el proceso de fabricación. En comparación con la caja de tres pliegues del lado derecho, esta presenta claramente menos ranuras de desviación en la caja. Asimismo, la resistencia del cuerpo es considerablemente menor; sin embargo, estos diseños ofrecen un gran potencial para mejorar el rendimiento de impermeabilidad del inversor.

Además, dado que el diseño de la caja del inversor alcanza el nivel de protección IP65 y que la temperatura interna del inversor aumenta durante su funcionamiento, la diferencia de presión provocada por la alta temperatura interna y las condiciones ambientales variables externas puede dar lugar a la entrada de agua, lo que daña los componentes electrónicos sensibles. Para evitar este problema, suele instalarse una válvula impermeable y transpirable en la caja del inversor. Esta válvula permite equilibrar eficazmente la presión y reducir el fenómeno de condensación en el dispositivo sellado, al tiempo que impide la entrada de polvo y líquidos, con el fin de mejorar la seguridad, la fiabilidad y la vida útil de los productos inversores.

Por lo tanto, podemos observar que un diseño estructural de inversor fotovoltaico de calidad exige una planificación y selección cuidadosas y rigurosas, independientemente del diseño de la estructura del chasis o de los materiales empleados. De lo contrario, se reduce ciegamente a la mera reducción de costos, lo que solo puede generar graves riesgos ocultos para la operación estable a largo plazo de los inversores fotovoltaicos.