De ce puterea reactivă este importantă și corectă - și nici o problemă cu tehnologia SMA SMA Solar
De ce puterea reactivă este importantă și corectă - și nici o problemă cu tehnologia SMA
Puterea reactivă apare de fapt întotdeauna atunci când energia este transmisă folosind curent alternativ. Importanța lor pentru instalatorii solari și operatorii de sistem este în creștere, atât pentru sistemele mari, cât și pentru cele mici. Cea mai importantă constatare: puterea reactivă nu este deloc o problemă. Pentru unele probleme este chiar soluția.
La 1 iulie 2010, lucrurile vor deveni grave: sistemele solare care se alimentează la nivel de medie tensiune trebuie să poată furniza energie reactivă din acest moment în timp - aceasta este ceea ce prevede directiva revizuită din 2008 de medie tensiune a Asociației germane pentru managementul energiei și apei (BDEW). Cerințe și mai extinse sunt discutate pentru rețeaua de joasă tensiune. Motiv suficient pentru a arunca o privire mai atentă asupra subiectului: Ce este puterea reactivă? Pentru ce este bun? Ce se cere sistemelor fotovoltaice? Și ce soluții oferă SMA?
Puterea reactivă explicată pur și simplu
Ca model explicativ pentru puterea reactivă, se poate analiza veniturile și cheltuielile unei companii fictive: în ianuarie este nevoie de 10.000 de euro, în februarie sunt suportate cheltuieli de 10.000 de euro. Întregul lucru se repetă în următoarele luni. În ciuda cifrei de afaceri lunare de 10.000 EUR, profitul mediu este zero - puterea reactivă pură, ați putea spune. Dar cum se întâmplă așa ceva în rețeaua de curent alternativ?
Cum se creează puterea reactivă?
Cu curent continuu, relațiile sunt încă simple: puterea este produsul tensiunii și curentului. Cu curent alternativ, însă, lucrurile sunt mai complicate, deoarece puterea și direcția fluxului de curent și a tensiunii se schimbă regulat. În rețeaua electrică publică, ambele au o curbă sinusoidală cu o frecvență de 50 sau 60 Hz. Atâta timp cât curentul și tensiunea sunt „în fază”, adică oscilează în pas, produsul celor două mărimi pulsatorii are ca rezultat o putere pulsantă cu o valoare medie pozitivă - putere activă pură (Fig. 1a).
Fig. 1a: Fără schimbare de fază, produsul curentului i și al tensiunii u are ca rezultat o putere pulsantă, dar întotdeauna pozitivă - putere activă pură.
Dar de îndată ce curbele sinusoidale ale curentului și tensiunii sunt deplasate una împotriva celeilalte, produsul lor are ca rezultat o ieșire cu semne pozitive și negative alternante. În cazuri extreme, curentul și tensiunea sunt deplasate cu un sfert de perioadă: puterea curentului atinge întotdeauna valoarea maximă atunci când tensiunea este zero - și invers. Rezultatul: puterea reactivă pură, componentele puterii pozitive și negative se anulează reciproc complet (Fig. 1b).
Fig. 1b: O schimbare de fază de 90 de grade între curentul i și tensiunea u are ca rezultat alternarea puterii pozitive și negative cu o valoare medie de zero - putere reactivă pură.
Schimbarea menționată se numește și schimbare de fază, deși poate avea în mod natural două direcții. Apare atunci când există bobine sau condensatori în circuitul de curent alternativ - și asta este de fapt întotdeauna cazul: toate motoarele sau transformatoarele conțin bobine (asigură deplasarea inductivă), condensatorii (asigură deplasarea capacitivă) sunt, de asemenea, întâlnite frecvent.
Dar cablurile de alimentare multi-core acționează și ele ca un condensator, în timp ce liniile aeriene de înaltă tensiune pot fi privite ca bobine extrem de alungite. Prin urmare, este clar: o anumită cantitate de defazare și, astfel, puterea reactivă pot fi greu evitate în rețelele de curent alternativ. Variabila măsurată a defazării este factorul de deplasare cos (φ), care poate presupune valori cuprinse între 0 și 1. Cu ajutorul său, diferite valori de performanță pot fi foarte ușor convertite una în cealaltă (vezi caseta de informații).
Cum afectează puterea reactivă rețeaua electrică?
Numai puterea reală este puterea utilizabilă. Poate fi folosit pentru a conduce mașini, pentru a aprinde lămpi sau pentru a folosi încălzitoare radiante. Lucrurile sunt diferite cu puterea reactivă: nu este epuizată și nu poate face nicio treabă. Pur și simplu navighează înainte și înapoi în rețeaua electrică - și pune mai multă tensiune pe ea. Deoarece toate liniile, întrerupătoarele, transformatoarele și alte componente trebuie să ia în considerare puterea reactivă suplimentară.
Mai exact: trebuie să fie proiectate pentru puterea aparentă, adică pentru suma geometrică a puterii active și reactive. Pierderile ohmice din timpul transportului de energie apar și pe baza puterii aparente; prin urmare, puterea reactivă suplimentară duce la pierderi de transport mai mari.
Eliberarea rețelelor electrice și reglarea tensiunii
Din fericire, o schimbare de fază existentă poate fi compensată. Tot ce este necesar este o schimbare de fază opusă corespunzător prin intermediul bobinelor de compensare sau condensatoarelor de compensare - sau prin intermediul invertoarelor. Pe de o parte, acest lucru reduce pierderile de transport, pe de altă parte, rețeaua este încărcată doar cu puterea activă. Resursele de linie eliberate pot fi astfel utilizate pentru transmiterea puterii active suplimentare.
Schimbarea de fază capacitivă sau inductivă are un alt efect: crește sau scade tensiunea în rețea. În centralele electrice mari, de exemplu, energia este generată cu o schimbare de fază capacitivă pentru a compensa influența de reducere a tensiunii a liniilor aeriene inductive și a transformatoarelor. Controlul defazării sau al puterii reactive este, prin urmare, extrem de important pentru controlul rețelei - acest lucru se aplică nu numai centralelor mari, ci și sistemelor fotovoltaice din rețelele de medie sau joasă tensiune.
Aceasta este ceea ce cere directiva de medie tensiune
Conform directivei de medie tensiune BDEW, operatorii de rețea pot solicita alimentarea puterii reactive inductive sau capacitive cu un factor de schimbare de 0,95 din iulie 2010. De fapt, unii solicită deja alimentarea cu energie reactivă, astfel încât sistemele să poată fi conectate în continuare la punctele de conectare la rețea date - uneori chiar cu un factor de schimbare de 0,90. Un ghid corespunzător pentru rețeaua de joasă tensiune este deja în curs de elaborare; un studiu realizat de Universitatea Tehnică din München sugerează, de asemenea, un factor de schimbare de 0,90.
Context: Din motive fizice, alimentarea cu putere activă duce la o creștere a tensiunii, în special în rețeaua de joasă tensiune, care poate fi problematică în anumite circumstanțe (vezi Fig. 3). În același timp, totuși, este necesară o cantitate deosebit de mare de putere reactivă aici pentru a reduce din nou tensiunea.
Soluții de produse de la SMA
SMA oferă deja o gamă de produse de putere reactivă: toate invertoarele centrale mai noi, invertoarele SunnyMini Central cu control al puterii reactive și, de asemenea, noul Sunny Tripower sunt proiectate pentru furnizarea de energie reactivă. Invertoarele centrale actuale din seria HE îndeplinesc deja toate cerințele directivei de medie tensiune care se vor aplica de la mijlocul anului 2010 și oferă factori de schimbare de până la 0,90, celelalte dispozitive chiar până la 0,80.
Cutie de reducere a puterii
Cu cutia de reducere a puterii SMA există, de asemenea, o soluție de comunicare pentru specificarea factorului de schimbare: pe lângă limitarea controlată de la distanță a puterii de alimentare, dispozitivul permite selectarea de la distanță a maxim 16 factori de schimbare definite liber sau valori de putere reactivă (trebuie respectate valorile maxime ale invertoarelor utilizate).
Tehnologie avansată cu beneficii suplimentare
Seturile inovatoare Sunny Backup de la SMA merg chiar și cu un pas mai departe: dacă rețeaua de alimentare eșuează, un sistem de rezervă trebuie să utilizeze baterie și energie solară pentru a configura o rețea insulară completă - este destinat acestui „caz de rezervă”. Invertorul de baterii preia funcția de generator de rețea și este responsabil pentru tensiune, frecvență, compensarea puterii reactive și filtrarea armonicilor. Este capabil să furnizeze întreaga sa putere nominală ca putere reactivă și, astfel, să regleze defazarea în rețeaua insulei la orice valoare. Cu o modificare software, invertorul Sunny Backup ar putea face acest lucru chiar și atunci când tensiunea rețelei este disponibilă și poate elibera rețeaua de joasă tensiune în consecință.
Așa planificați cu putere reactivă
Desigur, puterea reactivă trebuie luată în considerare la proiectarea unui sistem fotovoltaic. Factorul de schimbare dorit sau necesar joacă rolul decisiv: determină cantitatea de putere aparentă și, prin urmare, puterea suplimentară necesară a invertorului. Cu un cos (φ) de 0,95, se produce o putere aparentă de 105,26 la sută din puterea reală PV oferită. Pentru a alimenta 100 kW putere activă cu acest schimb de fază, este necesar un invertor cu putere aparentă nominală de cel puțin 105 kVA (vezi Fig. 2). Important: Puterea activă consumată de invertor este păstrată în totalitate. Puterea reactivă respectivă apare și în invertor, motiv pentru care trebuie dimensionată în mod corespunzător mai mare. Cu software-ul gratuit de planificare SMA „Sunny Design” începând cu versiunea 1.50, toate opțiunile pentru alimentarea cu energie reactivă pot fi de asemenea calculate.
Fig. 2: Puterea reactivă dorită este generată în invertor - pe lângă puterea PV activă consumată. Suma geometrică a celor două este puterea aparentă; este decisivă pentru proiectarea invertorului
Rezolvarea problemelor cu puterea reactivă
Fig. 3: Creșterea procentuală a tensiunii la alimentarea cu putere activă de 27 kW, în funcție de unghiul de impedanță al rețelei și de factorul de schimbare
Concluzie: Nu vă fie frică de puterea reactivă
Furnizarea de energie reactivă de către invertoarele solare este un pas important pentru integrarea fotovoltaicului în controlul rețelei, dar poate fi atractivă și pentru operatori. Vestea bună: Datorită modului lor de funcționare, invertoarele sunt ideale pentru acest lucru.