Les instal·lacions amb autoconsum i el seu efecte sobre els sistemes de compensació d’energia reactiva

El desenvolupament ràpid dels components principals dels sistemes fotovoltaics d'autoconsum cap a equips més eficients i menys costosos (tant pel que fa a les plaques de generació fotovoltaica com als inversors per a la conversió CC/CA) i la modificació raonable i esperada de la regulació nacional (que ha flexibilitzat i simplificat de manera significativa els tràmits i les exigències per a l'autogeneració fotovoltaica) estan causant un increment notable i imparable de la implementació de sistemes d'autoconsum. I això succeeix no només en l'àmbit domèstic, sinó també en grans consumidors energètics a escala industrial i de serveis.

No obstant això, des del punt de vista dels sistemes de compensació de reactiva que puguin estar instal·lats, o bé que s’hagin d’instal·lar, és important tenir en compte una sèrie de consideracions que poden provocar el seu mal funcionament, cosa que fins i tot pot derivar en penalitzacions per excés de consum de reactiva que, fins a la implementació del sistema d'autoconsum, no s'estaven produint.

La instal·lació d'un sistema de generació elèctrica fotovoltaica per a autoconsum pot generar el mal funcionament dels equips de compensació de reactiva existents. És essencial conèixer aquestes conseqüències per evitar penalitzacions inesperades.

La pràctica totalitat dels problemes que poden sorgir tenen el seu origen en un concepte bàsic. Quan s’instal·la un sistema d'autoconsum, reduïm, en funció de la potència injectada per aquest sistema en cada moment, el consum d'energia activa (kW.h) de la xarxa (el consum registrat pel comptador de la companyia elèctrica) pel que fa al consum que hi hauria en les mateixes condicions de càrrega sense la generació fotovoltaica.

En funció del percentatge de generació autònoma respecte del consum total de les nostres càrregues, poden aparèixer diverses problemàtiques pel que fa a la compensació de reactiva, que bàsicament poden resumir-se en les següents:

Un excés inferior de kvarL·h, a partir dels quals s'evita la penalització de reactiva:
Excés de kvarL·h sense penalització = 0,33 x kW.h totals període tarifari.

Possibilitat d'errors de lectura al regulador de reactiva de la bateria de condensadors provocats per:
Una lectura del cos fi del regulador de reactiva diferent del valor comptabilitzat pel comptador de facturació.
Una circulació de corrent excessivament baixa a través del transformador o transformadors de corrent que proporciona el mesurament al regulador.
Un valor del cos fi mesurat pel regulador excessivament proper a 0.

Per a una millor comprensió d'aquest assumpte, a continuació considerarem diferents possibilitats de connexió i comentarem la possible problemàtica associada. En tots els casos, s'assumirà que l'inversor està generant exclusivament potència activa (kW), és a dir, està configurat per generar en cos phi = 1, tal com determina actualment el REBT. Per tant, tota la potència reactiva (generalment inductiva) consumida per les càrregues és consumida de la xarxa elèctrica.

Els principals riscos associats a aquest mode de connexió serien els següents:

Un excés menor de kvarL.h a partir dels quals s'evita la penalització de reactiva.
Una lectura del cos fi del regulador de reactiva diferent del valor comptabilitzat pel comptador de facturació.

L’exemple següent pretén aclarir el motiu d'aquests possibles problemes en una instal·lació amb les condicions següents de consum estable:

kW III consumits per les càrregues: 110 kW
kW III generats per l'autoconsum: 100 kW
kvarL consumits per les càrregues: 93 kvarL
bateria de condensadors existent: 2 x 10 + 4 x 20 kvarC (80 kvarC)
cos fi llegit pel regulador (amb 80 kvarC connectats): 0,99 L

• àrregues: 93 kvarL
• bateria de condensadors existent: 2 x 10 + 4 x 20 kvarC (80 kvarC)
• cos fi llegit pel regulador (amb 80 kvarC connectats): 0,99 L

• cos phi amb l'autoconsum injectat comptabilitzat pel comptador de la companyia: 0,61

• • excessos horaris d'energia reactiva: 13 kvarL.h - (10 kvarL.h x 0,33) = 9,7 kvarL.h
    tensió de xarxa: 3 x 400 VCA
    considerant 320 h/mes (P1 a P5):recàrrec total en rebut mensual: 9,7 kvarL.h x 320 x 0,062332 € = 193,5 €

Aquest mode de connexió pot presentar alguns problemes en el funcionament de la bateria de condensadors. Els transformadors de corrent que proporcionen senyal de mesurament al regulador automàtic només llegeixen el consum de potència activa no generat per l'autoconsum, i no la totalitat de la potència reactiva de les càrregues que s’han de compensar. Si el percentatge de la potència activa aportada per l'autoconsum és baix o mitjà pel que fa al consum total de les càrregues, el funcionament del regulador serà, amb gran probabilitat, correcte. Però si, en canvi, l'autogeneració suposa un gran percentatge del consum total, hi ha un gran risc de mal funcionament del regulador.

Els riscos principals associats a aquest mode de connexió serien els següents:

Un excés inferior de kvarL.h a partir dels quals s'evita la penalització de reactiva.
Una lectura del cos fi del regulador de reactiva diferent del valor comptabilitzat pel comptador de facturació.

• Un valor del cos fi mesurat pel regulador excessivament proper a 0.

L’exemple següent pretén aclarir el motiu d'aquest possible mal funcionament del regulador, novament en una instal·lació amb les condicions següents de consum estable:

• kW III consumits per les càrregues: 110 kW
• kW III generats per l'autoconsum: 102 kW
• kvarL consumits per les càrregues: 93 kvarL
• bateria de condensadors existent: 10 + 4 x 20 kvarC (90 kvarC)
• intensitat de corrent a través de TC (amb 90 kvarC connectats): 12 A

• si suposem un TC de 400/5 A, 12 A de corrent poden no proporcionar un senyal de mesurament adient al regulador, tant pel que fa a potència com a precisió⇒ El regulador desconnecta els graons quan detecta una situació d'alarma crítica per manca de lectura de corrent
• amb els graons desconnectats, el cos fi llegit pel regulador és: 0,08 L
• alta possibilitat de funcionament inestable del regulador, la qual cosa implica que la compensació de reactiva no es faci de manera efectiva, amb el risc que s'apliquin penalitzacions per excés de consum de reactiva inductiva no existents anteriorment

Una solució possible seria intentar evitar almenys el mal funcionament del regulador i es basaria a convertir la tipologia núm. 2 en la tipologia núm. 1 per assegurar que el cos fi que mesura el regulador sigui el real de la instal·lació, calculat sobre el consum total de kW de les càrregues que s’han de compensar, amb independència de si es consumeix de la xarxa o és autogenerat.

Per fer-ho, una opció és instal·lar altres TC que mesurin la potència generada per l’autoconsum i portar el seu senyal de secundari, juntament amb els TC de l'entrada, a un transformador sumador 5+5/5 A (model TSR-2 de CIRCUTOR), el senyal de secundari del qual és el que proporcionarà el mesurament d'intensitat al regulador de reactiva. D'acord amb el que s’ha reflectit en la tipologia de connexió núm. 3.

Mètode de compensació avançat

La solució més efectiva, i que asseguraria una compensació correcta de reactiva amb independència de l'estat de funcionament, característiques i punt de connexió del sistema d'autoconsum, és la instal·lació, com a sistema complementari de compensació, de generadors estàtics de reactiva model SVGm.
Una anàlisi detallada de les necessitats de compensació ens ajudarà a determinar l'equip SVGm més adient per ser implementat a la nostra instal·lació i evitar les penalitzacions que puguin aparèixer i no siguin eludibles amb un sistema convencional de bateria de condensadors. Aquesta anàlisi també serveix per determinar la viabilitat econòmica de la instal·lació.
Les prestacions principals d'aquests equips generadors estàtics de reactiva SVGm són les enumerades a continuació:

Capacitat d'injecció de potència reactiva (compensació) en qualsevol condició de corrent a través dels TC.
Ajustament precís de la injecció de potència reactiva per aconseguir arribar al cos fi objectiu, ja que no es tracta d'un sistema basat en graons de condensador.
Resposta immediata a les variacions de càrrega, lliure de transitoris, i immune al contingut harmònic de la xarxa.

Una tipologia de connexió possible de l'equip SVGm a la nostra xarxa elèctrica seria la indicada en la tipologia núm. 4, però n’hi ha d’altres, en funció dels requisits específics que presenti cada instal·lació, i que han de ser analitzats de manera particular per a cada cas.

Conclusions generals sobre la compensació de reactiva a instal·lacions on s'ha incorporat un sistema d'autoconsum

Podríem enumerar les següents consideracions principals sobre aquest tema:

La reducció de l'energia activa (kWh) comptabilitzada pel comptador de facturació ocasiona els principals problemes que poden succeir, per tant, a més percentatge de generació per autoconsum respecte al consum total de la instal·lació (receptors), més probabilitat d'aparició d'aquests problemes.
En funció de la causa i gravetat del problema amb la compensació de reactiva, es poden considerar diferents solucions. Entre elles es pot contemplar:
La modificació del punt d'injecció de l'autoconsum a la xarxa.
Addició de transformadors de corrent de mesura de la injecció de potència a xarxa.
La modificació de la potència de la bateria existent:

Augment de la potència de la bateria per aconseguir un cos fi total mitjà el més proper possible a 1 en diferents condicions de consum de les càrregues i injecció de l'autoconsum.
L'addició de graons de menor potència que el menor actual de la bateria per possibilitar la compensació de consums més petits de kvarL que ara sí que poden suposar una penalització. Bàsicament disposar de graons de potències menors per a un ajustament més precís
Instal·lar compensacions individuals en maquinària o subquadres que complementin la compensació de reactiva general efectuada per la bateria automàtica en capçalera.
Equipar la bateria amb un regulador de la gamma Computer SMART III, capaç de mesurar l'energia reactiva consumida per les 3 fases, exactament igual que el comptador de companyia, per aconseguir així una compensació de reactiva més eficient i precisa.
Utilitzar, en tot cas, un regulador amb capacitat de mesura als 4 quadrants de l'energia, és a dir, tant en condició de consum de la xarxa com de generació. Aquesta característica és especialment essencial en el cas dels sistemes d'autoconsums on hi pugui haver exportació d'energia a la xarxa. Si bé en el present només sembla que es registren els consums als quadrants de consum (Q1 & Q4), se'n recomana indiscutiblement l'ús tant per preveure possibles modificacions futures del sistema de facturació, com per evitar un funcionament erroni del propi regulador. Recordar, en aquest sentit, que tots els reguladors de CIRCUTOR de les darreres gammes inclouen la mesura en els 4 quadrants.