To Net Billing με οικιακή μπαταρία στην Κύπρο

Πρώτο μέρος

Το Net Billing είναι ένα σύστημα συμψηφισμού ενέργειας όπου ένας οικιακός καταναλωτής με εγκατεστημένο φωτοβολταϊκό σύστημα που παράγει περισσότερη ενέργεια από ό,τι καταναλώνει πουλά την περίσσεια στο δίκτυο και αποζημιώνεται με προκαθορισμένη τιμή (συνήθως χαμηλότερη από την τιμή αγοράς ηλεκτρισμού). Αντίθετα, στο Net Metering γινόταν πρακτικά ανταλλαγή ενέργειας 1:1 με το δίκτυο (η περίσσεια «αποθηκευόταν» στο δίκτυο ως πιστωτικές κιλοβατώρες για μελλοντική χρήση), χωρίς χρηματική συναλλαγή ανά kWh. Με απλά λόγια, στο net metering το δίκτυο λειτουργούσε σαν «μπαταρία», όπου η πλεονάζουσα ενέργεια συμψηφιζόταν αργότερα, ενώ στο net billing η πλεονάζουσα παραγωγή πωλείται στον προμηθευτή σε προκαθορισμένη τιμή.

Η Κύπρος προχωρά από το 2025 στην αντικατάσταση του net metering με net billing για νέες εγκαταστάσεις, με σκοπό την καλύτερη ισορροπία στο δίκτυο και ευθυγράμμιση με τις ευρωπαϊκές πρακτικές. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα του net billing είναι ότι ενθαρρύνει την επένδυση σε συστήματα αποθήκευσης (μπαταρίες), επειδή η πώληση της περίσσειας ενέργειας αποφέρει μικρότερη αξία από την άμεση ιδιοκατανάλωσή της, συμφέρει ο καταναλωτής να αποθηκεύει το πλεόνασμα ενέργειας για χρήση όταν το χρειάζεται. Έτσι, μπορεί να μεγιστοποιήσει την αυτοκατανάλωση και να μειώσει την ενέργεια που αγοράζει από το δίκτυο, πετυχαίνοντας καλύτερη αντιστοίχιση παραγωγής-ζήτησης μέσα στο 24ωρο.

Για να λειτουργήσει ένα σύστημα net billing με μπαταρία σε οικιακή εφαρμογή, υπάρχουν ορισμένες βασικές τεχνικές απαιτήσεις και στοιχεία που πρέπει να ληφθούν υπόψη:

·        Μπαταρία με ενσωματωμένο BMS

Κάθε οικιακή μπαταρία πρέπει να διαθέτει Σύστημα Διαχείρισης Μπαταρίας (Battery Management System, BMS). Το BMS παρακολουθεί και ρυθμίζει κρίσιμες παραμέτρους της μπαταρίας (τάση κυψελών, θερμοκρασία, ρεύμα φόρτισης/εκφόρτισης) με στόχο την ασφαλή λειτουργία και τη μακροζωία της μπαταρίας. Διασφαλίζει ότι η μπαταρία δεν υπερφορτίζεται ή αποφορτίζεται υπερβολικά και διατηρεί τα κελιά ισορροπημένα. Σε όλες τις σύγχρονες μπαταρίες λιθίου (Li-ion ή LiFePO₄) το BMS είναι αναπόσπαστο μέρος – είναι απαραίτητο για την αποτροπή κινδύνων (υπερθέρμανση, θερμικό ανεξέλεγκτο φαινόμενο) και επομένως την προστασία της. Συνοπτικά, η μπαταρία πρέπει να έχει ενσωματωμένο BMS, κάτι που πλέον αποτελεί μια τυπική πρακτική στα συστήματα αποθήκευσης.

·        Έξυπνος μετρητής (smart meter) και μέτρηση ενέργειας

Η μετάβαση σε net billing απαιτεί μετρητή διπλής κατεύθυνσης, δηλαδή έναν «έξυπνο» ψηφιακό μετρητή που καταγράφει χωριστά την ενέργεια που καταναλώνεται από το δίκτυο (εισερχόμενη) και την ενέργεια που διοχετεύεται στο δίκτυο (εξερχόμενη). Αυτός ο μετρητής είναι απαραίτητος για να υπολογίζεται σωστά το ποσό που θα καταβληθεί (πληρωμή) για την πλεονάζουσα παραγωγή από τον προμηθευτή, αλλά και τι πρέπει να καταβληθεί από τον ιδιοκτήτη για την κατανάλωση από το δίκτυο στην κατοικία. Στην Κύπρο ήδη ξεκίνησε η γενικευμένη εγκατάσταση έξυπνων μετρητών το 2025, ακριβώς για να υποστηριχθούν τέτοια σχήματα και να εκμοντερνιστεί η διαχείριση ενέργειας.

Οι έξυπνοι μετρητές μπορούν να καταγράφουν δεδομένα σε μικρά χρονικά διαστήματα και να τα μεταφέρουν αυτόματα στον διαχειριστή δικτύου (ΔΣΔ). Έτσι, διευκολύνεται και η τυχόν υιοθέτηση σύνθετων τιμολογίων (π.χ. ωριαίας μεταβλητής τιμής). Σύμφωνα με την Ευρωπαϊκή Οδηγία, κάθε καταναλωτής με έξυπνο μετρητή έχει δικαίωμα να ζητήσει συμβόλαιο με δυναμική τιμολόγηση από τον προμηθευτή του. Παρ’ όλα αυτά, οι πελάτες σήμερα δεν έχουν σε πραγματικό χρόνο πρόσβαση στα δεδομένα του έξυπνου μετρητή τους – συνήθως τα βλέπουν με κάποια καθυστέρηση. Αυτό το χρονικό υστέρημα δίνει πλεονέκτημα στον Διαχειριστή Δικτύου (ΔΣΔ) που λαμβάνει ζωντανά τα στοιχεία, ενώ ο καταναλωτής βλέπει με χρονική καθυστέρηση την ανάλυση. Η ΕΕ πάντως προτρέπει οι μετρητές να μπορούν να παρέχουν πληροφορίες σχεδόν σε πραγματικό χρόνο στον τελικό καταναλωτή (π.χ. μέσω οθόνης ή εφαρμογής), ώστε να ενθαρρύνεται η ενεργή συμμετοχή του. Ενδέχεται στο μέλλον οι προμηθευτές να προσφέρουν τέτοια δυνατότητα (π.χ. ανά ώρα ενημέρωση κατανάλωσης), αλλά προς το παρόν πρέπει ο χρήστης να εγκαταστήσει δικά του μέσα αν θέλει αμεσότερη παρακολούθηση.

·        Σύστημα ενεργειακής διαχείρισης (EMS) και έλεγχος φορτίων

Ένα Σύστημα Διαχείρισης Ενέργειας (Energy Management System, EMS) στην κατοικία δεν είναι μεν υποχρεωτικό από Κανονισμούς, αλλά είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για τη βέλτιστη αξιοποίηση του φωτοβολταϊκού και της μπαταρίας. Το EMS μπορεί να είναι είτε μια λειτουργία ενσωματωμένη στον υβριδικό αντιστροφέα, είτε ένα ανεξάρτητο σύστημα (υλικό και λογισμικό) που παρακολουθεί την παραγωγή, την αποθήκευση και την κατανάλωση.

Βασικές λειτουργίες ενός οικιακού EMS:

• Έλεγχος φόρτισης/εκφόρτισης μπαταρίας: Αποφασίζει πότε θα φορτίσει την μπαταρία (π.χ. όταν υπάρχει πλεόνασμα ηλιακής παραγωγής) και πότε θα την εκφορτίσει για να τροφοδοτήσει τα φορτία, ώστε να ελαχιστοποιηθεί η ενέργεια που αγοράζεται από το δίκτυο. Θα τηρεί όρια όπως να μην πέφτει το ποσοστό φόρτισης κάτω από 20% και να μην ξεπερνά το 80%.

• Διαχείριση φορτίων: Προτεραιοποιεί ή προγραμματίζει ορισμένες συσκευές. Για παράδειγμα, συσκευές όπως θερμοσίφωνες, φορτιστές ηλεκτρικών οχημάτων, πλυντήρια κ.λπ., μπορούν να προγραμματιστούν να λειτουργούν όταν υπάρχει περίσσεια ηλιακής ενέργειας ή φθηνή τιμή ρεύματος. Το EMS μπορεί να προτείνει ή/και να αποφασίζει ενεργοβόρες συσκευές να λειτουργούν σε ώρες χαμηλού κόστους ή υψηλής ηλιοφάνειας.

• Επίβλεψη και πρόβλεψη: Ένα εξελιγμένο EMS μπορεί να λαμβάνει υπόψη προβλέψεις (π.χ. μετεωρολογικά δεδομένα για προβλεπόμενη παραγωγή PV, ή πρόγραμμα δυναμικής τιμολόγησης επόμενης ημέρας) ώστε να βελτιστοποιήσει τις αποφάσεις του.

Για να επιτύχει τα παραπάνω, το EMS θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει δεδομένα για την κατανάλωση των επιμέρους φορτίων. Εδώ έρχονται οι έννοιες Intrusive vs Non-Intrusive Load Monitoring:

• Άμεση/επεμβατική μέτρηση φορτίων (Intrusive load monitoring): Τοποθετούνται ξεχωριστοί μετρητές ή αισθητήρες ανά συσκευή ή ανά κύκλωμα (π.χ. έξυπνες πρίζες, επιμέρους μετρητές σε κλιματιστικό, θερμοσίφωνες κ.λπ.). Έτσι, το σύστημα γνωρίζει ακριβώς τι καταναλώνει κάθε φορτίο. Αυτό δίνει ακρίβεια, όμως είναι ακριβό και περίπλοκο στην εγκατάσταση («επεμβατικό» γιατί απαιτείται εγκατάσταση μετρητών σε κάθε φορτίο).

• Μη επεμβατική ανάλυση φορτίων (Non-intrusive load monitoring, NILM): Σε αυτήν την περίπτωση, ένας μόνο μετρητής (π.χ. ο συνολικός έξυπνος μετρητής ή ένας καταγραφέας στον γενικό πίνακα) συλλέγει τα συνολικά δεδομένα κατανάλωσης και ειδικοί αλγόριθμοι στο cloud ή στο EMS αναλύουν το σήμα για να διαχωρίσουν ποια συσκευή είναι ενεργή. Με το NILM μπορούν να εξαχθούν πληροφορίες για την κατανάλωση κάθε κύριας συσκευής, χωρίς επιμέρους αισθητήρες. Για παράδειγμα, από τις μεταβολές στο ρεύμα/ισχύ μπορεί το σύστημα να αναγνωρίσει πότε άναψε το ψυγείο ή πότε λειτουργεί ο φούρνος. Αυτή η τεχνική αξιοποιεί προηγμένα μοντέλα και τεχνητή νοημοσύνη και συχνά υλοποιείται σε υπολογιστικό νέφος (cloud-based NILM), όπου τα δεδομένα στέλνονται σε έναν διακομιστή, αναλύονται, και επιστρέφουν πληροφορίες στο EMS ή στον χρήστη.

·        Δυναμική τιμολόγηση (Dynamic pricing)

Η δυναμική τιμολόγηση αναφέρεται σε συμβόλαια προμήθειας ρεύματος όπου η τιμή ανά κιλοβατώρα μεταβάλλεται συχνά (π.χ. κάθε ώρα), βάσει της τιμής αγοράς στο χρηματιστήριο ενέργειας ή βάσει ζώνης φορτίου. Δεν είναι απαραίτητη προϋπόθεση για να λειτουργήσει το net billing με μπαταρία, αλλά αποτελεί ένα επιπλέον εργαλείο που μπορεί να αξιοποιήσει ένας καταναλωτής με αποθήκευση και EMS.

Στην παρούσα φάση, τα οικιακά τιμολόγια στην Κύπρο είναι συνήθως σταθερά ή έχουν 2-3 ζώνες (ημέρας/νύχτας). Ωστόσο, με βάση τις Ευρωπαϊκές Οδηγίες, προβλέπεται ότι όσοι έχουν έξυπνο μετρητή μπορούν να ζητήσουν συμβόλαιο με τιμή που να ακολουθεί την αγορά. Εάν ένας καταναλωτής έχει δυναμικό τιμολόγιο (π.χ. φθηνή ηλεκτρική ενέργεια τις ώρες χαμηλής ζήτησης και ακριβή τις ώρες αιχμής), τότε μια οικιακή μπαταρία γίνεται ακόμα πιο πολύτιμη:

• Θα μπορούσε θεωρητικά να φορτίζει από το δίκτυο όταν η τιμή είναι πολύ χαμηλή (αν επιτρέπεται) και να αποφεύγει την αγορά ρεύματος όταν η τιμή είναι υψηλή, καλύπτοντας εκείνες τις ώρες από την μπαταρία.

• Κυρίως, όμως, σε δυναμική τιμολόγηση που αντικατοπτρίζει τις ώρες αιχμής, το όφελος της μπαταρίας να αποθηκεύει ηλιακή ενέργεια μεγεθύνεται, γιατί πιθανόν το απόγευμα/βράδυ η τιμή του ρεύματος να είναι πολλαπλάσια της μεσημεριανής τιμής.

Το net billing με μπαταρία λειτουργεί και με σταθερή τιμή (απλά η σύγκριση είναι μεταξύ της σταθερής τιμής αγοράς vs της χαμηλότερης τιμής πώλησης). Όμως, αν στο μέλλον εφαρμοστεί δυναμικό ή έστω κυμαινόμενο τιμολόγιο εισαγωγής/εξαγωγής, θα αυξήσει τα κίνητρα για χρήση της μπαταρίας. Ήδη έχει επισημανθεί ότι ένα μεταβλητό (ωριαίο) σχήμα τιμών εξαγωγής στο net billing θα ωθούσε τους καταναλωτές να μετατοπίζουν τη ζήτησή τους και να εγκαθιστούν μπαταρία για μεγιστοποίηση του οφέλους. Σημειώνουμε ότι η πλήρης αξιοποίηση δυναμικών τιμών απαιτεί και πιο αυτόματο έλεγχο (δηλ. EMS ικανό να προγραμματίζει φορτία ή φόρτιση μπαταρίας με βάση σήματα τιμών).

·        Ποιότητα ισχύος και αρμονικές

Ένα συχνά παραμελημένο τεχνικό θέμα είναι η ποιότητα ισχύος. Οι σύγχρονοι μετατροπείς (inverters) που συνδέονται στο δίκτυο, τόσο του φωτοβολταϊκού συστήματος, όσο και της μπαταρίας, χρησιμοποιούν ηλεκτρονικά ισχύος (ημιαγωγούς) που δυνητικά μπορούν να εισάγουν αρμονικές παραμορφώσεις στο ρεύμα ή/και στην τάση. Επίσης, πολλά οικιακά φορτία (π.χ. τροφοδοτικά συσκευών, λαμπτήρες LED, inverter κλιματιστικά) δεν είναι γραμμικά φορτία – συνεπώς το καταναλισκόμενο ρεύμα δεν είναι ημιτονοειδές και παρουσιάζει παραμορφώσεις. Οι αρμονικές συνιστώσες (στα 150 Hz, 250 Hz κ.ο.κ. πολλαπλάσια του βασικού των 50 Hz) είναι ανεπιθύμητες γιατί μπορεί να προκαλέσουν υπερθέρμανση σε μετασχηματιστές/μοτέρ, παρεμβολές και πρόσθετες απώλειες. Τα πρότυπα του δικτύου επιβάλλουν όρια στο συνολικό αρμονικό παραμορφωμένο ρεύμα (Total Harmonic Distortion – THD). Γενικά απαιτείται η THD του ρεύματος που εγχέει ένας inverter να είναι χαμηλή (συνήθως <5%). Οι ποιοτικοί οικιακοί αντιστροφείς αναφέρουν τυπικό THD περίπου 3% στο ονομαστικό φορτίο, τιμή που θεωρείται εντός αποδεκτών ορίων διεθνώς (το πρότυπο IEEE 519 π.χ. συνιστά <5% THD για διασυνδεδεμένες πηγές).

Άρα, η σωστή εγκατάσταση θα πρέπει:

• Να χρησιμοποιεί πιστοποιημένους αντιστροφείς που πληρούν τις προδιαγραφές (EN 61000-3-2/3, IEEE 519 κ.λπ.) για περιορισμένες αρμονικές.

• Να αποφεύγει την υπερφόρτωση του συστήματος με φθηνές συσκευές που παράγουν υψηλές αρμονικές. Για παράδειγμα, πολλά LED ή τροφοδοτικά χαμηλής ποιότητας μπορεί να έχουν υψηλή παραμόρφωση. Αν το σύνολο της παραμόρφωσης υπερβαίνει π.χ. το 4-5%, είναι πάνω από τα επιτρεπτά όρια και πρέπει να ληφθούν μέτρα (φίλτρα αρμονικών, ενεργά φίλτρα, ή αντικατάσταση με ποιοτικότερα φορτία).

• Να διασφαλίζει καλό συντελεστή ισχύος (power factor) κοντά στο 1. Οι οικιακοί αντιστροφείς συνήθως λειτουργούν με μοναδιαίο συντελεστή ισχύος, και επιπλέον πολλά έχουν δυνατότητα παροχής άεργου ισχύος για στήριξη δικτύου αν ζητηθεί.

Συνοψίζοντας, οι αρμονικές είναι πράγματι προβληματικές όταν ξεφεύγουν – το όριο συνήθως ~3-5% THD, συνεπώς τιμές όπως 4% παραμόρφωση θεωρούνται οριακά εκτός προδιαγραφών. Ευτυχώς, με σύγχρονο εξοπλισμό καλής ποιότητας και σωστή μελέτη, το συνολικό παραμορφωμένο ρεύμα παραμένει χαμηλό και δεν υπάρχουν προβλήματα συμμόρφωσης.

 

Ανθή Χαραλάμπους, Χημικός Μηχανικός