Inversores de onda senoidal, ¿Qué son?

Buscar información sobre el inversores de onda senoidal y encontrar artículos que hablan de «onda senoidal cuadrada» dice bastante del nivel de lo que circula. Una onda cuadrada no es senoidal: son dos cosas opuestas, y mezclarlas significa que el artículo no distingue las tres formas de onda que de verdad existen.

También es habitual leer que estos inversores alcanzan «hasta el 90 %» de rendimiento, cifra que estaba desfasada hace quince años: los inversores actuales están entre el 96 y el 98,6 %. Y ninguno de los artículos que compiten por esta búsqueda da un solo valor de distorsión armónica, que es precisamente el número que distingue una onda buena de una mala.

En esta guía tienes las tres formas de onda bien definidas, los valores de distorsión de cada una, cómo se genera una senoidal con modulación de ancho de pulso y filtrado, qué aparatos exigen onda pura y qué le pasa a cada uno con onda modificada, los rendimientos reales incluido el consumo en vacío, por qué en una instalación conectada a la red la onda pura es un requisito legal, y cómo dimensionar la potencia con el factor de arranque.

Qué son los inversores de onda senoidal

Un inversor es el equipo que convierte corriente continua en corriente alterna. Los paneles solares y las baterías trabajan en continua; los enchufes de tu casa y todos los aparatos funcionan en alterna a 230 V y 50 Hz. El inversor es el traductor entre los dos mundos.

Y los inversores de onda senoidal, también llamados de onda senoidal pura, es el que produce una alterna cuya forma de onda es prácticamente idéntica a la de la red eléctrica: una sinusoide perfecta, sin escalones ni picos. Es lo que esperan todos los aparatos diseñados para funcionar enchufados a la red.

Dicho de otra forma: no es que los inversores de onda senoidal sean «mejores», es que son los inversores correctos. Las otras formas de onda son simplificaciones electrónicas más baratas que funcionaban aceptablemente con los aparatos de hace treinta años y que hoy tienen muy poco sitio. El papel del inversor dentro de una instalación completa está en qué es un inversor solar y qué hace.

Las tres formas de onda que existen de verdad

Son tres, y conviene nombrarlas bien porque es donde empieza la confusión:

• Onda cuadrada. La tensión salta directamente de más 230 a menos 230 V y vuelve, sin pasar por valores intermedios. Es la más sencilla de generar y la de peor calidad. Hoy prácticamente no se fabrica para uso general.
• Onda senoidal modificada, también llamada cuasisenoidal o escalonada. No es una senoide, es una onda cuadrada con un escalón intermedio en cero: sube a un valor, se queda un tiempo, baja a cero, se queda, baja al valor negativo y así. Vista en un osciloscopio parece una escalera, no una curva.
• Onda senoidal pura. Una sinusoide real, generada por conmutación a alta frecuencia y filtrado, indistinguible de la red para cualquier aparato.

Que no existe nada llamado «onda senoidal cuadrada» es importante por una razón práctica: si un vendedor usa ese término, es muy probable que esté vendiendo una onda modificada presentándola como senoidal. El nombre comercial a veces se estira y conviene mirar la ficha, no la etiqueta.

Y una aclaración sobre la red eléctrica: la red española entrega onda senoidal a 50 Hz, es decir, cincuenta ciclos completos por segundo, lo que supone cien cambios de polaridad por segundo. Los 230 V son tensión, no frecuencia; verlos escritos como «220 Hz» en algún artículo es un error de unidades.

La distorsión armónica: el número que separa una onda de otra

Aquí está el dato cuantitativo que ninguno de los artículos de la competencia da. La calidad de una onda se mide con la tasa de distorsión armónica, el THD, que indica cuánto se aparta la onda real de una sinusoide perfecta:

Esa es la cifra que hay que pedir en una ficha técnica y la que permite comparar. Un inversor que no declara su THD, o que lo declara «a carga nominal» sin decir nada más, es un inversor sobre el que conviene preguntar.

El THD importa además por un efecto de segundo orden que explicamos en otro artículo: la distorsión degrada el factor de potencia de la instalación aunque el desfase sea bueno, y eso tiene consecuencias económicas en una empresa. Lo desarrollamos en qué es el factor de potencia.

Cómo se genera una onda senoidal: PWM y filtrado

Entender el mecanismo aclara por qué la onda pura cuesta más y por qué es mejor. No se genera una curva directamente: se construye.

• Modulación por ancho de pulso (PWM). La electrónica conecta y desconecta la tensión continua a una frecuencia muy alta, del orden de decenas de kilohercios, variando la duración de cada pulso. Pulsos largos donde la senoide debería ser alta, pulsos cortos donde debería ser baja.
• Filtrado LC. Un filtro de bobinas y condensadores suaviza ese tren de pulsos y deja pasar solo la envolvente, que es la senoide. El filtro es lo que de verdad cuesta y pesa.
• Control en lazo cerrado. El equipo mide su propia salida y corrige los pulsos en tiempo real para mantener la forma, la tensión y la frecuencia estables ante cambios de carga.

La diferencia con una onda modificada es que allí no hay filtrado real: la electrónica genera directamente los escalones y los entrega tal cual. Es mucho más barato, pesa menos y el resultado es la escalera del apartado anterior.

Un detalle que a veces se confunde: la conmutación PWM en sí misma es muy eficiente, en torno al 98 %, tanto en un inversor como en un regulador de carga. Las pérdidas no vienen de los pulsos. En el caso del regulador de carga, por ejemplo, la pérdida tiene otro origen y la explicamos en el regulador de carga solar.

Qué es realmente la onda senoidal modificada

Merece su propio apartado porque es el producto que más se vende con información equivocada. Una onda senoidal modificada tiene tres características que conviene conocer:

• El valor eficaz es correcto, la forma no. Un inversor de onda modificada entrega unos 230 V eficaces, así que un multímetro básico marca lo correcto. El problema está en cómo llega esa tensión: en escalones, con transiciones bruscas.
• El factor de cresta es distinto. El pico de tensión de una onda modificada no guarda la relación habitual con su valor eficaz, lo que descoloca a las fuentes de alimentación que cargan un condensador a partir del pico.
• Tiene mucho contenido armónico. Entre el 20 y el 45 % de THD, y esos armónicos son los que calientan bobinados y hacen zumbar transformadores.

Dónde funciona bien: cargas puramente resistivas, es decir, bombillas incandescentes, resistencias de calefacción, herramientas con motor universal de escobillas, y en general cualquier cosa a la que solo le importe el valor eficaz de la tensión.

Dónde no: en todo lo demás, y el apartado siguiente lo detalla. Lo que no es correcto es la recomendación que se lee en algunos artículos de usar onda modificada para ordenadores y televisores: son precisamente equipos con fuente conmutada y electrónica sensible.

Qué aparatos exigen onda senoidal pura y por qué

Fíjate en que la columna del «no» tiene dos filas y la del «sí», nueve. Eso resume la situación del mercado actual: prácticamente todo lo que se enchufa hoy en una casa lleva electrónica, y la onda modificada es un producto de otra época.

Hay un caso que conviene destacar porque sorprende: los equipos con corrección activa de factor de potencia, que son la mayoría de las fuentes de ordenador y televisor modernas, pueden directamente negarse a arrancar con onda modificada, o hacerlo con un ruido audible. No es que funcionen peor: pueden no funcionar.

Qué le pasa a un aparato alimentado con onda modificada

Los efectos concretos, ordenados por frecuencia con que los vemos:

• Calentamiento adicional en motores y transformadores. Los armónicos generan corrientes parásitas que no producen trabajo pero sí calor. Un motor puede trabajar entre un 10 y un 20 % más caliente, lo que acorta su vida.
• Zumbido audible. Transformadores, balastos y motores vibran a la frecuencia de los armónicos. Es el síntoma más evidente y el que más molesta de noche.
• Pérdida de potencia útil. Un microondas alimentado con onda modificada puede tardar bastante más en calentar lo mismo.
• Errores de medida y de control. Equipos que miden la red para sincronizarse o para decidir si arrancar pueden interpretar mal la señal.
• Parpadeo e inestabilidad en iluminación LED y en reguladores de intensidad.
• Protecciones que saltan sin causa aparente, porque los armónicos elevan la corriente eficaz real por encima de lo que la carga parecería pedir.

Y hay un efecto que no es un daño pero despista mucho: un multímetro básico, que mide valor medio y lo escala suponiendo una senoide, da lecturas erróneas con onda modificada. Para medir en esas condiciones hace falta un multímetro de verdadero valor eficaz.

Rendimiento real de un inversor de onda senoidal y el consumo en vacío

Las cifras que circulan en los artículos del sector están muy desfasadas. Estos son los valores reales del mercado actual:

Dos conceptos que conviene distinguir. El rendimiento máximo es el del punto óptimo de la curva, normalmente en torno al 50 o 60 % de carga. El rendimiento europeo es una media ponderada de varios niveles de carga que refleja mucho mejor el funcionamiento real a lo largo del día, y es el que hay que comparar.

Y el consumo en vacío es el dato olvidado: lo que gastan los inversores de onda senoidal solo por estar encendido, sin nada conectado. En un sistema pequeño que funciona todo el año, 10 W continuos son 88 kWh al año, que pueden ser una parte significativa del consumo total. Por eso los inversores pequeños traen modo de ahorro o de búsqueda de carga.

La idea de que un inversor de onda pura alcanza «hasta el 90 %» es de otra generación de producto. Los criterios actuales para elegir equipo están en los mejores inversores solares del mercado.

Conectado a la red: aquí la onda pura no es una opción, es obligatoria

Esta es la parte que ningún artículo del sector cuenta y que conviene aclarar de entrada, porque cambia la conversación por completo.

Si tu instalación es de autoconsumo conectado a la red, que es el caso de prácticamente todas las viviendas y empresas, la onda senoidal pura no es una opción que elijas: es un requisito. Un inversor que inyecta corriente a la red tiene que sincronizarse con ella en frecuencia y en fase, y entregar una onda con distorsión muy baja, porque si no estaría contaminando la red de todos.

• Todos los inversores de autoconsumo del mercado son de onda senoidal pura, con THD por debajo del 3 % y habitualmente por debajo del 2 %.
• Hay normas que lo exigen: la UNE-EN 62109 para la seguridad de los convertidores, las normas de conexión a la red de distribución y la instrucción del reglamento electrotécnico de baja tensión dedicada a las instalaciones generadoras.
• No hay inversores de onda modificada conectables a la red. Simplemente no existen como producto, porque no podrían cumplir los requisitos.

Es decir: si lo que estás montando es autoconsumo para tu casa o tu negocio, no tienes que preocuparte por la forma de onda. La pregunta sobre onda pura o modificada solo tiene sentido en sistemas de corriente continua sin conexión a la red, y la vemos más abajo. El planteamiento de una instalación conectada está en instalación de placas solares en casa.

La función antiisla y los requisitos de conexión

Un inversor conectado a la red tiene que hacer algo más que entregar una onda sin distorsión: tiene que saber cuándo no entregarla.

La protección antiisla es la función que desconecta el inversor de la red cuando detecta que la red ha caído. Es imprescindible por seguridad: si la red se va y el inversor siguiera inyectando, mantendría con tensión un tramo que los operarios creen desenergizado.

• Detecta la ausencia de red por variaciones de frecuencia, de tensión y de impedancia, y desconecta en milisegundos.
• Vuelve a conectarse tras un tiempo de espera cuando la red se restablece de forma estable.
• Es la razón de que una instalación solar normal no funcione en un apagón. No es un defecto: es seguridad.

Para tener electricidad durante un corte hace falta algo más: una salida de respaldo en el inversor, llamada habitualmente EPS o backup, que aísla un circuito de la casa de la red y lo alimenta desde la batería. Es una función concreta que hay que pedir en el presupuesto, y la explicamos en un sistema de respaldo ante cortes de luz.

Si en tu casa hay bomba de calor, conviene saber qué ocurre con ella en esa situación, y lo contamos en qué pasa con la aerotermia en un apagón.

Sistemas sin conexión a la red: inversor cargador y todo en uno

Aquí es donde la elección de la forma de onda sí es una decisión real. En un sistema de corriente continua sin conexión a la red hay tres arquitecturas:

• Inversor simple. Convierte la continua de la batería en alterna y nada más. La carga de la batería la gestiona un regulador de carga aparte.
• Inversor cargador. Hace lo anterior y además puede cargar la batería desde un generador o desde la red cuando esté disponible. Es el más habitual.
• Todo en uno. Integra el inversor, el cargador y el seguidor de máxima potencia de los paneles en un solo equipo. Es la arquitectura dominante hoy y la razón por la que el regulador de carga independiente se ve cada vez menos.

En las tres, la recomendación es la misma y es categórica: onda senoidal pura. El ahorro de una onda modificada no compensa los problemas que genera con cualquier aparato moderno, y la diferencia de precio se ha reducido mucho en los últimos años.

Conviene decir también qué no hacemos nosotros: en Isla Solar trabajamos instalaciones conectadas a la red para vivienda unifamiliar y para empresa, así que este apartado es informativo. El dimensionado de la parte de almacenamiento en una instalación conectada es otra cosa y lo explicamos en instalar placas solares con baterías.

Cómo dimensionar la potencia: nominal, pico y factor de arranque

La potencia de los inversores de onda senoidal se da en dos cifras y hay que entender las dos:

• Potencia nominal o continua. La que puede entregar de forma indefinida. Es la que tiene que cubrir la suma de los consumos simultáneos.
• Potencia de pico. La que puede entregar unos segundos, normalmente el doble de la nominal. Cubre los arranques.

Y el dato que decide: las cargas con motor piden entre dos y tres veces su potencia nominal en el arranque, y hasta cinco o seis en motores antiguos sin arrancador electrónico. Por eso un inversor se dimensiona por el pico y no solo por la suma:

Ejemplo de dimensionado. Una instalación que tiene que alimentar nevera, iluminación, un televisor y ocasionalmente una bomba de 0,75 kW: la suma continua son unos 600 W, pero el pico de la bomba son 3.000 W. Hace falta un inversor de 2.000 W nominales con 4.000 W de pico, no uno de 800 W.

Y el error contrario también existe: sobredimensionar mucho significa pagar más y, sobre todo, cargar con el consumo en vacío de un equipo grande las 24 horas del día.

Tensión de entrada: 12, 24 o 48 V y cuándo subir

La tensión del lado de continua determina la corriente que tiene que manejar el inversor, y de ahí casi todo lo demás:

La columna del centro lo explica todo: alimentar 2.000 W a 12 V exige mover 185 amperios, lo que requiere cables de sección enorme, bornes sobredimensionados y produce pérdidas importantes en cualquier tramo de cable. A 48 V son 46 A y el problema desaparece.

La regla práctica es subir de tensión en cuanto la potencia crece: 12 V solo para sistemas muy pequeños, 24 V para medianos y 48 V por encima. Y es el mismo razonamiento que explicamos para la capacidad de las baterías en qué es un amperio hora y cómo pasarlo a kWh.

Sección de cable, caída de tensión y protecciones

La parte que decide si la instalación funciona de verdad y que ningún artículo del sector trata:

• Caída de tensión en el lado de continua. El objetivo razonable es no pasar del 1 % entre batería e inversor. En continua y a baja tensión, un tramo corto con sección insuficiente ya produce una caída inaceptable, y además el inversor se apaga por baja tensión antes de lo debido.
• El tramo batería-inversor es el más crítico de toda la instalación, porque es donde circula la corriente más alta. Se hace lo más corto posible y con sección generosa.
• Protección en el lado de continua lo más cerca posible del borne de la batería, con fusible o magnetotérmico dimensionado para esa corriente.
• Protección en el lado de alterna, con diferencial y magnetotérmicos del cuadro de distribución.
• Puesta a tierra según corresponda a la configuración del sistema.
• Ventilación del equipo. Un inversor disipa entre el 2 y el 10 % de la potencia que mueve, y en un armario cerrado reduce su potencia disponible por temperatura.

Y un detalle de montaje que evita averías: no instalar el inversor directamente encima de las baterías cuando son de plomo abierto, porque los vapores del electrolito corroen la electrónica. Es el mismo criterio que aplicamos con el resto de la electrónica de la instalación.

Tabla comparativa de las tres formas de onda

¿Quieres saber qué equipo necesita tu instalación? Puedes calcular tu instalación en dos minutos y te damos el dimensionado completo.

Cómo elegir los inversores de onda senoidal paso a paso

• 1. Define si es conectado a la red o no. Si es conectado, cualquier inversor de autoconsumo del mercado es de onda pura y la pregunta se resuelve sola; lo que hay que elegir son otras cosas.
• 2. Suma los consumos simultáneos para la potencia nominal, y localiza el mayor pico de arranque para la potencia de pico.
• 3. Elige la tensión de continua según esa potencia: 24 V hasta 2.000 W y 48 V por encima.
• 4. Comprueba el THD declarado, que debe estar por debajo del 3 %, y el rendimiento europeo, no solo el máximo.
• 5. Mira el consumo en vacío y si tiene modo de ahorro, sobre todo en sistemas pequeños de funcionamiento continuo.
• 6. Comprueba la compatibilidad con la batería: perfiles de carga de la química que vayas a usar y comunicación con el sistema de gestión de la batería.
• 7. Revisa la monitorización y si permite ver producción y consumo en una aplicación, que es lo que después permite detectar problemas.
• 8. Comprueba la garantía, que en inversores de autoconsumo va de 5 a 10 años ampliables, y el servicio técnico en España.

De todos esos pasos, el que más gente se salta es el segundo, y es el que provoca que un inversor correcto no arranque una bomba. Y el que más importa a largo plazo es el octavo: un inversor es el componente de una instalación solar con más probabilidad de necesitar servicio técnico durante su vida útil.

Precios orientativos por tipo y potencia

La diferencia de precio entre onda modificada y onda pura en las gamas pequeñas es de unos cien euros, y es lo que separa una instalación que funciona con cualquier aparato de una que da problemas con la mitad. Es probablemente el ahorro peor planteado que se puede hacer en una instalación eléctrica.

En los inversores de autoconsumo, el precio no depende de la forma de onda, porque todos son puros: depende de la potencia, de si es híbrido, del número de seguidores de máxima potencia y de las funciones de respaldo y monitorización, no de la forma de onda.

Seis errores al comprar los inversores de onda senoidal

• Fiarse del nombre comercial. «Onda senoidal» a secas en un anuncio muy barato suele ser onda modificada. Hay que mirar el THD en la ficha.
• Dimensionar por la suma de potencias nominales sin contar el pico de arranque de los motores.
• Elegir 12 V para una potencia de 2.000 W, lo que obliga a mover 185 amperios y a secciones de cable desproporcionadas.
• Comparar rendimientos máximos en lugar de rendimientos europeos.
• Olvidar el consumo en vacío en un sistema que funciona todo el año.
• Instalar un inversor grande en un armario cerrado, donde reduce su potencia disponible por temperatura.

Y uno más, conceptual: pensar que la forma de onda es un problema a resolver en una instalación de autoconsumo conectada a la red. No lo es. Ahí los criterios de elección son otros: potencia, número de seguidores, capacidad híbrida, respaldo y garantía.

Qué inversores de onda senoidal instalamos y por qué

Trabajamos con tres fabricantes en instalaciones conectadas a la red, y los tres entregan onda senoidal pura con distorsión por debajo del 2 %, porque es lo que exige la conexión:

• Huawei. Monitorización por módulo con optimizadores, muy buena gestión de sombras parciales y rendimientos en la parte alta del mercado.
• GoodWe. Muy buena relación entre prestaciones y precio, gama híbrida completa y soporte sólido en España. Los detallamos en los inversores GoodWe.
• Fronius. Fabricación europea, electrónica muy robusta y una gama pensada para instalaciones que tienen que durar.

Lo que miramos al elegir entre ellos no es la forma de onda, que es la misma, sino cuatro cosas: el número de seguidores de máxima potencia, que condiciona cómo se reparten los paneles entre aguas de cubierta; la capacidad híbrida, si va a haber batería; la función de respaldo ante cortes; y el servicio técnico.

El primero de esos cuatro criterios se entiende mejor conociendo cómo funciona el seguimiento del punto de máxima potencia, que explicamos en qué es un seguidor MPPT.

Y para repartir bien los paneles entre seguidores hace falta leer su ficha, que es lo que explicamos en cómo leer la ficha técnica de un panel solar.

El marco legal y económico de todo esto es el autoconsumo fotovoltaico conectado a la red, con compensación de excedentes.

Si además va a haber almacenamiento, el número de kWh que conviene está en cuántas baterías solares necesitas en casa.

Y el principio físico que genera la corriente continua que el inversor convierte es el efecto fotovoltaico.

Preguntas frecuentes sobre los inversores de onda senoidal

¿Estás montando una instalación y no sabes qué inversor necesitas? cuéntanos qué quieres alimentar y te decimos qué equipo necesitas.

La relación entre la potencia de los paneles y la del inversor, que es el otro criterio de dimensionado, está en la potencia de las placas solares.

Y una vez en marcha, el rendimiento real del inversor frente al esperado se vigila en nuestros planes de mantenimiento de placas solares Plus-10 e Integral-25.

Escrito por Juan Manuel del Val

Soy Graduado en Comercio y especialista en SEO en Isla Solar. Mi misión es facilitar el acceso a la energía solar y aerotermia mediante contenidos claros y optimizados.

Revisado por David Alonso Reviriego

CEO y fundador de Isla Solar. Mi objetivo es democratizar el acceso a la energía solar para que el autoconsumo sea una realidad al alcance de todos.