Licznik energii elektrycznej to przyrząd pomiarowy, którego przeznaczeniem jest pomiar konsumpcji prądu w danym gospodarstwie domowym lub dowolnym innym obiekcie. Jednak w przypadku tzw. prosumentów, czyli podmiotów, które dzięki instalacjom fotowoltaicznym wytwarzają nadwyżki prądu i oddają je do sieci, sprawa się nieco komplikuje, gdyż ich liczniki powinny uwzględniać i przeliczać ilość energii płynącej w obie strony, więc standardowe urządzenia nie wchodzą tu w grę. Skoro nie standardowe, to jakie?

liczniki energii elektrycznej w instalacjach fotowoltaicznych

Aby właściwie zrozumieć pewną odrębność i wyjątkowość nowoczesnych liczników energii elektrycznej stosowanych w instalacjach fotowoltaicznych (lub ogólnie mówiąc w instalacjach opartych na OZE), należy wpierw zapoznać się z charakterystycznymi warunkami w jakich przychodzi im pracować oraz pojąć istotę działania i podstawowe cechy elektronicznych i inteligentnych liczników stosowanych obecnie na terenie Polski i Unii Europejskiej. Bez tego czytelnik będzie poruszać się w swoistej próżni i bez możliwości odniesienia się do czegokolwiek, nie mogąc dokonać porównania między klasycznymi licznikami a licznikami dedykowanymi do pracy w instalacjach PV. Dlatego tym właśnie zagadnieniom poświęcone zostają poniższe dwa pierwsze rozdziały.

liczniki energii elektrycznej w instalacjach fotowoltaicznych2Dwukierunkowy licznik LE-01MB oferuje zdalny odczyt wskazań poprzez przewodową sieć w standardzie M-Bus.

Inteligentne liczniki elektroniczne– w tym dwukierunkowe– i ich możliwości

Liczniki stosowane przez konsumentów posiadających przyłączoną do publicznej sieci instalację fotowoltaiczną, to urządzenia nowoczesne, mierzące przepływ prądu w kierunku od zakładu energetycznego do konsumenta oraz w kierunku przeciwnym (to ich największy wyróżnik), komunikujące się z wszystkimi zaangażowanymi w wymianę energii stronami i oferujące wiele innych funkcjonalności wynikających z faktu zastosowania w nich inteligentnych cyfrowych modułów obliczeniowych. Jak wszystkie inne liczniki elektroniczne (obojętne czy 1-kierunkowe, czy też 2-kierunkowe), liczniki te opierają swoje działanie na układach scalonych wyposażonych oczywiście w półprzewodniki (stąd inna, często spotykana nazwa dla tych liczników: półprzewodnikowe) i generujących impulsy pod wpływem przepływającego prądu oraz przyłożonego napięcia. Na tym w gruncie rzeczy polega istota działania liczników elektronicznych: wspomniane impulsy powstają w ilości proporcjonalnej do pobieranej energii elektrycznej i następnie ich ilość jest sumowana przez licznik w określonej jednostce czasu. Dzięki temu, że liczniki elektroniczne liczą gęsto generowane impulsy, a nie samą energię elektryczną, są o wiele dokładniejsze od starych indukcyjnych liczników, a dzięki procesorom, sterownikom, modułom komunikacyjnym i oprogramowaniu, oferują znacznie więcej funkcji. Ich konstrukcja wbrew pozorom nie jest zbyt skomplikowana i sprowadza się w najprostszych wydaniach do układów wiążących ze sobą mikrokontroler, przetworniki A/C oraz C/A, czujnik mierzący prąd i napięcie, zapasowe zasilanie dla zapewnienia nieprzerwanego działania licznika (bateria), wyświetlacz LCD i moduły do komunikacji bezprzewodowej (WiFi, Bluetooth, GSM i inne metody). Obecnie stosowane – i wymagane przez prawo Unii Europejskiej – liczniki cyfrowe pozwalają na bieżąco kontrolować zużycie prądu (wiele mierzy czynną jak i bierną energię), a więc i monitorować koszty, przy czym są to koszty za realnie wykorzystaną energię, dzięki czemu zakłady energetyczne mogły zrezygnować ze zryczałtowanych rachunków.

liczniki energii elektrycznej w instalacjach fotowoltaicznych3Fot.2.Firmy zakładające instalacje PV zawsze oferują precyzyjnie dobrane liczniki 2-kierunkowe.

Co więcej – pozwalają na rozliczenia na zasadzie przedpłaty (system prepaid) ,czyli na zakupy określonych porcji energii na przykład za pomocą kodów doładowujących. Wyświetlacze LCD liczników elektronicznych prezentują obecnie cały szereg informacji, takich jak choćby całkowite zużycie energii wyrażone w kWh, koszt zużytej energii, bieżące zapotrzebowanie na energię, aktualny koszt pojedynczej kWh, ilość jednostek pozostałych do zużycia po wykupieniu porcji energii poprzez system przedpłaty czy też parametry aktualnej taryfy. Na największą uwagę zasługuje funkcja przełomowa z punktu widzenia historii rozwoju liczników inteligentnych – komunikacja z osobami odpowiedzialnymi za ich kontrolowanie, z dostawcą energii elektrycznej oraz jej konsumentem. Co istotne – ta komunikacja nie jest jednostronna, lecz dwustronna. Między innymi dlatego liczniki elektroniczne otrzymały miano „inteligentnych”. Kierunek przesyłu danych od konsumenta do dostawcy energii elektrycznej jest tu rzeczą oczywistą, lecz komunikacja dostawcy z licznikiem to dość nowa sprawa. To rozwiązanie jest bardzo przydatne, gdyż pozwala dostawcy prądu zdalnie aktualizować oprogramowanie licznika oraz stawki cenowe i informacje dotyczące taryf. Oczywiście konsument też może wejść w komunikację z własnym licznikiem, otrzymując pakiety danych na temat zużytych kWh, bieżących kosztów, napięcia prądu, zmierzonej mocy itp. Służą do tego m.in. indywidualne konta, na których – po zalogowaniu się – konsumenci sprawdzają aktualne zużycie energii, miesięczne lub roczne podsumowanie itp.

liczniki energii elektrycznej w instalacjach fotowoltaicznych4Fot.4.Komunikacja poprzez złącze Modbus RTU to tylko jedna z kilku funkcjonalności licznika Smart Meter 63A-1.

ogą tam również sprawdzić swoje zwyczaje konsumpcji prądu w cyklu dobowym, przedstawiane choćby w postaci wykresu grafi cznego, oraz dokonać zmian w wyborze taryf, lub – jak zostało to wspomniane wcześniej – dokonać rozliczenia rzeczywistego, albo też dokonać przedpłaty i zapłacić z góry za kolejną ilość prądu. Wracając do kwestii wymiany danych, należy zauważyć, że obecnie dostawcy energii otrzymują znacznie więcej informacji o zużyciu energii, niż miało to miejsce dwie czy trzy dekady temu. Inteligentne liczniki cyfrowe przekazują informacje o stanie licznika w regularnych odstępach czasowych, np. co 15 lub 30 minut, dzięki czemu dostawcy mogą wychwycić trendy i powtarzalne wahania w zużyciu prądu i na ich podstawie lepiej zarządzać siecią energetyczną, na przykład poprzez wysyłanie większej porcji energii tam, gdzie realne zapotrzebowanie na nią jest większe. Informacje od liczników, umożliwiające im prowadzenie lepszego monitoringu prądu, pozwalają na minimalizację strat handlowych i technicznych. Liczniki elektroniczne mają jednak pewną wadę, o której należy tu wspomnieć – same pobierają energię, za którą konsument musi zapłacić.

liczniki energii elektrycznej w instalacjach fotowoltaicznych5Fot.5.Licznik 2-kierunkowy LE-03MW-CT zlicza energię elektryczną prądu 3-fazowego i przeznaczony jest do pomiaru w układzie półpośrednim.

Net-metering i 2-kierunkowe liczniki

Zaznajomiwszy się z ogólną charakterystyką inteligentnych liczników cyfrowych, do których należą stosowane dziś 2-kierunkowe liczniki dla instalacji fotowoltaicznych, warto się zastanowić nad specyfi cznymi warunkami pracy dla tych liczników, ponieważ to one wymusiły ich dwukierunkowy pomiar i wpłynęły na to, że mają właśnie taką, a nie inną charakterystykę. Cała idea dwukierunkowego pomiaru jest wynikiem pojawienia się zjawiska nadmiaru energii i konieczności jej zmagazynowania – zjawiska typowego dla funkcjonowania instalacji PV. Konsumenci posiadający takie instalacje fotowoltaiczne wpierw pokrywają bieżące zapotrzebowanie na prąd z systemu PV, a później z sieci publicznej. Jednak w sytuacjach gdy ich bieżące zapotrzebowanie jest mniejsze niż podaż energii z instalacji PV, stają przed problemem zagospodarowania wytworzonej nadwyżki energetycznej. W układach zwanych OFF-GRID ten nadmiar magazynowany jest w akumulatorach przyłączonych do instalacji PV, jednak jest to rozwiązanie bardzo drogie. Znacznie powszechniejszy jest układ ON-GREED w którym konsumenci oddają nadwyżki wytworzonej energii do sieci publicznej, stając się poprzez to niejako wytwórcami tej energii i zyskując status tzw. prosumentów. Rzecz w tym, że energię oddawaną do sieci publicznej trzeba też mierzyć, a to oznacza, że w całym układzie muszą funkcjonować liczniki dwukierunkowe, które zliczają zarówno energię wytworzoną przez instalację PV i oddaną do sieci publicznej jak i tą pobraną z tej samej sieci przez prosumenta – wszystko po to, by prosument mógł rozliczyć się z zakładem energetycznym. Opisana wyżej sytuacja zaowocowała nowym terminem, jakim jest NET-METERING, czyli w dużym uproszczeniu sposób rozliczania się prosumenta z różnicy między energią pobraną i oddaną do sieci publicznej zarządzanej przez lokalnego administratora, przy wykorzystaniu dwukierunkowego licznika energii elektrycznej. Dzięki takim licznikom, prosumenci w ustalonych okresach rozliczeniowych (zwykle półrocznych) określają swój bilans rozliczeniowy z lokalnym zakładem energetycznym po czym stają przed trzema możliwymi sytuacjami:

  • osiągają bilans zerowy i zużywają dokładnie tyle energii elektrycznej ile wyprodukowała ich instalacja PV, co obejmuje również sytuacje takie jak wpuszczenie nadwyżki energii do sieci (magazynowanie jej tam) po czym jej zużycie w dowolnym czasie do równego zera – ponoszą wówczas tylko koszty związane z przesyłaniem energii,
  • osiągają bilans dodatni, co ma miejsce wtedy, gdy z nadwyżki energii wpuszczonej do sieci zużyta zostaje tylko jej część, zaś za niewykorzystaną (w okresie rozliczeniowym) porcję energii zakład energetyczny płaci im ustaloną stawkę, w pewnym sensie dokonując w ten sposób jej zakupu,
  • osiągają bilans ujemny, który pojawia się w sytuacji zużycia całej energii pierwotnie oddanej do sieci oraz pobrania jej kolejnej, niejako nadwyżkowej porcji – wówczas prosument musi zapłacić za ową dodatkowo pobraną porcję energii elektrycznej.
liczniki energii elektrycznej w instalacjach fotowoltaicznych7Fot. 7.Liczniki 2-kierunkowe grają ważną rolę w systemach sterowania odbiornikami (grzałka C.W.U. i pompa ciepła).

Wszystkie te kalkulacje nie byłyby możliwe bez wykorzystania dwukierunkowych liczników energii elektrycznej (również 3-fazowych), które obliczają na bieżąco pobór i dostawę energii elektrycznej. Co więcej, często monitorują jakość i stabilność zasilania, sygnalizując wszelkie odstępstwa od normy i zapisując takie sytuacje w pamięci. Liczniki te sprawdzają się też we wszelkich systemach monitoringu i zarządzania zużyciem energii dla podnoszenia efektywności energetycznej małych przedsiębiorstw. W takich zastosowaniach z reguły współpracują ze specjalnie napisanymi aplikacjami do monitorowania, które automatycznie rozpoznają podłączone liczniki i zliczają energię pobieraną jak i dostarczaną do sieci energetycznej. Część oferty rynkowej 2-kierunkowych liczników to urządzenia wykonane w standardzie przemysłowym czyli przystosowane do montażu na szynach DIN i do zabudowy w standardowych rozdzielnicach. Łączą one wysoką wytrzymałość i kompaktowe rozmiary z dużym zakresem pomiarowym (na przykład od 0,2 A do 6000 A). Zawsze posiadają też wbudowane interfejsy komunikacyjne, takie jak S-Bus, M-Bus albo Modbus i spełniają wymagania dyrektywy MID, co oznacza że można z nich korzystać w systemach pomiaru zużycia energii w całej Unii Europejskiej bez konieczności dodatkowej kalibracji. Wracając do standardowych 2-kierunkowych liczników energii elektrycznej, stosowanych powszechnie przy domowych instalacjach PV, należy zwrócić uwagę na wzrost ilości danych, przekazywanych za ich pośrednictwem do dostawcy energii elektrycznej. Są to bardzo liczne i bogate dane, które można wykorzystywać do tworzenia statystyk i prognoz w odniesieniu do prosumentów. Zdaniem GIODO za pośrednictwem elektronicznych i w pełni skomunikowanych liczników dostawcy prądu mogą obserwować nawyki prosumentów, identyfi kować urządzenia, jakie posiadają w domach, czy wręcz tworzyć ich „profi le energetyczne” i później te informacje sprzedawać lub udostępniać innym zainteresowanym podmiotom.

liczniki energii elektrycznej w instalacjach fotowoltaicznych8

Podsumowanie

Rozwój liczników 2-kierunkowych w najbliższej przyszłości należy wiązać z rozwojem systemów zarządzania tzw. Inteligentnymi Domami, jak i z rozbudową struktur Internetu Rzeczy. W oba systemy, w gruncie rzeczy ściśle ze sobą powiązane, liczniki te już stopniowo są włączane i w obrębie obu już niedługo zapewne przejdą na poziom pełnej i szerokopasmowej komunikacji M2M (Machine To Machine – wymiana danych między urządzeniami). Warto przy tym wszystkim pamiętać, że 2-kierunkowe liczniki wiążą się nie tylko z fotowoltaiką, ale też innymi formami produkcji energii elektrycznej w oparciu o odnawialne źródła, jakimi jest choćby produkcja na bazie energii wiatru. Schemat jest tu bardzo podobny: prosument w swojej instalacji wytwarza nadwyżki energii, które mogą stanowić zapas zmagazynowany w sieci i które jednocześnie są „towarem” przy rozliczeniach z zakładem energetycznym.

Łukasz Lewczuk


Na podstawie materiałów publikowanych
m.in. przez: Stowarzyszenie
Elektryków Polskich, Apator S.A.,
Legrand Polska Sp. z o.o., Sunsol Sp. z o.o.,
Sabur Sp. z o.o., oraz Saia-Burgess
Controls AG i Fronius Polska Sp. z o.o.

Fachowy Elektryk poleca

Gdzie zamówić?

Jesteś zainteresowany podobnymi produktami lub usługami?
Kliknij w wybraną wizytówkę, żeby dowiedzieć się więcej.

x