Aurinkovoimalan haasteet haja-asutusalueella Seppo Suurinkeroinen sähkönlaatuasiantuntija Oy Urakoitsijapäivä Kouvola
Yhteydenotto paneeleiden asentajalta: Kun paneelit tuottaa sähköä enemmän, jännite nousee. Jännite vaihtelee useita kertoja päivässä. Laskenta: Ik 1~ 327 A, liittämiskohdasta paneeleille asiakkaan kiinteistöverkkoa vielä jonkin verran. Liittymisoikeus 63 A Paneeliteho 30 kva Lähtötietoja Mitatut 1~Ik arvot ka. 407 A, jäljempänä laskennassa käytetty 400 A, vastaavasti paneelin luona 260 A, -> alenema paneeleille 35 % 2
Sähkön laatumittaukset Sähkön laadun mittaukset: Mittauksissa selvisi, että välkyntä oli voimakasta ja kiinteistössä oli laite, joka tuotti käynnistyessään välkyntää. Haastattelemalla selvisi, että asiakkaalla on 28 kw maalämpöpumppu (teho ilmeisesti pumpun lämmöntuottoteho). Pumpun moottori 10,1 kw Asiakas arveli, että pumpussa olisi virranrajoitus. - Mittaustulokset eivät tukeneet tätä. 3
Maalämpöpumpun vaikutus jännitteisiin ja virtoihin Liittymisoikeus 63 A 4
Eräs maalämpöpumpun käynnistyminen, rms-virrat Jännitemuutos -37,6 V, Umin 197 V 5
Maalämpöpumpun käynnistyminen Virran nousuaika 5 ms Käynnistysaika < 90 ms 6
Mittauskohta syöttö välkyntä ja maalämpöpumpun käynnistysvirrat Välkynnän raja-arvo Liittymisoikeus 63 A 7
Päivittäiset jännitemuutokset aurinkovoimalan invertteriltä mitattuina 8
Suurennus edellisen kuvan rajatulta alueelta. Maalämpöpumpun vaikutus jännitteeseen invertterin päässä Rajatun alueen käyntijaksot 31, 28, 28 min. Lepojaksot 16, 16 ja 15 min 9
Maksimijännite ja tuotanto, mittaus invertteriltä. 10
Tuotannon leikkautuminen jännitteen kohotessa, mittauskohta invertteri 11
Tuotannon leikkautuminen jännitteen kohotessa, mittauskohtana invertteri Maks. jännite 255 V Tuotanto rajoittuu max. 13.4 kva 12
Virtojen verhokäyrät liittymässä tuotannon aikana L1 L2 L3 N 13
Tapauksesta opittua 1/3 Verkon oikosulkutehon tiedoilla voidaan laskea maksimi voimalan koko, ettei ylitettäisi 4 % jännitteen muutosta tuotantolaitteiston kytkeytymisen tai irrottautumisen yhteydessä. Kaava löytyy verkostosuosituksesta YA9:13 Näin menetellessä sähkön laatu pysyy SFS-EN 50160 rajoissa. Lisäksi laitoksen käynnistysvirta ei saa ylittää liittymän pääsulakekokoa. Saksalaisen VDE-AR-N 4105:2011-08 normi määrittelee, ettei liittämiskohdassa tuotanto saa aiheuttaa yli 3 % jännitteenmuutosta. Välkyntäkäyrästä katsottuna 3 % muutoksella saisi olla enintään 7,5 muutosta 10 minuutissa. 4 % laskennalla vastaavasti noin 3,5 muutosta/10 min, niin ettei välkyntäraja ylity. Verkostosuosituksen YA9:13 4 % raja saksalaista normia löysempi. 14
Tapauksesta opittua 2/3 Kaava, jonka pitää toteutua liittämiskohdassa (YA9:13) S k 25 x i suhde x S N - Jossa S k = liittämiskohdan oikosulkuteho (kva) - S N = Liitettävän tuotantolaitoksen maksimiteho (kva) - i suhde = normaalisti 1 (kun liitäntä verkkoon invertterillä) i suhde arvoja: oikosulkugeneraattori 8, tahtigeneraattori 4, kaksoissyötetty oikosulkugeneraattori (DFIG), täysi suuntaajatoteutus 1 1,2 - Tällöin kyseisessä kohteessa em. kaavalla laskien sallittu tuotantolaitteiston maksimi teho S N olisi ollut: S k = 3 x 400 A x 0,23 kv = 276 kva (S k = 3 x I k x U v, jossa I k = yksivaiheinen oikosulkuvirta) S N = 276kVA/25 = 11 kva 15
Tapauksesta opittua 3/3 Mikäli asiakkaalle olisi oma lähtö muuntamolta, tällöin jännitteen muutoksena Energiateollisuuden Ohje verkon suunnittelijoille tuotannon liittämisestä - ohjeen mukaan voitaisiin käyttää 6 % jännitemuutosta. Laskemme nykyisin liittämiskohdan maksimi tuotantotehon, mikäli tuotantolaitteiston teho on 5 kva tai suurempi. 16
Tuotantolaitteiston myyjille toivotaan lisää vastuuta! Myyntiorganisaation tulisi ottaa vastuuta laitemyynnissä Kysyä urakoitsijalta tai verkkoyhtiöltä liittämiskohdan I k tai S k ja laskea sekä tarjota asiakkailleen oikean kokoisia laitteistoja. Näin meneteltäessä voidaan hyödyntää koko tuotantokapasiteetti ja välttyä suurilta jännitemuutoksilta. Laitteen mitoituksessa kannattaa huomioida myös kiinteistöverkon osuus, jos laskennan tiedot ovat liittämiskohdan tietoja, ettei kiinteistöverkon jännite nouse suunniteltua korkeammaksi. Jos suunnittelussa noudatetaan VDE-AR-N 4105:2011-08 standardia, tällöin laskenta 3 % jännitemuutoksen perusteella, jolloin laskentakaava olisi S k 33 x i suhde x S N 17
Huomioitavia asioita Useampi laitteisto (summautunut laiteteho) summaa myös mahdolliset sähkön laatuongelmat. Standardijännitteen ylärajalla tuotanto alkaa pudottaa tehoa. Kumpupilvisellä säällä tuotantotehon vaihtelu naapureilla samanaikaista, aiheuttaen välkyntää Jännite nousee tuotantotehon kasvaessa Yksivaihelaitteilla kiinteistössä ei saa ryhmittää kuomia tuotannon perään ja aiheuttaa näin verkkoon epäsymmetriaa! Ryhmittely lisää välkyntää, kovilla pakkasilla sulakepaloja, aiheuttaa jännite-epäsymmetriaa, jotka taas puolestaan aiheuttavat mm. lisähäviöitä ja mm. moottoreiden lisälämpenemistä 18
Pohdittavia asioita Mikä jännitetaso on järkevää hyväksyä muille asiakkaille? Sallittu + 10 %Un aiheuttaa hehkulankaan perustuvissa valaistuksissa ongelmia Verkkoyhtiö voi antaa tuotantolaitteistolle loistehon kompensointivelvoitteen (VDE-AR-N 4105:2011-08 standardi edellyttää, että generaattori säätää loistehoaan verkko-operaattorin antaman käyrän mukaisesti) Kyseisessä tapauksessa sillä voitaisiin lisätä asiakkaan laitteiston tuotantotehoa Vaatisi invertterin ohjelmoinnin, ts. millä käyrällä laitteiston on kompensoitava Tarvitaan tutkimusta 19
Kysymyksiä? 20