Fotowoltaika i magazyn energii a energia bierna

Dlaczego fotowoltaika i magazyn energii powodują opłaty za energię bierną?

Jeszcze kilka lat temu problem energii biernej pojemnościowej dotyczył głównie dużych obiektów przemysłowych, długich linii kablowych lub instalacji z rozbudowanym oświetleniem LED.

Obecnie coraz częściej sytuacja wygląda inaczej — opłaty za energię bierną pojawiają się po montażu:

• instalacji fotowoltaicznej,
• magazynu energii,
• nowoczesnych falowników,
• lub modernizacji instalacji elektrycznej.

W praktyce bardzo często wygląda to tak, że inwestor montuje instalację PV, rachunki za energię czynną spadają, ale po pewnym czasie na fakturze zaczynają pojawiać się dodatkowe opłaty za energię bierną pojemnościową.

Dlaczego wcześniej problemu nie było?

W starszych instalacjach większość urządzeń miała charakter indukcyjny.
Silniki, transformatory czy klasyczne oświetlenie powodowały głównie pobór energii biernej indukcyjnej.

Nowoczesne instalacje działają jednak zupełnie inaczej. Coraz więcej urządzeń wykorzystuje:

• falowniki,
• elektronikę energoelektroniczną,
• zasilacze impulsowe,
• filtry EMC,
• oraz rozbudowane układy sterowania.

I właśnie dlatego charakter pracy instalacji zaczyna się zmieniać.

Skąd bierze się energia bierna pojemnościowa?

Bardzo często spotykam się z przypadkami, w których problem energii biernej pojemnościowej pojawia się dopiero po montażu instalacji fotowoltaicznej oraz magazynu energii.

Wiele nowoczesnych falowników posiada możliwość regulacji współczynnika mocy oraz częściowej kompensacji energii biernej, jednak nie są to typowe układy kompensacji działające w taki sam sposób jak dedykowane kompensatory aktywne. W praktyce bardzo często okazuje się, że wewnętrzne funkcje falowników nie są wystarczające do całkowitego wyeliminowania opłat za energię bierną.

Magazyn energii można w dużym uproszczeniu porównać do bardzo rozbudowanego układu UPS. Tego typu urządzenia posiadają rozbudowane układy energoelektroniczne, filtry oraz elementy pojemnościowe, które wpływają na charakter pracy całej instalacji. I tutaj fizyki po prostu nie da się oszukać — nowoczesne urządzenia energoelektroniczne bardzo często wprowadzają do sieci energię bierną pojemnościową.

W praktyce problem dodatkowo nasila się podczas modernizacji całego obiektu. Montaż instalacji PV i magazynu energii bardzo często zbiega się w czasie z:

• wymianą oświetlenia na LED,
• modernizacją rozdzielnic,
• przebudową instalacji elektrycznej,
• lub montażem nowych urządzeń energoelektronicznych.

Wszystkie te elementy wpływają na parametry pracy sieci i mogą zwiększać poziom energii biernej pojemnościowej.

Dlaczego problem często pojawia się dopiero po montażu PV lub magazynu energii?

Bardzo często sama instalacja przed modernizacją działała poprawnie i nie powodowała przekroczeń energii biernej, lub wprowadzała niewielkie jej ilości.

Dopiero po:

• uruchomieniu fotowoltaiki,
• montażu magazynu energii,
• wymianie oświetlenia na LED,
• lub modernizacji rozdzielni,

parametry pracy instalacji zmieniają się na tyle, że zaczynają pojawiać się przekroczenia.

W praktyce szczególnie często widać to:

• w nocy,
• przy małym obciążeniu obiektu,
• lub w okresach przejściowych pomiędzy poborem a oddawaniem energii do sieci.

Dlaczego analiza samych faktur często nie wystarcza?

Faktura pokazuje jedynie końcowy efekt problemu.
Nie pokazuje:

• kiedy pojawiają się przekroczenia,
• jak zachowuje się instalacja,
• czy problem występuje stale czy okresowo,
• ani które urządzenia mają największy wpływ na energię bierną.

Dlatego w praktyce bardzo często konieczne są:

• pomiary jakości energii,
• analiza parametrów pracy instalacji,
• oraz obserwacja obiektu przez kilka dni.

Dopiero wtedy można określić:

• czy problem powoduje fotowoltaika,
• magazyn energii,
• oświetlenie,
• linie kablowe,
• czy kilka elementów jednocześnie.

Warto również pamiętać, że profesjonalne układy pomiarowe stosowane podczas analizy jakości energii oraz nowoczesne kompensatory aktywne posiadają bardzo dokładne systemy pomiarowe, które dużo szybciej i precyzyjniej wykrywają pojawiającą się energię bierną pojemnościową. Bardzo duże znaczenie ma również poprawny dobór oraz prawidłowe działanie przekładników prądowych.

Dodatkowo pomiar wykonywany jest zazwyczaj bezpośrednio przy głównym punkcie zasilania obiektu — czyli dokładnie w tym samym miejscu, w którym parametry pracy instalacji „widzi” licznik operatora energii.

W praktyce bardzo często spotykam się z sytuacjami, w których układ kompensacji dobierany jest wyłącznie na podstawie faktur, co może prowadzić do błędnych wniosków i niewłaściwego doboru urządzenia.

Czy fotowoltaika i magazyny energii są „złe”?

Nie.
I to bardzo ważne, żeby to jasno podkreślić.

Instalacje fotowoltaiczne i magazyny energii same w sobie nie są problemem. Nowoczesne instalacje po prostu zmieniają charakter pracy całego obiektu, a dodatkowe opłaty są efektem zmian parametrów pracy sieci elektrycznej.

W praktyce oznacza to, że po montażu PV lub magazynu energii często trzeba po prostu ponownie przeanalizować parametry pracy instalacji i sprawdzić, czy nie pojawiają się przekroczenia energii biernej.

Czy zawsze potrzebny jest dodatkowy układ kompensacji?

Nie każdy obiekt wymaga dokładnie takiego samego rozwiązania.

W praktyce bardzo dużo zależy od:

• charakteru pracy instalacji,
• rodzaju zastosowanych urządzeń,
• poziomu energii biernej,
• obecności wyższych harmonicznych,
• oraz zmienności obciążenia w ciągu doby.

Z mojego doświadczenia wynika jednak, że w przypadku instalacji z fotowoltaiką i magazynami energii bardzo często najskuteczniejszym rozwiązaniem okazuje się zastosowanie aktywnego układu kompensacji mocy biernej, który dynamicznie reaguje na zmieniające się parametry pracy sieci.

Dlatego dobór rozwiązania powinien być zawsze oparty na rzeczywistych pomiarach parametrów pracy instalacji, a nie wyłącznie na podstawie samych faktur.

Podsumowanie

Coraz większa liczba instalacji fotowoltaicznych oraz magazynów energii powoduje, że problem energii biernej pojemnościowej pojawia się dziś znacznie częściej niż jeszcze kilka lat temu.

Nie oznacza to jednak, że nowoczesne instalacje działają nieprawidłowo. Najczęściej oznacza to po prostu zmianę charakteru pracy całego obiektu i konieczność ponownej analizy parametrów pracy instalacji.

Dlatego w przypadku pojawienia się opłat za energię bierną warto rozpocząć od pomiarów jakości energii oraz dokładnej analizy pracy instalacji.

Każdy obiekt działa inaczej, dlatego skuteczna kompensacja powinna być oparta na rzeczywistych pomiarach parametrów pracy instalacji.