Plusskunder – hvor stor innvirkning på spenningskvalitet?

Mengden plusskunder øker sterkt internasjonalt, og selv om Norge henger etter land som Tyskland, og til og med Sverige og Danmark, øker mengden plusskunder betydelig her til lands også. Men hva betyr dette for spenningskvaliteten i lavspentnettene med plusskunder?

Spennningsstigning fra plusskunder i lavspentnettet

Ved tilknytning av distribuert produksjon, som f.eks. solcelleanlegg, vil den innmatede produksjonen føre til en spenningsstigning i tilknytningspunktet. Hvor stor spenningsstigningen blir, avhenger av hvor mye produksjon som mates inn, og hvor “sterkt” nettet er, eller hvor stor impedans det har. Et sterkt nett (typisk bynett) vil ha lav impedans, mens et svakt nett (typisk i grisgrendte strøk) vil ha høy impedans. Ved tilknytning av ny last og produksjon gjør nettselskap kontroll av om nettet er tilstrekkelig sterkt for at tilknytningen ikke skal føre til overbelastning eller for store spenningsvariasjoner (spenningen hos sluttbrukere skal i Norge og Europa være mellom 207 og 253 V).

Spenningsstigningen, f.eks. for et enfaseanlegg i et IT-nett, er forøvrig enkel å anslå, om minimum kortslutningsytelse, og merkeeffekt er kjent:

Faktoren 1,24 kommer inn pga. forskjell i ledertemperatur ved normal drift og ved minimum kortslutningsstrøm. Det er her antatt et overveiende resistivt nett (normalt for nett med lav kortslutningsytelse).

Lavspentnettene ikke dimensjonert for spenningsstigning

De fleste plusskunder produserer lite effekt sammenlignet med forbruket til en typisk bolig på vinterstid, og vanligvis mates ikke all produksjonen inn på nettet. Det skal allikevel ikke så mye produksjon til før spenningen blir for høy, og i noen tilfeller farlig høy. Årsaken er at distribusjonsnettet er dimensjonert for spenningsfall, og ikke spenningsstigning. Dette er fordi det inntil ganske nylig ikke har vært vanlig å ha produksjon i distribusjonsnettet, kun last. Spenningen er derfor høy nær forsyningspunktet, slik at spenningsfallet utover i nettet ikke fører til for lave spenninger hos kundene lengst fra forsyningspunktet. Spenningen er også høyere om sommeren, når nettet er lavt belastet, enn om vinteren, når det typisk er høyt belastet. Ved innmatet produksjon skal det derfor ofte ikke så mye til før spenningen blir for høy. Dette kan illustreres med figuren under. Utfordringen er godt kjent nedover i Europa, men det har allerede vært tilfeller i Norge også.

Utfordringen planleggingsmessig er at selv om spenningsstigningen fra en plusskunde enkelt kan beregnes, vet en ofte ikke hva spenningen er FØR innmatingen av produksjon, og nettselskapet må derfor estimere denne, og ta en sikkerhetsmargin opp mot maksimalt tillate 253 V.

Spenningsusymmetri

Ettersom spenningen stiger ved innmatet produksjon, vil spenningen kunne bli høy i en enkelt fase, mens spenningen er lav i de andre fasene om solcelleanlegget kun er koblet til en fase (som er vanlig for mindre anlegg). Denne ulikheten i spenning i de tre fasene kan føre til en rekke problemer (spesielt relatert til tap og varmgang i trefaseapparater), og det er derfor bestemt at den såkalte spenningsusymmetrien ikke skal være høyere enn 2 %. For større solcellepanel som ligger i grisgrendte strøk med svake nett, vil dette kunne føre til krav om at solcelleanlegget må benytte trefaseomformere, eller fordele anlegget over flere enfaseomformere. Om anlegget fører til for stor økning i spenningsusymmetri kan beregnes om kortslutningsytelse og solcelleanleggets merkeeffekt er kjent.

Mulige tiltak mot spenningsvariasjoner

Om spenningen vil bli for høy (eller har blitt om anlegget allerede er installert), er det flere tiltak som kan iverksettes for å redusere spenningen:

1. Nettforsterkning. Dette er ofte svært kostbart, og er derfor ofte uønsket, med mindre det er kort restlevetid på nettet, høy andel problemer / feil, kostnadene til vedlikehold er høye, osv.
2. Begrense innmatet effekt. Et solcelleanlegg produserer svært sjelden merkeeffekt, studier fra Tyskland viser at om maks tillatt innmatet effekt begrenses til 70 % av merkeeffekt, så mistes kun 3 % av den produserte energien.
3. Lagre overskuddseffekt i batterier. Ved å lagre energi ved topproduksjon, kan denne brukes internt i installasjonen senere, eller mates inn på nettet når produksjonen er lavere. Som punktet ovenfor indikerer, så trenger ikke batteriet være så stort for at denne løsningen skal være effektiv.
4. Spenningsregulering med reaktiv effekt. Solcelleomformere har mulighet til å produsere og forbruke reaktiv effekt. Om de innstilles til å forbruke reaktiv effekt, vil dette bidra til å senke spenningen i nettet noe. Hvor stor virkningen fra regulering er avhenger av det såkalte R/X forholdet i nettet, hvor liten resistans (R) og høy reaktans (X) vil bidra til å øke virkningen av reguleringen. I mange lavspentnett vil dette i midlertidig ha liten påvirkning på spenningen fordi nettet er overveiende resistivt.
5. Regulering av utgangsspenning i nettstasjon. Dette vil kun være mulig med transformatorer med nyere type trinnkoblere som har mulighet for å trinne transformatoren under belastning (såkalt on load tap changers). Transformatorer med disse er i størrelsesorden dobbelt så dyre som tradisjonelle transformotorer, litt avhengig av merkeytelsen til transformatoren.
6. Spenningsregulering med linjeregulator. Det finnes flere typer enheter som kan installateres i serie i nettet, f.eks. en mast, og som kan heve eller senke spenningen i deler av nettet. Disse vil ofte være mye billigere enn å forsterke store deler av nettet.
7. Regulering av forbruk hos kunden. Med ulike løsninger for forbrukerfleksibilitet vil lasten hos kunden kun tilpasses produksjonen i solcellepanelet. Dette har fordelen med å både redusere spenningen i nettet, og at kunden bruker mer av den produserte energie selv, og dermed tjener mer på solcelleanlegget.

Andre utfordringer med solcelleanlegg

Etter hvert som det ble populært å installere småkraftverk (vannkraftverk < 10 MW) i Norge, ble det etter hvert klart at manglende eller feil innstilte vern var en av tingene som skapte mye problemer. Dette var blant annet i form av utilsiktede øydrifter. Etter noen enkeltmålinger PQA har gjort, kan det se ut som verninnstillinger også fører til problemer i solcelleanlegg. I to tilfeller ser det ut til at overspenningsvernene hos to ulike plusskunder ikke har fungert som tiltenkt. I et tilfelle ser det ut til at overspenningsvernet stenger ned produksjonen allerede ved spenninger nede i 245 V, heller enn 253, og i et annet tilfelle var overspenningsvernet så saktevirkende at det var betydelige perioder med spenninger opp mot 260 V, før produksjonen ble kjørt ned. Produksjonen ble så kjørt opp igjen (siden spenningen sank) som gjorde spenningen høy i en betydelig periode før overspenningsvernfunksjonen kjørte produksjonen ned igjen.

En ofte omtalt utfordring med produksjon i lavspentnettet er sikkerheten til personell fra nettselskapet som skal arbeide på nettet. Ved vedlikehold eller feilretting vil det ofte være nødvendig å gjøre nettet spenningsløst for å kunne utføre arbeidet. Om et solcellepanel begynner å mate strøm inn i nettet det arbeides på, utgjør dette en risiko for personellet. Det har vært registrert dødsfall som følge av lignende situasjoner (med traktoraggregat, ikke solcelleanlegg). Alle CE-merkede omformere skal ha såkalt øydriftsvern som sørger for at solcelleanlegget kobles ut om det registreres at nettilknytningen forsvinner, men det kan i teorien oppstå tilfeller hvor dette vernet ikke fungerer, og det oppstår en såkalt øydrift.

Se også: Ressursside for solkraft og hva PQA kan tilby innen distribuert produksjon.

Tilbake til forsiden.