Compensación de energía reactiva con autoconsumo fotovoltaico: por qué falla la batería de condensadores y cómo evitarlo

Cuando necesitas una batería de condensadores en una instalación –para evitar penalizaciones o aumentar la potencia disponible– y a la vez tienes generación fotovoltaica, pueden aparecer problemas en el funcionamiento de la batería. Francesc Fornieles, Responsable del área de Calidad de Energía y supervisión energética de Grupo Elektra, te explica cómo se penaliza la energía reactiva, qué cambia cuando hay autoconsumo y qué soluciones tienes según dónde conectes la instalación fotovoltaica.

1. Penalización de la energía reactiva en instalaciones

Antes de ver qué pasa con el autoconsumo conviene repasar cómo llega la penalización a la factura.

La compañía no mira los kVArh en bruto: mira la relación entre la energía activa y la reactiva que registra el contador, y lo hace periodo a periodo.

• Se penaliza por cos φ, como en las instalaciones tradicionales (cos φ < 0,95).
• Se calcula el cos φ en cada periodo tarifario:

cos φ = Ea / √(Ea² + Er²)

Los dos términos de esa fórmula son los que luego cambian cuando entra la fotovoltaica:

• Ea = energía activa registrada por el contador.
• Er = energía reactiva. Saldo neto entre los kVArh inductivos y los kVArh capacitivos.

2. Problemas cuando hay autoconsumo

Aquí está el nudo del asunto. La instalación fotovoltaica aporta kWh, pero no cambia la reactiva que consumen los motores, los transformadores o las lámparas.

El contador, en cambio, sí nota la diferencia, y con él el regulador de la batería:

• El autoconsumo proporciona energía activa (kWh).
• La demanda de energía reactiva a la red se mantiene.
  • Se supone que el inversor genera a cos φ = 1 (solo da kWh).
• Se reducen los kWh demandados a la red (la Ea que contabiliza el contador).

Ese cambio en lo que ve el contador tiene dos consecuencias: una en la factura y otra dentro del propio cuadro, en la medida que llega al regulador.

• La reducción de los kWh leídos por el contador implica:
  • Un menor exceso de kVArh a partir del cual se evita la penalización de la reactiva.
    • Recordatorio: no se penaliza hasta un consumo de Er = 33 % de Ea (cos φ > 0,95).
    • El mismo consumo de reactiva puede hacer que el cos φ que ve el contador sea inferior a 0,95 → penalización.
  • Posibilidad de errores de lectura en el regulador de reactiva de la batería de condensadores, provocados por:
    • Una lectura del cos φ en el regulador de la batería diferente a la contabilizada por el contador de facturación.
    • Una circulación de corriente excesivamente baja a través del transformador de corriente que proporciona la medida al regulador.
    • Un valor de cos φ medido por el regulador excesivamente próximo a 0.

3. Ejemplo

Con números se ve mejor. Este es el mismo cliente antes y después de instalar la fotovoltaica, sin tocar nada de su batería de condensadores.

Una instalación con una demanda de potencia activa de 600 kW y una potencia reactiva de 280 kVAr. La batería de condensadores está dando 250 kVAr capacitivos.

• El cos φ que ve el contador de la compañía sería:

cos φ = 600 / √(600² + (280 − 250)²) = 0,998

• Si tuviera una generación fotovoltaica cercana a la potencia demandada, por ejemplo 550 kW, el contador de la compañía vería:

cos φ = (600 − 550) / √((600 − 550)² + (280 − 250)²) = 0,85

• Se penalizaría el exceso de reactiva.
• Lectura del transformador de intensidad cuando la fotovoltaica está generando:
  • La potencia S que se demanda al transformador: los 50 kW que no suministra la generación FV y los 30 kVAr que no suministra la batería.

I(TI) = √(50² + 30²) / (400 × 1,73) = 84 A

• Si, por ejemplo, el transformador de intensidad de la batería es de 2000/5, los 84 A pueden no generar una señal de medida adecuada para el regulador, en potencia y/o en precisión → el regulador puede desconectar escalones de la batería.

4. Soluciones en la instalación

El punto de conexión del sistema de autoconsumo a la red determina qué problemas pueden aparecer. Se pueden presentar dos tipologías de conexión.

Tipología 1

La fotovoltaica entra por delante del punto donde mide la batería, así que el transformador de corriente sigue viendo toda la energía de la instalación.

• La inyección de la potencia fotovoltaica se hace aguas arriba de la conexión de la batería.
• El transformador de corriente ve la potencia suministrada tanto por el transformador como por las placas FV.

Posibles mejoras

Para evitar el mal funcionamiento del regulador:

• Medir la potencia (intensidad) entregada por la generación fotovoltaica y la demandada a la red.
• Sumar las dos intensidades y llevar esta señal al regulador.
• Los dos primarios deben ser iguales.

Para sumar las dos medidas, en este esquema se utiliza el transformador sumador CIRCUTOR TSR-2 2x5A (M70701).

Con esa señal sumada, el regulador vuelve a trabajar con el consumo real de la instalación y deja de desconectar escalones sin motivo.

Tipología 2

Aquí ocurre lo contrario: la medida se toma por delante de la inyección fotovoltaica, de modo que el regulador solo ve la parte de la potencia que viene de la red.

• La inyección de la potencia fotovoltaica se hace aguas abajo de la conexión de la batería.
• El transformador de corriente ve solo la potencia suministrada por el transformador.

En esta tipología pueden aparecer:

• Un menor exceso de kVArh a partir del cual se evita la penalización de reactiva.
• Una circulación de corriente excesivamente baja a través del transformador o transformadores de corriente que proporcionan la medida al regulador.
• Un valor de cos φ medido por el regulador excesivamente próximo a 0.

Y esto no es teórico. Este es un caso con una instalación más pequeña, donde el problema aparece igual:

• Una instalación con demanda de potencia activa de 110 kW y potencia reactiva consumida por las cargas de 93 kVAr.
• La generación FV está dando 102 kW.
• La batería de condensadores es de 90 kVAr, con escalones de 10 + 4×20.
• La lectura del transformador: la potencia demandada al transformador serían los 8 kW que faltan y los 3 kVAr que no compensa la batería.

I(TI) = √(8² + 3²) / (400 × 1,73) = 12 A

• Si, por ejemplo, el transformador de intensidad de la batería es de 400/5, los 12 A pueden no generar una señal de medida adecuada para el regulador, en potencia y/o en precisión → el regulador puede desconectar escalones de la batería, y entonces el cos φ sería muy malo.

Posibles mejoras

Convertir la tipología 2 en tipología 1 con un transformador sumador.

5. Reguladores de energía reactiva específicos

Además de modificar la medida en la instalación, hay otra vía: que sea el propio regulador de la batería el que mida y sume las corrientes de las distintas fuentes de energía.

El Computer PV12 es un regulador de energía reactiva diseñado para instalaciones con autoconsumo fotovoltaico y para aplicaciones donde es necesario sumar corrientes de distintas fuentes de energía.

El equipo mide el cos φ de la red y controla la conexión y desconexión de condensadores para mantenerlo en el valor objetivo. Además, calcula y muestra los principales parámetros eléctricos en redes monofásicas y trifásicas equilibradas.

La medida se realiza en verdadero valor eficaz (True RMS) mediante:

• 4 entradas de tensión CA.
• 3 entradas de corriente independientes.
• 1 entrada para medida de corriente de fugas.

La gama Computer PV12 permite realizar hasta 3 medidas de fuentes de energía independientes y sumarlas en una lectura total.

Así, el regulador obtiene una medida más precisa del comportamiento eléctrico real de la instalación y permite una regulación más eficiente de la batería de condensadores.

Como resultado, la batería puede actuar correctamente en instalaciones con autoconsumo fotovoltaico, reduciendo errores de regulación, evitando sobrecompensaciones y minimizando el riesgo de penalizaciones por energía reactiva.

6. Preguntas frecuentes sobre la compensación de reactiva con autoconsumo

A modo de resumen, este artículo trata de resolver las principales dudas que más aparecen cuando una instalación con batería de condensadores incorpora generación fotovoltaica:

¿Cuándo se penaliza la energía reactiva?

Cuando el cos φ baja de 0,95 en un periodo tarifario. Dicho de otra forma, no hay penalización mientras la energía reactiva no supere el 33 % de la energía activa registrada por el contador.

¿Por qué el autoconsumo fotovoltaico puede provocar penalizaciones por reactiva?

El autoconsumo reduce los kWh que el contador registra de la red, mientras que la demanda de reactiva se mantiene. Con el mismo consumo de reactiva, el cos φ que ve el contador puede caer por debajo de 0,95.

¿Para qué sirve un transformador sumador?

Suma la intensidad demandada a la red y la entregada por la generación fotovoltaica y lleva esa señal al regulador de la batería de condensadores, para que mida el consumo real de la instalación. Los dos primarios deben ser iguales.

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