Instalacje wytwarzania energii na potrzeby własne i ich wpływ na system kompensacji mocy biernej

Szybki rozwój głównych podzespołów systemów wytwarzania energii fotowoltaicznej na potrzeby własne skierowany w stronę urządzeń coraz bardziej wydajnych i coraz mniej kosztownych (zarówno paneli fotowoltaicznych, jak i inwerterów do konwersji DC/AC), jak również rozsądne i oczekiwane zmiany w przepisach (usprawniające i upraszczające w znaczny sposób formalności oraz wymagania dotyczące wytwarzania własnej energii fotowoltaicznej) skutkują znaczącym i niezatrzymującym się wzrostem instalacji systemów autokonsumpcji. Dzieje się tak, nie tylko w sektorze gospodarstw domowych, ale również w sektorach największych konsumentów energii takich jak przemysł czy sektor usługowy.

Niemniej, z perspektywy systemów kompensacji mocy biernej, już zainstalowanych lub które będą instalowane, należy wziąć pod uwagę, kilka kwestii, które mogą wpływać na ich nieprawidłowe działanie. W efekcie może to skutkować naliczaniem opłat karnych za nadmierne zużycie mocy biernej, których do momentu zainstalowania systemu wytwarzania energii na potrzeby własne nie naliczano.

Instalacja systemów wytwarzania energii fotowoltaicznej na potrzeby własne może powodować nieprawidłowe działanie istniejących urządzeń kompensacji mocy biernej. Należy o tym pamiętać, aby uniknąć niespodziewanych opłat karnych.

Większość problemów, które mogą się pojawić wynika z pewniej podstawowej zasady. Przy instalacji systemu autokonsumpcji, zmniejszamy, w zależności od energii oddawanej przez system w danym momencie, zużycie energii (kWh) z sieci (zarejestrowanej na liczniku przez dostawcę energii) w stosunku do tego, który zaistniałby przy tym samym obciążeniu lecz bez fotowoltaiki.

W zależności od tego jaki procent stanowi produkcja własna względem całkowitego zużycia energii przez nasze odbiorniki, mogą pojawić się różne problemy dotyczące kompensacji mocy biernej, które zasadniczo można podsumować następująco:

• Mniejsza nadwyżka kvarL h, od których unika się naliczania opłat za moc bierną:
  • Nadwyżka kvarL h bez naliczania opłat = 0,33 x ilość kWh w danym okresie taryfowym.
• Możliwość błędów odczytu z regulatora mocy biernej baterii kondensatorowej z powodu:
  • Odczyt cos fi przez regulator mocy biernej różni się od wartości zarejestrowanej przez licznik rozliczeniowy.
  • Zbyt niski przepływ prądu przez przekładnik/i prądowe, które wysyłają pomiary do regulatora.
  • Wartość cos fi zmierzona przez regulator zbyt bliska 0.

W celu lepszego zrozumienia tej kwestii, wymienimy poniżej różne możliwości podłączenia oraz omówimy związane z nimi ewentualne problemy. We wszystkich przypadkach przyjmuje się, że inwerter generuje wyłącznie moc czynną (kW), czyli, jest skonfigurowany aby generować phi = 1, zgodnie z obowiązującymi przepisami elektrotechnicznymi niskiego napięcia. Dlatego, moc bierna (przeważnie indukcyjna) pobierana przez odbiorniki jest mocą pobieraną z sieci elektrycznej.

Główne zagrożenia związane z podłączeniem tego typu są następujące:

• Mniejsza nadwyżka kvarL h, od których unika się naliczania opłat za moc bierną.
• Odczyt cos fi przez regulator mocy biernej różni się od wartości zarejestrowanej przez licznik rozliczeniowy.

Poniższy przykład wyjaśnia powody tych ewentualnych problemów, przyjmując następujące warunki instalacji o stałym zużyciu:

• kW III pobieranych przez odbiorniki: 110 kW
• kW III wytwarzanych przez system autokonsumpcji: 100 kW
• kvarL pobieranych przez odbiorniki: 93 kvarL
• Istniejąca bateria kondensatorów: 2 x 10 + 4 x 20 kvarC (80 kvarC)
• cos fi odczytywany przez regulator (z podłączonymi 80kvarC) 0,99 L

• cos fi z systemem autokonsumpcji odczytywany przez licznik dostawcy: 0,61

• Nadmiar godzinowy mocy biernej: 13 kvarLh - (10 kvarLh x 0,33) = 9,7 kvarLh
• Napięcie w sieci: 3 x 400 VCA
• Przy założeniu 320 godzin / miesiąc (P1 do P5)
  • Dodatkowa opłata na rachunku miesięcznym: 9,7 kvarLh x 320 x 0,062332 € = 193,5 €

Ten typ podłączenia może wiązać się z pewnymi problemami działania baterii kondensatorów. Przekładniki prądowe, które przesyłają sygnał pomiarowy do automatycznego regulatora odczytują tylko zużycie mocy czynnej, niewytwarzanej przez system wytwarzania energii na potrzeby własne, a nie całkowitą moc bierną kompensowanych odbiorników. Jeśli procent mocy czynnej pochodzącej z wytwarzania energii własnej jest niski lub średni względem całego zużycia z odbiorników, działanie regulatora będzie najprawdopodobniej prawidłowe. Jeśli jednak, wytwarzanie energii na potrzeby własne stanowi wysoki procent całkowitego zużycia, wtedy występuje wysokie ryzyko nieprawidłowego działania regulatora.

Główne zagrożenia związane z podłączeniem tego typu są następujące:

• Mniejsza nadwyżka kvarL h, od których unika się naliczania opłat za moc bierną.
• Odczyt cos fi przez regulator mocy biernej różni się od wartości zarejestrowanej przez licznik rozliczeniowy.

• Wartość cos fi zmierzona przez regulator zbyt bliska 0

Poniższy przykład wyjaśnia powody ewentualnego nieprawidłowego działania regulatora, przyjmując ponownie następujące warunki instalacji o stałym zużyciu:

• kW III pobieranych przez odbiorniki: 110 kW
• kW III wytwarzanych przez system autokonsumpcji: 102 kW
• kvarL pobieranych przez odbiorniki: 93 kvarL
• Istniejąca bateria kondensatorów: 10 + 4 x 20 kvarC (90 kvarC)
• Natężenie prądu w przekładniku. (z podłączonymi 90kvarC) 12 A

• Przy przekładniku prądowym 400/5 A, 12 A prądu może nie przesłać właściwego sygnału pomiarowego do regulatora, zarówno pod względem mocy jak i dokładności. Regulator odłącza poszczególne stopnie w przypadku wykrycia sytuacji alarmu krytycznego, ze względu na brak odczytu wartości prądu.
• Z wyłączonymi stopami, odczytany cos fi wynosi: 0,08 L
• Wysokie prawdopodobieństwo niepewnego działania regulatora, wiąże się również z nieskuteczną kompensacją mocy biernej, oraz ryzykiem naliczenia opłat karnych za nadmierne zużycie mocy biernej indukcyjnej, które nie występowało wcześniej.

Możliwym rozwiązaniem jest uniknięcie błędnego działania regulatora, które polega na zmianie typu #2 na typ #1, aby zapewnić, że cos fi mierzony przez regulator odpowiada rzeczywistemu współczynnikowi mocy w instalacji, obliczanemu na podstawie całkowitego zużycia kW w kompensowanych odbiornikach, bez względu na to czy jest to energia pochodząca z sieci czy generowana samodzielnie.

W tym celu, jedną z możliwości jest zainstalowanie kolejnego przekładnika mierzącego moc wygenerowaną samodzielnie, i poprowadzenie jego sygnału wtórnego, razem z przekładnikami wejściowymi, do przekładnika sumacyjnego 5+5/5 A (model TSR-2 de CIRCUTOR), którego sygnał wtórny dostarcza pomiar natężenia do regulatora mocy biernej. Jak widać w typie podłączenia #3.

Zaawansowana metoda kompensacji

Najskuteczniejszym rozwiązaniem, które zapewniłoby prawidłową kompensację mocy biernej niezależnie od stanu działania, specyfikacji i punktu podłączenia systemu autokonsumpcji, jest zainstalowanie, jako uzupełniającego systemu kompensacji, statycznych generatorów mocy biernej model SVGm.
Szczegółowa analiza potrzeb kompensacji pomoże nam określić, które urządzenie SVGm najlepiej nadaje się do zainstalowania w naszej instalacji i zapobiegania naliczeniu kar, które mogą pojawiać się w sposób nieunikniony przy konwencjonalnym systemie baterii kondensatorów. Jak również określić rentowność państwa instalacji.
Główne funkcje statycznych generatorów mocy biernej SVGm wymieniono poniżej:

• Możliwość wstrzykiwania mocy biernej (kompensacji) przy dowolnym stanie prądu w przekładnikach prądowych.
• Dokładne dostosowanie wstrzykiwania mocy biernej, aby osiągnąć docelowy cos fi, ponieważ nie jest to system oparty na stopniach kondensatora.
• Natychmiastowa odpowiedź na zmiany obciążenia, brak prądów przejściowych, oraz odporność na harmoniczne w sieci.

Możliwy typ podłączenia urządzenia SVGm w naszej sieci elektrycznej to typ#4, lecz istnieją inne, w zależności od specyficznych wymagań każdej instalacji i powinny być analizowane w oddzielny sposób odpowiednio do przypadku.

Główne wnioski dotyczące kompensacji mocy biernej w instalacjach, w których zastosowano system autokonsumpcji

Możemy wyróżnić następujące główne aspekty dotyczące tego tematu:

• Redukcja energii czynnej (kWh) rejestrowanej przez licznik rozliczeniowy jest przyczyną głównych problemów, które mogą się pojawić, w związku z tym, im większa generacja własna w stosunku do całości poborów w instalacji (odbiorników), większe prawdopodobieństwo wystąpienia danych problemów.
• W zależności od przyczyny i wagi problemu związanego z kompensacją mocy biernej, można rozważyć różne rozwiązania. Między innymi można pomyśleć o:
  • Modyfikacji punktu przesyłania energii wytworzonej samodzielnie do sieci.
  • Dodaniu przekładników prądowych do pomiaru przesyłu mocy do sieci.
  • Modyfikacji mocy istniejącej baterii:
    • Zwiększeniu mocy baterii, aby uzyskać całkowity średni cos fi najbliższy 1 w zależności od energii pobieranej przez odbiorniki oraz energii dostarczanej z systemu autokonsumpcji.
• Dodanie stopni o mniejszej mocy niż dotychczasowa najmniejsza moc baterii, aby umożliwić kompensację najmniejszego zużycia kvarL, które teraz mogą oznaczać naliczenie opłat karnych. Czyli po prostu dysponowanie stopniami o mniejszej mocy dla dokładniejszego ustawienia
• Zainstalowanie indywidualnej kompensacji w maszynach lub w podrozdzielniach, które uzupełniają generalną kompensację mocy biernej wykonywaną przez automatyczną baterię zamieszczoną na czele instalacji.
• Wyposażenie baterii w regulator gamy Computer SMART III, który może mierzyć moc bierną pobieraną przez 3 fazy, tak samo jak licznik dostawcy, aby móc w ten sposób kompensować w jak najskuteczniejszy i najdokładniejszy sposób.
• Użycie, w każdym przypadku, regulatora energii biernej z możliwością pomiaru energii w 4 kwadrantach, czyli zarówno w sytuacji pobierania z sieci jak i w przypadku wytwarzania. Ta charakterystyka jest szczególnie istotna w przypadku tych wszystkich systemów autokonsumpcji, które mogą przesyłać energię do sieci. Jeśli obecnie można rejestrować tylko pobory w kwadrantach (Q1 i Q4) zaleca się bezdyskusyjnie ich zastosowanie, aby móc przewidzieć ewentualne przyszłe modyfikacje systemu rozliczania, jak również, aby zapobiec błędnemu funkcjonowaniu samego regulatora. Pamiętaj, że w tym sensie, wszystkie regulatory CIRCUTOR z ostatnich gam zapewniają pomiar w 4 kwadrantach.