Instalacja PV a moc bierna i będące jej następstwem dodatkowe opłaty
Adobe Stock – tunedinInstalacja fotowoltaiczna, poza kosztem początkowym inwestycji, powinna zapewniać same korzyści, głównie w postaci niższych rachunków za energię elektryczną. Generalnie tak jest, jednak równocześnie może pojawić się problem związany z mocą bierną i – wynikającymi z jej ponadumownego poboru – dodatkowymi opłatami. Na szczęście można przeciwdziałać zbyt dużym podwyżkom rachunków z tego tytułu, wykorzystując tzw. kompensację mocy biernej.
Instalacje fotowoltaiczne wyrastają w naszym kraju niczym grzyby po deszczu. To pozytywne zjawisko, gdyż w dłuższej perspektywie alternatywne źródła energii mogą zmniejszyć zapotrzebowanie na węgiel i będą ważnym uzupełnieniem konwencjonalnych elektrowni. To w skali makro, natomiast z punktu widzenia pojedynczego prosumenta liczy się przede wszystkim oszczędność z tytułu niższych rachunków za pobór energii elektrycznej. Dlatego tak istotnym zagadnieniem jest pobór mocy biernej, który może przekładać się na oszczędności niższe od zaplanowanych, i sposób przeciwdziałania temu niekorzystnemu zjawisku.
Czym jest moc bierna?
Przede wszystkim nie należy dziwić się, że przy fotowoltaice pojawia się moc czy też energia bierna. To naturalne zjawisko, które towarzyszy prawidłowemu funkcjonowaniu urządzeń elektrycznych zasilanych prądem przemiennym, w tym m.in. inwertera występującego w instalacjach fotowoltaicznych. Odpowiada za wytwarzanie pola magnetycznego niezbędnego do realizowania ruchu obrotowego, np. związanego z pracą silników lub transformatorów (moc bierna indukcyjna) albo wynika z potrzeby przesyłu lub magazynowania energii przy oświetleniu LED bądź pracy kondensatorów (moc bierna pojemnościowa).
Co warto podkreślić, moc bierna nie jest zamieniana fizycznie na pracę lub energię, jak to się dzieje w przypadku mocy czynnej. Nie jest zatem zużywana, a jedynie krąży między siecią a odbiornikami i wiąże się z jej stratami. Powoduje zatem dodatkowe obciążenie sieci przesyłowej, a także może przyczyniać się do spadków napięcia. Nie dziwi więc, że zakłady energetyczne starają się rekompensować straty związane z występowaniem mocy biernej i nakładają na odbiorców dodatkowe opłaty z tego tytułu.
Kiedy pojawiają się opłaty za moc bierną?
Kwestię opłat za pobór mocy biernej określa Rozporządzenie Ministra Energii z dnia 6 marca 2019 r. w sprawie szczegółowych zasad kształtowania i kalkulacji taryf oraz rozliczeń w obrocie energią elektryczną (patrz ramka poniżej). Zgodnie z tymi przepisami opłaty są naliczane jedynie za ponadumowny pobór energii biernej przez odbiorcę.
W tym przypadku o ponadumownym poborze mówimy, wtedy gdy w przypadku mocy biernej indukcyjnej przekroczony zostanie współczynnik 0,4. Oznacza to, że możemy pobierać maksymalnie 40% mocy biernej z mocy czynnej, jaka jest pobierana z sieci. Przykładowo na każde 100 kWh pobranej energii czynnej można bez dodatkowej opłaty pobrać do 40 kVarh (kilowarogodzin). W przypadku mocy biernej pojemnościowej takiego limitu już nie ma. Opłaty są pobierane za wprowadzenie do sieci jakiejkolwiek mocy biernej pojemnościowej (wynikającej np. z korzystania z oświetlenia LED).
W teorii opłaty za pobór mocy biernej nie dotyczą gospodarstw domowych, w których przypadku jest to zjawisko raczej marginalne. Wspomniane rozporządzenie nie rozstrzyga jednak tej kwestii wprost. Zgodnie z aktualnym stanem prawnym opłaty mogą być bowiem pobierane również od prosumentów z grupy gospodarstw domowych (grupa G), którzy wygenerują ponadnormatywny pobór energii biernej.
Wysokość opłaty za moc bierną zależy przede wszystkim od obecnych cen energii elektrycznej, a także przeliczników określonych w taryfach operatów. W skrajnych przypadkach opłata ta może stanowić nawet 30% wartości kwoty na fakturze.
| OPŁATY ZA POBÓR MOCY BIERNEJ W ŚWIETLE PRZEPISÓW PRAWA |
| § 45.1. Przez ponadumowny pobór energii biernej przez odbiorcę rozumie się ilość energii elektrycznej biernej odpowiadającą: 1) współczynnikowi mocy tgφ wyższemu od umownego współczynnika tgφ0 (niedokompensowanie) i stanowiącą nadwyżkę energii biernej indukcyjnej ponad ilość odpowiadającą wartości współczynnika tgφ0 lub 2) indukcyjnemu współczynnikowi mocy przy braku poboru energii elektrycznej czynnej, lub 3) pojemnościowemu współczynnikowi mocy (przekompensowanie) zarówno przy poborze energii elektrycznej czynnej, jak i przy braku takiego poboru. 2. Rozliczeniami za pobór energii biernej są objęci odbiorcy zasilani z sieci średniego, wysokiego i najwyższego napięcia. Rozliczeniami tymi mogą być objęci w uzasadnionych przypadkach także odbiorcy zasilani z sieci o napięciu znamionowym nie wyższym niż 1 kV, którzy użytkują odbiorniki o charakterze indukcyjnym, o ile zostało to określone w warunkach przyłączenia lub w umowie o świadczenie usług dystrybucji energii elektrycznej, lub umowie kompleksowej. 5. Wartość współczynnika mocy tgφ określa się jako iloraz energii biernej pobranej całodobowo lub w strefach czasowych, w których jest dokonywana kontrola poboru energii biernej [w Mvarh lub kvarh] i energii czynnej pobranej całodobowo lub w strefach czasowych, w których jest dokonywana ta kontrola [w MWh lub kWh]. 7. W uzasadnionych przypadkach, przy występowaniu szybkozmiennych obciążeń mocą bierną, rozliczanie ponadumownego poboru energii biernej ponad wartość współczynnika tgφ0 jest przeprowadzane na podstawie bezpośredniego pomiaru nadwyżki energii biernej. |
Wpływ instalacji PV na rozliczenie mocy biernej
W teorii problem z poborem ponadumownych wartości mocy biernej występuje najczęściej w dużych farmach fotowoltaicznych. Źródłem energii biernej mogą być np. kondensatory znajdujące się w falownikach, okablowanie AC czy prąd biegu jałowego występujący w transformatorze. W praktyce również kilkumegawatowe instalacje PV są źródłem generowania dużych mocy biernych, a tym samym pojawia się konieczność odprowadzenia dodatkowej opłaty.
Jak podkreśla Anna Hońdo z firmy ANIRO, każdą instalację należy bowiem przeanalizować indywidualnie. Pierwszym aspektem jest sprawdzenie, czy po zamontowaniu instalacji PV nie pojawiła się moc bierna pojemnościowa. Obciążenia o charakterze pojemnościowym należy się spodziewać, w czasie, w którym instalacja nie generuje prądu do sieci, ponieważ podczas generacji poziom mocy biernej jest regulowany przez falownik, na podstawie ustawionej wartości współczynnika cos(φ). Jeżeli u odbiorcy, przed zamontowaniem instalacji pojawiała się moc bierna w nocy (np. od oświetlenia), wartość ta może wzrosnąć. Moc bierna pojemnościowa nie pojawi się, kiedy w obiekcie obciążenie indukcyjne jest załączone 24/7.
Drugim aspektem jest wpływ instalacji PV na rozliczenie mocy biernej indukcyjnej. Jak dodaje Anna Hońdo: – Opłata za moc bierną indukcyjną jest rozliczana na podstawie stosunku energii biernej indukcyjnej do wartości energii czynnej. Instalacja PV zmniejsza pobieraną energię czynną z sieci, co powoduje wzrost współczynnika tg, przy stałej wartości mocy biernej indukcyjnej pobieranej z sieci.
Pojawienie się konieczności uiszczenia dodatkowej opłaty za generowaną moc bierną może być także następstwem wymiany samego licznika na wersję dwukierunkową. Nowe urządzenie pomiarowe jest bowiem bardziej zaawansowane i jest w stanie lepiej rejestrować przepływy mocy biernej. W przypadku starszego licznika często mogło nie być nawet takiej możliwości technicznej, żeby stwierdzić fakt generowania mocy biernej. W efekcie dopiero po wymianie licznika zakład energetyczny ma podstawy, żeby naliczyć dodatkową opłatę odbiorcy energii.
Kompensacja mocy biernej sposobem na niższe rachunki
Nadmierna zwyżka poboru mocy biernej może skutkować dużo wyższymi rachunkami za energię elektryczną. Zdecydowana większość podmiotów, które mają średniej lub dużej wielkości instalacje PV, musiałaby więc liczyć się z takim przykrym obowiązkiem. Na szczęście jest sposób, który może albo radykalnie obniżyć wysokość tych opłat, albo wręcz sprawić, że nie będzie konieczności ich opłacania.
Cechą mocy biernej indukcyjnej i pojemnościowej jest możliwość jej kompensowania, czyli zbilansowania jej w sieci. Kompensacja mocy biernej sprowadza się w praktyce do wykorzystania specjalnych urządzeń. Warto dodać, że w przypadku najmniejszych instalacji o mocy do ok. 5 kWp nie ma potrzeby ich stosowania. Za utrzymanie odpowiedniego stosunku mocy biernej do czynnej odpowiada bowiem falownik instalacji PV.
Urządzenia do kompensacji mocy biernej
Poprawnie przeprowadzona kompensacja mocy biernej wymaga przede wszystkim właściwego zlokalizowania jej źródła i dopiero potem dobrania do niego optymalnego rozwiązania. Najczęściej stosowane w tym celu są baterie kondensatorów (do kompensacji mocy biernej indukcyjnej) oraz baterie dławików (do kompensacji energii biernej pojemnościowej). Oprócz powyższych, klasycznych metod kompensacyjnych można spotkać także bardziej specjalistyczne układy hybrydowe, w których wykorzystane są rozwiązania z obu powyższych urządzeń kompensacyjnych.
– Przy doborze kompensatora najważniejsze jest określenie mocy biernej, jaką będzie musiał kompensować. Należy zwrócić uwagę na maksymalną moc, jaka występuje na poszczególnych fazach, następnie pomnożyć tę wartość przez 3, aby otrzymać wartość mocy 3-fazowej. Do tak określonej mocy dobrać najbliższy większy model z typoszeregu. Jeżeli dobieramy urządzenie, należy uwzględnić również zmiany obciążenia, jakie mogą się pojawić w najbliższym miesiącach, np. wzrost obciążenia mocą bierną lub zwiększenie mocy instalacji. W takich sytuacjach należy zwiększyć moc dobranego urządzenia – tłumaczy dobór kompensatora Anna Hońdo.
Nowoczesne, aktywne kompensatory są rozwiązaniami, które mogą kompensować zarówno moc bierną indukcyjną, jak i pojemnościową. Urządzenie to, na podstawie przeprowadzanych na bieżąco pomiarów prądu, samo decyduje, jaką kompensację powinno w danym momencie wykonać. Przykładowo w dzień przeprowadzana jest kompensacja mocy biernej indukcyjnej, której nadmiar jest następstwem np. pracujących w zakładzie silników. Nocą natomiast może kompensować moc pojemnościową włączonego oświetlenia LED-owego.
Kolejną zaletą dynamicznych kompensatorów jest płynna, bezstopniowa regulacja mocy biernej bez względu na jej poziom. Baterie kondensatorowe mają bowiem kilka stopni kompensacji o określonej wartości, więc w efekcie nie mogą płynnie kompensować każdej wartości mocy biernej.
Czas odpowiedzi jest kolejną zaletą kompensatorów aktywnych. W przypadku najbardziej zaawansowanych urządzeń czas do pełnego skompensowania mocy biernej jest wartością rzędu kilku, kilkunastu milisekund. Przy zastosowaniu np. baterii kondensatorów mówimy o czasie zwłoki (opóźnienia), który musi minąć, żeby regulator mógł ponownie załączyć poszczególne stopnie. Trwa to z reguły nawet do kilkudziesięciu sekund.
Aktywne kompensatory potrzebują 3 przekładników prądowych (baterie kondensatorów – najczęściej tylko jednego). Pozwala to kompensować moc bierną indywidualnie w każdej fazie. Ponadto można je powiększyć równolegle o nowe kompensatory, tworząc bardziej złożone układy kompensacji. Mogą mieć także bardziej rozbudowane funkcjonalności, np. funkcję filtracji harmonicznych czy symetryzacji obciążenia. Istotne są również gabaryty nowoczesnych kompensatorów, które są nieporównalnie mniejsze od tradycyjnych rozwiązań – co może być decydujące w pomieszczeniach o ograniczonej powierzchni.
O Autorze
