Moc bierna a fotowoltaika. Co warto wiedzieć?

Kilka wyjaśnień na początek

Jeśli nie interesujecie się w większym stopniu tematem elektryczności, zapewne warto byłoby zacząć od wyjaśnienia, czym właściwie jest moc bierna, często określana jako energia bierna.

W układach prądu przemiennego występują trzy równoważne typy mocy:

• moc czynna (P) to moc właściwa, która jest zamieniana na pracę lub energię. Jej jednostką jest wat (W);
• moc bierna (Q) to moc, która nie skutkuje wykonaniem żadnej pracy czy dostarczeniem energii, jednak jej obecność jest wymagana do prawidłowego działania urządzeń elektrycznych, takich jak np. silniki, kondensatory. Moc bierna ma charakter pulsacyjny i wiąże się z przepływem w sieci. Warto jeszcze dodać, że istnieją dwa typy mocy biernej – indukcyjna (pobrana z sieci do wytworzenia pola magnetycznego, wiąże się z pracą np. silników czy pieców indukcyjnych, transformatorów) oraz pojemnościowa (oddana, związana z pracą kondensatorów czy oświetlenia LED). Jednostką mocy biernej jest war (var);
• moc pozorna (S) to wielkość wyrażana woltoamperach (VA), która stanowi sumę mocy biernej i czynnej.

Skąd się bierze moc bierna?

Teraz przypomnijmy sobie wykres opisujący prąd przemienny – to powtarzalna sinusoida, w której napięcie i natężenie przyjmuje naprzemiennie wartości dodatnie i ujemne, z częstotliwością 50 Hz. W idealnym układzie, gdy zarówno napięcie, jak i natężenie osiągają wartość maksymalną i nie ma między nimi żadnego przesunięcia (obie wartości przechodzą przez zero), cała  generowana moc jest mocą czynną.

Opisywane wyżej urządzenia, takie jak np. kondensatory czy silniki indukcyjne mogą jednak doprowadzić do odkształcenia się wykresu, czego efektem jest pojawienie się mocy biernej. Intensywność odchylenia określa tzw. współczynnik mocy. Opisuje się go za pomocą cosinusa przesunięcia fazowego między przebiegiem napięcia i natężenia.

Jeśli linia napięcia wyprzedza linię natężenia mamy do czynienia z mocą bierną indukcyjną. Jeśli natężenie wyprzedza napięcie, pojawia się moc bierna pojemnościowa.

Opłaty za moc bierną – skąd się biorą? Ile wynoszą?

Skoro żaden z typów mocy biernej nie dostarcza konkretnych efektów w postaci np. wykonanej pracy, dlaczego bywa, że na rachunkach za prąd pojawia się opłata za nią? Wszystko przez to, że moc bierna generuje przepływ energii, krążąc od sieci do odbiorników i na odwrót. To obciąża sieci i oznacza dla dystrybutorów energii określony koszt.

Opłaty naliczane za energię bierną mają zachęcać użytkowników do minimalizowania jej poboru lub odsyłu. Ich zasadność i wysokość określa Rozporządzenie Ministra Klimatu i Środowiska z dnia 29 listopada 2022 r. w sprawie sposobu kształtowania i kalkulacji taryf oraz sposobu rozliczeń w obrocie energią elektryczną.

Zgodnie z rozporządzeniem (par. 47, pkt. 1), opłaty są pobierane za “ponadumowny pobór energii biernej przez odbiorcę”, za który rozumie się ilość energii biernej odpowiadającej:

1) współczynnikowi mocy wyższemu od umownego współczynnika (niedokompensowanie)

i stanowiącą nadwyżkę energii biernej indukcyjnej ponad ilość odpowiadającą wartości współczynnika 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.

W przypadku ponadumownego poboru mocy biernej indukcyjnej wysokość opłaty (kary) oblicza się na podstawie wzoru określonego w rozporządzeniu. Występuje jednak pewna tolerancja w tej kwestii. Opłata nie zostaje naliczona jeśli współczynnik mocy nie przekracza dopuszczalnej granicy (zwykle 0,4 współczynnika mocy określonego w umowie o świadczenie usług dystrybucji lub umowy kompleksowej).

Inaczej jest w przypadku energii biernej pojemnościowej, która ma niekorzystny wpływ na sieć, przez co zawsze stanowi podstawę do obliczenia opłaty (jej wysokość również wylicza się ze wzoru określonego w rozporządzeniu).

Ile wynosi kara za pobór lub odesłanie energii biernej? Konkretne stawki zależą od dystrybutora i powinny być określone w umowie o świadczenie usług dystrybucji. Przykładowo, w E.ON od 1 lutego 2021 roku stawka za ponadumowny pobór energii biernej wyniosła 0,73632 netto za 1 kvarh (taryfa G dla np. wspólnot mieszkaniowych za części wspólne) oraz ok. 245,44 za MWvarh w taryfie C.

Skoro zakreśliliśmy już pewne podstawy, czas przejść do wyjaśnienia, o co chodzi w temacie “energia bierna – fotowoltaika”.

Moc bierna – fotowoltaika. O co chodzi?

Być może natrafiliście w Internecie na informacje, że po zamontowaniu instalacji fotowoltaicznej, na rachunkach za prąd pojawiła się nowa pozycja – “za energię bierną”. Czy faktycznie problem z mocą bierną leży w samej instalacji fotowoltaicznej? 

Niekoniecznie! Dodatkowa taksa to bardzo często wynik… wymiany licznika na dwukierunkowy. Nowe urządzenie jest zwykle bardziej zaawansowane technologicznie, przez co ma możliwość zbierania szeregu nowych danych – w tym m.in. rejestrowania przepływu mocy biernej. Innymi słowy, dopóki korzystaliśmy ze starego urządzenia, zakład energetyczny nie miał technicznych możliwości dotarcia do informacji na temat generowanej przez nas mocy biernej (przy założeniu, że taka faktycznie się pojawiała). Po wymianie możliwość zebrania danych już istnieje, a energetyka skwapliwie korzysta z szansy na naliczenie ewentualnej opłaty.

Czy zatem sama fotowoltaika nie ma zupełnie wpływu na pojawienie się mocy biernej i opłat za nią? Tu odpowiedź nie jest jednoznaczna. Inwerter fotowoltaiczny może bowiem generować moc bierną indukcyjną.

W przeciętnym gospodarstwie domowym, korzystającym z niewielkiej mikroinstalacji fotowoltaicznej i standardowych urządzeń AGD, odchylenie od normy jest zwykle na tyle niewielkie, że nie wiąże się z naliczeniem dodatkowych opłat. Co więcej, przy małych rozbieżnościach, właściciel mikroinstalacji może nawet wykorzystać falownik do regulacji mocy biernej. Jak to możliwe? Właściwie każdy nowoczesny inwerter jest w stanie w pewnym zakresie sterować mocą bierną. O tej funkcji napiszemy szerzej, w akapicie poświęconym tematowi “Kompensacji mocy biernej w domu”.

Nieco inaczej może być w przypadku podmiotów korzystających z instalacji fotowoltaicznych o dużej mocy, jak i w przypadku przedsiębiorstw. W ich przypadku odchylenia mogą być na tyle duże, że konieczne będzie podjęcie bardziej zdecydowanych działań, w postaci wyrównywania przepływu mocy biernej.

Energia bierna – fotowoltaika. Czy prosumenci zawsze są zwolnieni z opłat za moc bierną?

W Internecie możecie napotkać informacje, że prosumenci (i nie tylko – również użytkownicy końcowy, nieposiadający PV) korzystający z taryf G nie mogą być obciążeni opłatą za energię bierną. Niestety, ta informacja nie do końca jest prawdziwa. 

Faktem jest, że użytkownicy taryf G, przeznaczonych z zasady dla gospodarstw domowych raczej rzadko widują na rachunku opłatę za energię bierną. Nie wynika to jednak z ograniczeń prawnych, ale po prostu z charakterystyki wykorzystania energii w gospodarstwach domowych. Użytkownicy taryf G zwykle nie płacą za energię bierną, bo po prostu w ich przypadku jest ona marginalnym zjawiskiem.

To nie oznacza jednak, że prosumenci korzystający z taryf G wcale nie muszą się obawiać mocy biernej. O tym, kto może ponosić opłaty za energię bierną mówi bowiem par. 47, pkt. 2 wspominanego już wcześniej rozporządzenia w sprawie szczegółowych zasad kształtowania i kalkulacji taryf oraz rozliczeń w obrocie energią elektryczną. Zgodnie z nim:

pięcia. Takimi rozliczeniami mogą być objęci także odbiorcy zasilani z sieci o napięciu znamionowym nie wyższym niż 1 kV.

Innymi słowy, opłaty za energię bierną mogą być naliczone również prosumentowi, bez względu na taryfę oraz typ sieci.

Podobne zdanie w tym temacie ma Urząd Regulacji Energetyki, który po przeanalizowaniu ustawy o OZE oraz pozostałych ustaw stwierdził, że:

Opłaty te (za energię bierną – przyp. red.) mają charakter opłat sankcyjnych pobieranych jedynie od odbiorców, którzy generują ponadumowny pobór energii biernej. Wobec powyższego, w ocenie Departamentu Źródeł Odnawialnych, w aktualnym stanie prawnym brak jest przesłanek do wyłączenia prosumentów z grupy odbiorców, wobec których naliczane są opłaty z tytułu ponadumownego poboru energii biernej.

Czy zatem należy pogodzić się z prawdopodobieństwem pojawienia się opłat za moc bierną (z fotowoltaiką i bez)? Niekoniecznie. Istnieją bowiem skuteczne sposoby na niwelowanie jej wpływu na sieć oraz nasze rachunki za prąd. Co można zrobić?

Kompensacja mocy biernej z fotowoltaiką i nie tylko. Jakie są opcje?

Sposobem na ograniczenie lub wyeliminowanie problemu opłat związanych z ponadumownym poborem energii biernej jest tzw. kompensacja mocy biernej. Na czym polega to rozwiązanie?

Moc bierna pojemnościowa i moc bierna indukcyjna mają przeciwne znaki, co oznacza, że za pomocą jednej mocy można niwelować konsekwencje pojawienia się drugiej mocy. Skutecznym sposobem na kompensowanie mocy biernej jest zatem stosowanie w pobliżu urządzenia generującego określony typ mocy biernej, inny typ urządzenia równoważący jego pracę. Przykładowo, przy sprzętach wykorzystujących silniki indukcyjne, pobierających z sieci moc bierną indukcyjną, można zastosować urządzenia lokalnie generujące moc bierną pojemnościową. Dzięki temu obie wartości zrównoważą się na miejscu, a sieć energetyczna nie zostanie zaangażowana do przesyłania żadnej mocy biernej, co obniży nasz rachunek.

Kompensacja mocy biernej, w zależności od potrzeb, może być przeprowadzana na różnych poziomach i w różny sposób. Można ją wdrażać dla indywidualnych urządzeń (kompensując działanie pojedynczych sprzętów), grupowo (w pewnych fragmentach sieci) lub centralnie (np. dla całego przedsiębiorstwa). Wątek prawidłowej kompensacji mocy biernej w przedsiębiorstwach jest jednak dość skomplikowany. Pod uwagę trzeba bowiem wziąć szereg zmiennych, m.in. ilość urządzeń wywołujących odchylenia, liczbę przyłączy, poziom zaburzeń w sieci, strukturę sieci etc. Dlatego temat ten najlepiej pozostawić specjalistom.

A co w przypadku gospodarstw domowych? Czy kompensacja mocy biernej w domu może być wymagana?

Kompensacja mocy biernej w domu. Może być potrzebna?

Choć w przypadku domów jednorodzinnych, temat kompensacji mocy biernej nie pojawia się raczej często, nie można wykluczać konieczności przeprowadzenia podobnych działań. Jak są opcje? W gospodarstwach domowych kompensacja mocy biernej może być przeprowadzana na kilka sposobów.

Przede wszystkim można zadbać o właściwą charakterystykę pracy urządzeń – mowa tu o dociążeniu nieobciążonych silników lub ich wymianie na mniejsze. Skuteczne będzie również ograniczenie jałowej pracy urządzeń wyposażonych w silniki indukcyjne oraz transformatory.

Alternatywnie, można wymusić równowagę w sieci stosując kompensatory mocy biernej:

• w przypadku energii biernej indukcyjnej stosuje się m.in. baterie kondensatorów;
• w przypadku mocy biernej pojemnościowej – dławiki indukcyjne.

Stosowanie tych rozwiązań niestety również wymaga dość szerokiej wiedzy z zakresu elektryki i charakterystyki działania oraz doboru kompensatorów. Jeśli nie jest to nasza mocna strona, lepiej zostawić to profesjonalistom.

Warto jeszcze pamiętać, że obecnie funkcje zarządzania mocą bierną znajdują się w niemal wszystkich falownikach fotowoltaicznych.

Regulacja mocy biernej w falowniku fotowoltaicznym

Jak już wspominaliśmy, nowoczesne inwertery fotowoltaiczne posiadają wbudowaną funkcję regulacji mocy biernej. Obowiązek posiadania takiego rozwiązania nakładają na mikroinstalacje dokumenty “Instrukcja Ruchu i Eksploatacji Sieci Dystrybucyjnej” opracowane przez poszczególnych dystrybutorów. W zależności od potrzeb możliwe jest wyrównywanie mocy biernej pojemnościowej, jak i indukcyjnej. Opcja regulacji mocy biernej zwykle znajduje się w zaawansowanych ustawieniach inwertera, gdzie użytkownicy końcowi instalacji PV nie mają dostępu. Wynika to wprost z wytycznych IRiESD. Jak stanowi pkt. 9.1.2.2. IRiESD Energa-Operator:

Konfiguracja trybów sterowania (mocą bierną – przyp. red.) oraz ich aktywacja i dezaktywacja ma być możliwa do ustawienia w miejscu zainstalowania urządzenia sterującego. W momencie uruchomienia mikroinstalacji należy ustawić tryb podstawowy zgodny z powyższym ppkt a). Zmiana trybu możliwa jest jedynie na polecenie ENERGA-OPERATOR SA. Wymagane jest zapewnienie ochrony przed nieuprawnioną ingerencją w ustawienia trybów pracy – zmiana trybów pracy nie może być dokonana samodzielnie przez właściciela mikroinstalacji.

W praktyce oznacza to, że modyfikacja ustawień mocy biernej na falowniku może (i powinna) być przeprowadzona jedynie przez uprawnione do tego podmioty – firmy fotowoltaiczne, które dokonały montażu systemu. Zmian nie można również przeprowadzać dowolnie, ale jedynie na polecenie operatora sieci.

Podsumowując, jeśli chodzi o moc bierną i fotowoltaikę, standardowy Pan Kowalski raczej nie ma się czego obawiać. Naliczenie opłat za energię bierną dla gospodarstwa domowego i taryfy G jest raczej mało prawdopodobne (choć przepisy nie wykluczają takiego scenariusza). Mitem jest również opinia, że montaż fotowoltaiki z góry skazuje nas na opłaty za moc bierną – wszystko zależy bowiem od charakterystyki pracy urządzeń w danym obiekcie.

Na koszty związane z oddawaniem i poborem mocy biernej w największym stopniu narażone są przedsiębiorstwa. Dzieje się tak, ponieważ to one najczęściej w znacznym stopniu wykorzystują urządzenia generujące odchylenia w przepływie mocy. Zarówno w przypadku firm, jak i pojedynczych gospodarstw domowych borykających się z opłatami za energię bierną przy fotowoltaice, rozwiązaniem może być kompensacja mocy biernej. Działanie to można przeprowadzić zarówno poprzez zmianę sposobu wykorzystania już działających sprzętów (np. ograniczanie pracy w trybie jałowym), jak i poprzez zakup kompensatorów. Regulacja mocy biernej jest możliwa także poprzez ustawienia falowników. W każdym z przypadków, niwelowanie mocy biernej najlepiej pozostawić ekspertom.