Instalaciones con autoconsumo y su efecto sobre los sistemas de compensación de energía reactiva

El rápido desarrollo de los componentes principales de los sistemas fotovoltaicos de autoconsumo hacia equipos más eficientes y menos costosos (tanto a nivel de las placas de generación fotovoltaica, como de los inversores para la conversión DC/AC), así como la razonable y esperada modificación de la regulación nacional (que ha flexibilizado y simplificado de manera significativa los trámites y exigencias para la autogeneración fotovoltaica), están causando un incremento notable e imparable de la implementación de sistemas de autoconsumo. Y esto sucede no solo en el ámbito doméstico, sino también en mayores consumidores energéticos a nivel industrial y de servicios.

No obstante, desde el punto de vista de los sistemas de compensación de reactiva que puedan estar instalados, o bien vayan a instalarse, es importante tener en cuenta una serie de consideraciones que pueden provocar su mal funcionamiento. Algo que incluso puede derivar en penalizaciones por exceso de consumo de reactiva que, hasta la implementación del sistema de autoconsumo, no se estaban produciendo.

La instalación de un sistema de generación eléctrica fotovoltaica para autoconsumo puede generar el mal funcionamiento de los equipos de compensación de reactiva existentes. Es esencial conocer esas consecuencias para evitar penalizaciones inesperadas.

La práctica totalidad de los problemas que pueden surgir tienen su origen en un concepto básico. Al instalar un sistema de autoconsumo, reducimos, en función de la potencia inyectada por éste en cada momento, el consumo de energía activa (kW.h) de la red (el registrado por el contador de la compañía eléctrica) con respecto al que existiría en las mismas condiciones de carga sin la generación fotovoltaica.

En función del porcentaje de generación autónoma respecto al consumo total de nuestras cargas, pueden aparecer diversas problemáticas respecto a la compensación de reactiva, que básicamente pueden resumirse en las siguientes:

• Un menor exceso de kvarL·h a partir de los cuales se evita la penalización de reactiva:
  • Exceso de kvarL·h sin penalización = 0,33 x kW.h totales periodo tarifario.

• Posibilidad de errores de lectura en el regulador de reactiva de la batería de condensadores provocados por:

• • Una lectura del cos fi del regulador de reactiva diferente al valor contabilizado por el contador de facturación.
  • Una circulación de corriente excesivamente baja a través del transformador/es de corriente que proporciona la medida al regulador.
  • Un valor del cos fi medido por el regulador excesivamente próximo a 0.

Para una mejor comprensión de este asunto, consideraremos a continuación diferentes posibilidades de conexión y comentaremos la posible problemática asociada. En todos los casos se asumirá que el inversor está generando exclusivamente potencia activa (kW), es decir, está configurado para generar en cos phi = 1, tal y como determina en la actualidad el REBT. Por tanto, toda la potencia reactiva (generalmente inductiva) consumida por las cargas es consumida de la red eléctrica.

Los principales riesgos asociados a este modo de conexión serían los siguientes:

• Un menor exceso de kvarL.h a partir de los cuales se evita la penalización de reactiva.
• Una lectura del cos fi del regulador de reactiva diferente al valor contabilizado por el contador de facturación.

El siguiente ejemplo pretende aclarar el motivo de estos posibles problemas, considerando una instalación con las siguientes condiciones de consumo estable:

• kW III consumidos por las cargas: 110 kW
• kW III generados por el autoconsumo: 100 kW
• kvarL consumidos por las cargas: 93 kvarL
• Batería de condensadores existente: 2 x 10 + 4 x 20 kvarC (80 kvarC)
• cos fi leído por el regulador (con 80 kvarC conectados): 0,99 L

• cos fi con el autoconsumo inyectando contabilizado por el contador de la compañía: 0,61

• Excesos horarios de energía reactiva: 13 kvarL.h - (10 kvarL.h x 0,33) = 9,7 kvarL.h
• Tensión de red: 3 x 400 VCA
• Considerando 320 h / mes (P1 a P5):

• • Recargo total en recibo mensual: 9,7 kvarL.h x 320 x 0,062332 € = 193,5 €

Este modo de conexión puede presentar cierta problemática en el funcionamiento de la batería de condensadores. Los transformadores de corriente que proporcionan señal de medida al regulador automático solo leen el consumo de potencia activa no generado por el autoconsumo, no la totalidad de la potencia reactiva de las cargas a compensar. Si el porcentaje de la potencia activa aportada por el autoconsumo es bajo o medio con respecto al consumo total de las cargas, el funcionamiento del regulador será con alta probabilidad correcto. Pero sí, en cambio, la autogeneración supone un alto porcentaje del consumo total, existe un alto riesgo de mal funcionamiento del regulador.

Los principales riesgos asociados a este modo de conexión serían los siguientes:

• Un menor exceso de kvarL.h a partir de los cuales se evita la penalización de reactiva.
• Una lectura del cos fi del regulador de reactiva diferente al valor contabilizado por el contador de facturación.

• Un valor del cos fi medido por el regulador excesivamente próximo a 0

El siguiente ejemplo pretende aclarar el motivo de este posible mal funcionamiento del regulador, considerando de nuevo una instalación con las siguientes condiciones de consumo estable:

• kW III consumidos por las cargas: 110 kW
• kW III generados por el autoconsumo: 102 kW
• kvarL consumidos por las cargas: 93 kvarL
• Batería de condensadores existente: 10 + 4 x 20 kvarC (90 kvarC)
• Intensidad de corriente a través de T.C. (con 90 kvarC conectados): 12 A

• Si suponemos un T.C. de 400/5 A, 12 A de corriente pueden no proporcionar una señal de medida adecuada al regulador, tanto en potencia i/o precisión ⇒ El regulador desconecta los escalones al detectar una situación de alarma crítica por falta de lectura de corriente.
• Con los escalones desconectados, el cos fi leído por el regulador es: 0,08 L
• Alta posibilidad de funcionamiento inestable del regulador, que implica que la compensación de reactiva no se realice de manera efectiva, con el riesgo de que se apliquen penalizaciones por exceso de consumo de reactiva inductiva no existentes anteriormente.

Una posible solución pasa intentar evitar al menos el malfuncionamiento del regulador, se basa en convertir la tipología #2 en la tipología #1, para asegurar que el cos fi que mide el regulador sea el real de la instalación, calculado sobre el consumo total de kW de las cargas a compensar, con independencia de si se consume de la red o es autogenerado.

Para ello, una opción es instalar otro/s T.C’s midiendo la potencia generada por el autoconsumo, y llevar su señal de secundario, junto con los T.C.’s de la entrada, a un transformador sumador 5+5/5 A (modelo TSR-2 de CIRCUTOR), cuya señal de secundario es la que proporcionará la medida de intensidad al regulador de reactiva. De acuerdo a lo reflejado en la Tipología de conexión #3.

Método de compensación avanzado

La solución más efectiva, y que aseguraría una correcta compensación de reactiva con independencia del estado de funcionamiento, características y punto de conexión del sistema de autoconsumo, es la instalación, como sistema complementario de compensación, de generadores estáticos de reactiva modelo SVGm.
Un análisis detallado de las necesidades de compensación nos ayudará a determinar el equipo SVGm más adecuado para ser implementado en nuestra instalación y evitar las penalizaciones que puedan aparecer y no sean eludibles con un sistema convencional de batería de condensadores. Así como determinar la viabilidad económica de su instalación.
Las principales prestaciones de estos equipos generadores estáticos de reactiva SVGm son las enumeradas a continuación:

• Capacidad de inyección de potencia reactiva (compensación) en cualquier condición de corriente a través de los T.C.’s
• Ajuste preciso de la inyección de potencia reactiva para conseguir alcanzar el cos fi objetivo, al no tratarse de un sistema basado en escalones de condensador.
• Respuesta inmediata a las variaciones de carga, libre de transitorios, e inmune al contenido armónico de la red.

Una posible tipología de conexión del equipo SVGm en nuestra red eléctrica sería la indicada en la Tipología#4, pero existen otras, en función de los requerimientos específicos que presente cada instalación, y que deben ser analizados de manera particular para cada caso.

Conclusiones generales sobre la compensación de reactiva en instalaciones donde se ha incorporado un sistema de autoconsumo

Podríamos enumerar las siguientes consideraciones principales sobre este tema:

• La reducción de le energía activa (kWh) contabilizada por el contador de facturación ocasiona los principales problemas que pueden suceder, por tanto, a mayor porcentaje de generación por autoconsumo respecto al consumo total de la instalación (receptores), mayor probabilidad de aparición de dichos problemas.
• En función de la causa y gravedad del problema con la compensación de reactiva, pueden considerase diferentes soluciones. Entre ellas puede contemplarse:

• • La modificación del punto de inyección del autoconsumo a la red.
  • La adición de transformadores de corriente de medida de la inyección de potencia a red.
  • La modificación de la potencia de la batería existente:
    • Aumento de la potencia de la batería para conseguir un cos fi total promedio lo más próximo posible a 1 en diferentes condiciones de consumo de las cargas e inyección del autoconsumo.

• La adición de escalones de menor potencia que el menor actual de la batería para posibilitar la compensación de consumos más pequeños de kvarL que ahora si pueden suponer una penalización. Básicamente disponer de escalones de potencias menores para un ajuste más preciso
• Instalar compensaciones individuales en maquinaria o subcuadros que complementen la compensación de reactiva general efectuada por la batería automática en cabecera.
• Equipar la batería con un regulador de la gama Computer SMART III, capaz de medir la energía reactiva consumida por las 3 fases, exactamente igual a como lo realiza el contador de compañía, para conseguir así una compensación de reactiva más eficiente y precisa.
• Utilizar, en todo caso, un regulador con capacidad de medida en los 4 cuadrantes de la energía, es decir, tanto en condición de consumo de la red como de generación. Esta característica es especialmente esencial en el caso de aquellos sistemas de autoconsumos donde pueda existir exportación de energía a la red. Si bien en el presente sólo parece que se registran los consumos en los cuadrantes de consumo (Q1 & Q4), se recomienda indiscutiblemente su uso tanto para prever posibles modificaciones futuras del sistema de facturación, como para evitar un funcionamiento erróneo del propio regulador. Recordar, en este sentido, que todos los reguladores de CIRCUTOR de las últimas gamas incluyen la medida en los 4 cuadrantes.