Fotowoltaika i magazyn energii a energia bierna – część 2

Co naprawdę generowało energię bierną pojemnościową? Analiza porównawcza obiektu z PV i magazynem energii

W poprzednim artykule opisałem przypadek zakładu przemysłowego, w którym po montażu instalacji fotowoltaicznej oraz magazynu energii zaczęły pojawiać się wysokie opłaty za energię bierną pojemnościową – Fotowoltaika i magazyn energii a energia bierna.

Już wtedy było widać, że:

• sam problem jest realny,
• poziom energii biernej jest zauważalny,
• a obecność PV i magazynu energii ma wpływ na pracę całego obiektu.

Po publikacji tamtego materiału postanowiłem jednak sprawdzić temat dokładniej.

Nie po to, żeby dobrać kompensator — bo do tego wystarczyłby standardowy pomiar na wejściu do budynku — ale po to, żeby rzeczywiście zobaczyć:

• ile energii biernej generuje sam obiekt,
• jaki wpływ ma instalacja PV i magazyn energii,
• oraz co faktycznie odpowiada za wzrost opłat.

Chciałem po prostu sprawdzić to „czarno na białym”.

Sam pomiar do kompensacji to jedno. Analiza źródła problemu to coś zupełnie innego

W praktyce bardzo często wygląda to tak:

• pojawia się energia bierna pojemnościowa,
• wykonywany jest pomiar na wejściu do obiektu,
• dobierany jest kompensator,
• temat zostaje zamknięty.

I technicznie to zwykle wystarcza.

W tym przypadku postanowiłem jednak podejść do tematu szerzej, ponieważ coraz częściej spotykam obiekty z:

• fotowoltaiką,
• magazynami energii,
• dużą ilością oświetlenia LED,
• oraz rozbudowaną energoelektroniką.

Jednocześnie praktycznie nigdy nie spotkałem się z sytuacją, w której inwestor został wcześniej uprzedzony, że takie układy mogą wpływać na poziom energii biernej pojemnościowej i późniejsze opłaty dystrybucyjne.

Najczęściej słyszy się raczej:

• że falowniki mają nowoczesne układy kompensacji,
• że wszystko jest „neutralne dla sieci”,
• albo że problem na pewno leży gdzieś indziej.

Nie twierdzę, że producenci takich rozwiązań mijają się z prawdą.
Natomiast z praktycznych pomiarów bardzo wyraźnie widać, że układy energoelektroniczne potrafią wpływać na poziom energii biernej pojemnościowej — niezależnie od zastosowanych algorytmów czy wbudowanych funkcji kompensacji.

I właśnie dlatego postanowiłem sprawdzić ten obiekt dużo dokładniej.

Obiekt: PV, magazyn energii i praktycznie pełne oświetlenie LED

Analizowany zakład posiadał:

• instalację fotowoltaiczną,
• magazyn energii 50 kWh,
• oraz oświetlenie LED praktycznie w całym obiekcie.

Zakład pracował głównie:

• od poniedziałku do piątku,
• w godzinach 7:30–15:30.

Jednocześnie część oświetlenia pozostawała załączona również poza godzinami pracy.

Układ zasilania wyglądał następująco:

• zasilanie z sieci trafiało do układu SZR,
• do tego samego układu podłączone były PV i magazyn energii,
• za SZR-em zasilany był cały budynek.

Pierwsza rzecz, która wzbudziła moje wątpliwości

Po analizie faktur było widać dość wyraźną sezonowość:

• zimą poziom energii biernej pojemnościowej był większy,
• a opłaty rosły.

I właśnie to było ciekawe.

Gdyby głównym źródłem problemu była sama fotowoltaika, intuicyjnie większego wpływu należałoby spodziewać się raczej w okresach większej produkcji energii — czyli wiosną i latem.

Tutaj sytuacja wyglądała inaczej.

Pojawiła się więc hipoteza, że:

• sam budynek generuje stałe tło energii biernej pojemnościowej,
• duży wpływ może mieć oświetlenie LED,
• a PV i magazyn energii jedynie dodatkowo zwiększają poziom energii biernej.

Żeby to zweryfikować, wykonałem dwa niezależne pomiary tygodniowe.

Pierwszy pomiar – sam budynek

Pierwszy analizator został podłączony za układem SZR, tak aby pomiar obejmował wyłącznie sam obiekt — bez wpływu PV i magazynu energii.

Pomiar trwał:

• 7 dni,
• z interwałem zapisu 2 sekundy.

Wyniki:

Okazało się, że:

• obiekt przez praktycznie cały czas miał charakter pojemnościowy,
• udział czasu z Q < 0 wynosił około 99%,
• średnia moc bierna pojemnościowa wynosiła około −1,87 kVAr,
• nocne tło utrzymywało się zwykle w okolicach −1,4 kVAr,
• w godzinach pracy poziom wzrastał najczęściej do około −2,5 do −3 kVAr.

Pojawiały się również krótkie chwilowe piki nawet do około −15 kVAr, jednak trwały bardzo krótko i nie były reprezentatywne dla normalnej pracy obiektu.

Najważniejszy był jednak inny wniosek:

Sam budynek generował stałe tło pojemnościowe

I to niezależnie od pracy fotowoltaiki.

Już pierwszy pomiar pokazał, że problem nie wynika wyłącznie z obecności PV czy magazynu energii.

Drugi pomiar – budynek + PV + magazyn energii

Drugi pomiar został wykonany na wejściu do budynku, czyli w punkcie obejmującym:

• cały obiekt,
• instalację PV,
• magazyn energii.

Ponownie wykonano tygodniowy pomiar z interwałem 2 sekund.

Wyniki:

Dla całego układu:

• średnia moc bierna pojemnościowa wzrosła do około −2,80 kVAr,
• mediana wynosiła około −2,65 kVAr,
• najgorszy 15-minutowy średni kwadrans osiągał około −4,44 kVAr.

Po zestawieniu obu pomiarów wyszło, że:

• sam budynek generował średnio około −1,87 kVAr,
• cały układ około −2,80 kVAr.

Różnica wynosiła więc około:

• −0,93 kVAr,
• czyli mniej więcej 50% więcej energii biernej pojemnościowej.

I tutaj pojawił się najciekawszy wniosek z całej analizy.

Największy dodatkowy wpływ był widoczny nocą

Po rozdzieleniu danych na:

• godziny pracy,
• oraz godziny nocne,

okazało się, że dodatkowy wkład PV i magazynu był większy właśnie nocą.

Noc (22:00–6:00)

• sam budynek: około −1,40 kVAr,
• cały układ: około −2,56 kVAr,
• wzrost: około +83%.

Godziny pracy

• sam budynek: około −2,89 kVAr,
• cały układ: około −3,60 kVAr,
• wzrost: około +24%.

I to był bardzo ważny moment.

Bo oznaczało to, że:

• sama fotowoltaika nie była głównym źródłem problemu,
• większy wpływ miał prawdopodobnie magazyn energii lub związana z nim energoelektronika pracująca również poza godzinami produkcji PV.

Co pokazały profile zimowe?

Dodatkowo przeanalizowałem profile 15-minutowe z licznika dla miesięcy zimowych.

I tutaj pojawiło się kolejne ciekawe zjawisko.

Zimą:

• poziomy Q− nie były dużo większe,
• ale utrzymywały się znacznie dłużej.

Największe wartości energii biernej pojemnościowej występowały głównie:

• nocą,
• oraz poza godzinami pracy.

Bardzo dobrze pasowało to do wpływu oświetlenia LED, które zimą pracuje po prostu przez dłuższy czas.

W praktyce oznaczało to, że:
większe opłaty zimą nie wynikały z dużych skoków mocy biernej, tylko z długiego czasu utrzymywania się podobnego poziomu Q−.

Wniosek? Rzeczywistość jest bardziej złożona niż „to przez PV”

Ten przypadek bardzo dobrze pokazuje, że:
obecność fotowoltaiki nie oznacza automatycznie, że to właśnie ona odpowiada za energię bierną pojemnościową.

W analizowanym obiekcie:

• sam budynek generował stałe tło pojemnościowe,
• bardzo duży wpływ miało oświetlenie LED,
• PV i magazyn energii dodatkowo zwiększały poziom energii biernej,
• ale największy dodatkowy wpływ widoczny był nocą, a nie podczas pracy samej fotowoltaiki.

I właśnie dlatego sama analiza faktur bardzo często nie pokazuje pełnego obrazu sytuacji.

Dopiero pomiary porównawcze pozwalają sprawdzić:

• co rzeczywiście generuje energię bierną,
• kiedy problem jest największy,
• i jak dobrać skuteczną kompensację.

Podsumowanie

Ten przypadek bardzo dobrze pokazuje, że energia bierna pojemnościowa w obiektach z fotowoltaiką i magazynami energii bardzo rzadko ma jedno konkretne źródło.

W analizowanym obiekcie:

• sam budynek generował stałe tło pojemnościowe,
• bardzo duży wpływ miało oświetlenie LED,
• PV i magazyn energii dodatkowo zwiększały poziom energii biernej,
• ale największy dodatkowy wpływ widoczny był nocą, a nie podczas pracy samej fotowoltaiki.

Dopiero porównanie:

• samego budynku,
• oraz budynku razem z PV i magazynem energii

pozwoliło dokładnie zobaczyć, co rzeczywiście zwiększa poziom energii biernej pojemnościowej i kiedy problem jest największy.

Ta analiza potwierdziła również coś, co coraz częściej widać w nowoczesnych obiektach:
energia bierna pojemnościowa bardzo często nie wynika z jednego urządzenia, tylko z sumy kilku różnych elementów pracujących jednocześnie — takich jak oświetlenie LED, falowniki, magazyny energii i pozostała energoelektronika.

I właśnie dlatego w takich obiektach sama analiza faktur bardzo często nie pokazuje pełnego obrazu sytuacji.

Dopiero pomiary oraz analiza rzeczywistej pracy obiektu pozwalają określić:

• co faktycznie generuje energię bierną,
• kiedy problem jest największy,
• oraz jakie rozwiązanie będzie rzeczywiście skuteczne.

Jeżeli chcesz sprawdzić, co naprawdę powoduje opłaty za energię bierną w Twoim obiekcie — zadzwoń i powiedz co się dzieje