Instalações com autoconsumo e o seu efeito sobre os sistemas de compensação de energia reativa

O rápido desenvolvimento dos componentes principais dos sistemas fotovoltaicos de autoconsumo para equipamentos mais eficientes e menos dispendiosos (tanto a nível das placas de geração fotovoltaica, como dos inversores para a conversão CC/CA), bem como a razoável e esperada modificação da regulação nacional (que flexibilizou e simplificou, de forma significativa, os trâmites e exigências para a auto-geração fotovoltaica), estão a causar um aumento impressionante e imparável da implementação de sistemas de autoconsumo. E isto acontece não apenas no âmbito doméstico, mas também em maiores consumidores energéticos a nível industrial e de serviços.

Não obstante, do ponto de vista dos sistemas de compensação de reativa que possam estar instalados, ou que vão ser instalados, é importante ter em conta uma série de considerações que podem provocar o seu mau funcionamento. Algo que inclusivamente pode dar azo a penalizações por excesso de consumo de reativa que, até à implementação do sistema de autoconsumo, não estão a acontecer.

A instalação de um sistema de geração elétrica fotovoltaica para autoconsumo pode gerar o mau funcionamento dos equipamentos de compensação de reativa existentes. É essencial conhecer essas consequências para evitar penalizações inesperadas.

A prática na totalidade dos problemas que podem surgir têm a sua origem no conceito básico. Ao instalar um sistema de autoconsumo reduzimos, em função da potência injetada por este a cada momento, o consumo de energia ativa (kWh) da rede (o registo pelo contador da companhia elétrica) relativamente ao qual existiria nas mesmas condições de carga sem a geração fotovoltaica.

Em função da percentagem de geração autónoma relativamente ao consumo total das nossas cargas, podem aparecer diferentes problemáticas relativamente à compensação de reativa que basicamente se podem resumir nas seguintes:

• Um menor excesso de kvarLh a partir dos quais se evita a penalização de reativa:
  • Excesso de kvarL·h sem penalização = 0,33 x kW.h totais em período tarifário.
• Possibilidade de erros de leitura no regulador de reativa da bateria de condensadores provocados por:
  • Uma leitura do cos fi do regulador de reativa diferente do valor contabilizado pelo contador de faturação.
  • Uma circulação de corrente excessivamente baixa através do(s) transformador(es) de corrente que proporciona a medição do regulador.
  • Um valor do cos fi medido pelo regulador excessivamente próximo a 0.

Para uma melhor compreensão deste assunto, consideraremos em seguida diferentes possibilidades de ligação e comentaremos a possível problemática associada. Em todos os casos assumir-se-á que o inversor está a gerar exclusivamente potência ativa (kW), ou seja, está configurado para gerar em cos fi = 1, tal como determina atualmente o REBT. Portanto, toda a potência reativa (geralmente indutiva) consumida pelas cargas é consumida da rede elétrica.

Os principais riscos associados a este modo de ligação seriam os seguintes:

• Um menor excesso de kvarL·h a partir dos quais se evita a penalização de reativa.
• Uma leitura do cos fi do regulador de reativa diferente do valor contabilizado pelo contador de faturação.

O exemplo seguinte pretende clarificar o motivo destes possíveis problemas, considerando uma instalação com as seguintes condições de consumo estável:

• kW III consumidos pelas cargas: 110 kW
• kW III gerados pelo autoconsumo: 100 kW
• kvarL consumidos pelas cargas: 93 kvarL
• Bateria de condensadores existente: 2 x 10 + 4 x 20 kvarC (80 kvarC)
• cos fi lido pelo regulador (com 80 kvarC conectados): 0,99 L

• cos fi com o autoconsumo contabilizado pelo contador da empresa: 0,61

• Excessos horários de energia reativa: 13 kvarL.h - (10 kvarL.h x 0,33) = 9,7 kvarL.h
• Tensão de rede: 3 x 400 VCA
• Considerando 320 h / mês (P1 a P5):

• • Carregamento total em recibo mensal: 9,7 kvarL.h x 320 x 0,062332 € = 193,5 €

Este modo de ligação pode apresentar uma determinada problemática no funcionamento da bateria de condensadores. Os transformadores de corrente que proporcionam sinal de medição ao regulador automático só leem o consumo de potência ativa não gerado pelo autoconsumo, não a totalidade da potência reativa das cargas a compensar. Se a percentagem da potência ativa transmitida pelo autoconsumo é baixo ou médio relativamente ao consumo total das cargas, o funcionamento do regulador será com elevada probabilidade correto. Mas, por outro lado, a auto-geração pressupõe uma elevada percentagem do consumo total, existe um elevado risco de mau funcionamento do regulador.

Os principais riscos associados a este modo de ligação seriam os seguintes:

• Um menor excesso de kvarL·h a partir dos quais se evita a penalização de reativa.
• Uma leitura do cos fi do regulador de reativa diferente do valor contabilizado pelo contador de faturação.

• Um valor do cos pi medido pelo regulador excessivamente próximo a 0

O exemplo seguinte pretende clarificar o motivo deste possível mau funcionamento do regulador, considerando novamente uma instalação com as seguintes condições de consumo estável:

• kW III consumidos pelas cargas: 110 kW
• kW III gerados pelo autoconsumo: 102 kW
• kvarL consumidos pelas cargas: 93 kvarL
• Bateria de condensadores existente: 10 + 4 x 20 kvarC (90 kvarC)
• Intensidade de corrente através de T.C. (com 90 kvarC conectados): 12 A

• Se pressupusermos um T.C. de 400/5 A, 12 A de corrente podem não proporcionar um sinal de medição adequado ao regulador, tanto em potência e/ou precisão ⇒ O regulador desconecta os escalões ao detetar uma situação de alarme crítico por falta de leitura de corrente.
• Com os escalões desconectados, o cos pi lido pelo regulador é: 0,08 L
• Elevada possibilidade de funcionamento instável do regulador, que implica que a compensação de reativa não se realize de forma eficiente, com o risco de que se aplicarem penalizações por excesso de consumo de reativa indutiva não existentes anteriormente.

Uma possível solução passa por tentar evitar pelo menos o mau funcionamento do regulador, baseia-se em converter a tipologia #2 na tipologia #1 para assegurar que o cos pi que mede o regulador seja o real da instalação, calculado sobre o consumo total de kW da cargas a compensar, independentemente de se consumir da rede ou se é auto-gerado.

Para tal, uma opção é instalar outros T.C medindo a potência gerada pelo autoconsumo e levar o seu sinal de secundário, juntamente com os T.C. da entrada para um transformador somador 5+5/5 A (modelo TSR-2 da CIRCUTOR), cujo sinal de secundário é o que proporcionará a medição de intensidade ao regulador de reativa. De acordo com o refletido na Tipologia de ligação #3.

Método de compensação avançado

A solução mais eficaz e que asseguraria uma correta compensação de reativa independentemente do estado de funcionamento, características e ponto de ligação do sistema de autoconsumo, é a instalação, como sistemas complementar de compensação, de geradores estáticos de reativa modelo SVGm.

Uma análise detalhada das necessidades de compensação ajudar-nos-á a determinar o equipamento SVGm mais adequado a ser implementado na nossa instalação e evitar as penalizações que possam aparecer e não sejam contornáveis com um sistema convencional de bateria de condensadores. Bem como determinar a viabilidade económica da sua instalação.

As principais prestações destes equipamentos geradores estáticos de reativa SVGm são as enumeradas em seguida:

• Capacidade de injeção de potência reativa (compensação) em qualquer condição de corrente através dos T.C.
• Ajuste de preço da injeção de potência reativa para conseguir alcançar o cos pi objetivo, ao não se tratar de um sistema baseado em escalões de condensador.
• Resposta imediata às variações de carga, livre de transitórios e imune ao conteúdo harmónico da rede.

Uma possível tipologia de ligação do equipamento SVGm na nossa rede elétrica seria a indicada na Tipologia#4, mas existem outras, em função dos requisitos específicos que apresente cada instalação e que devem ser analisados de forma particular para cada caso.

Conclusões gerais sobre a compensação de reativa em instalações onde foi incorporado um sistema de autoconsumo

Poderíamos enumerar as seguintes considerações principais sobre este tema:

• A redução da energia ativa (kWh) contabilizada pelo contador de faturação dá azo aos principais problemas que podem acontecer, portanto, quanto maior for a percentagem de geração por autoconsumo relativamente ao consumo total da instalação (recetores), maior a probabilidade de surgimento de ditos problemas.
• Em função da causa e da gravidade do problema com a compensação de ativa, podem considerar diferentes soluções. Entre elas pode contemplar-se:
  • A modificação do ponto de injeção do autoconsumo à rede.
  • A adição de transformadores de corrente de medição da injeção de potência à rede.
  • A modificação da potência da bateria existente:
    • Aumento da potência da bateria para conseguir um cos pi total médio o mais próximo possível a 1 em diferentes condições de consumo das cargas e injeção do autoconsumo.
• A adição de níveis de menor potência que o menor atual da bateria para possibilitar a compensação de consumos mais pequenos de kvarL que agora sim podem pressupor uma penalização. Basicamente dispor de escalões de potências menores para um ajuste mais preciso.
• Instalar compensações individuais em maquinaria ou subquadros que complementam a compensação de reativa geral efetuada pela bateria automática em cabeceira.
• Equipar a bateria com um regulador da gama Computer SMART III, capaz de medir a energia reativa consumida pelas 3 fases, exatamente igual a como o realiza o contador de empresa, para conseguir, assim, uma compensação de reativa mais eficiente e precisa.
• Utilizar, em todo o caso, um regulador com capacidade de medição nos 4 quadrantes da energia, ou seja, tanto em estado de consumo da rede, como de geração. Esta característica é especialmente essencial no caso dos sistemas de autoconsumo onde possa existir exportação de energia à rede. Sendo que no presente apenas parece que se registam os consumos nos quadrantes de consumo (Q1 e Q4), recomenda-se, sem dúvida, a sua utilização tanto, para prever possíveis modificações futuras do sistema de faturação, como para evitar um funcionamento errado do próprio regulador. Lembrar, neste sentido, que todos os reguladores da CIRCUTOR das últimas gamas incluem a medição nos 4 quadrantes.