Simuloinnin tarkoituksena on tutkia aurinkosähkön pientuottajien osalta suurinta liitettä-vissä olevaa tuotantolaitosten tehoa eri jakeluverkkoprofiileissa, ja missä määrin tuotanto-laitoksen tehokertoimen muuttaminen vaikuttaa liitettävissä olevaan tehoon. Liittymäkoh-taisen liitettävissä olevan tuotantotehon maksimin rajoitteena simuloinnissa ensisijaisesti pidetään standardin SFS-EN 50160 sallimaa PJ-verkon suurinta jännitetasoa (Un + 10 %), mikä tarkoittaa PJ-verkon 400V nimellisjännitteellä 440V maksimijännitettä. Tämän ohella rajoitteena pidetään myös ET:n määrittelemän 4 % jännitteenmuutoksen suositusta PJ-verkossa, kun tuotantolaitos kytkeytyy verkkoon. Tätä varten jokaisesta muuntopiiristä las-ketaan verkkotietojärjestelmän tehonjakolaskennalla todellisempi kuva verkon jännitetason lähtöarvoksi, johon saatuja tuloksia verrataan, sen sijaan, että käytettäisiin 400 V nimellis-jännitettä. Toissijaisina rajoitteina simuloinnin tuloksissa pidetään muuntopiirin PJ-verkon sekä jakelumuuntajan kuormitusasteita. Taulukossa 1 esitetään muuntopiirien lähtötilan-teet.
Taulukko 1. Simuloinnissa mukana olleiden muuntopiirien lähtötilanne
Taulukossa 2 esitetään simuloinnin tuloksina saatuja arvoja liitettävissä oleviksi pätöteho-arvoiksi liittymäkohtaisille aurinkotuotantolaitoksille. Jokaiselle verkkoalueelle esitetään ensin sarakkeessa 2 tehokertoimen 1 mukainen tuotantolaitoksen tehollisarvo, jollaa stan-dardin mukainen ylijännite-ehto Un + 10 % ei ylity. Taulukon seuraavissa sarakkeissa esite-tään tuotantolaitosten verkkoon liitettävissä oleva teho samaa ylijännite-ehtoa noudatta-malla mutta muuttanoudatta-malla tehokerrointa 0,05 yksikön välein arvoon 0,80 ind. saakka. Tau-lukkoon listatuista simulointituloksissa on havaittavissa, että vahvasta PJ-verkosta ja lyhy-emmistä johtoreiteistä muodostuvissa kaupunkiverkoissa liitettävissä oleva tuotantolaitos-ten teho on huomattavasti muita alueita korkeampi heti tehokertoimesta 1 alkaen. Työn ra-jauksen vuoksi liitettävissä olevien liittymäkohtaisten pientuotantolaitosten teho on las-kettu ja taulukossa esitetty arvoon 50 kW saakka. Taulukon kahden heikommasta
PJ-verkosta muodostuvien saaristokohteiden tuloksista taas havaitaan, että jännite-ehtoa nou-dattamalla pientuotantolaitosten verkkoon liitettävissä oleva teho saadaan kasvamaan aino-astaan kerran kokonaisen kilowatin verran, kun tehokerrointa muutetaan portaittain arvoon 0,8 ind. saakka. Kokonaisuutena taulukkoon listatuista tuloksista nähdään, että liittymä-kohtainen pientuotantolaitosten verkkoon liitettävissä oleva pätöteho kasvaa kilowattiluo-kissa, riippumatta paikallisesta jakeluverkon profiilista, ja vaikka ylijännite-ehtoa Un + 10 % noudatettaisiinkin. Kuvaajissa 1-3 esitetään liittymäkohtaisten pientuotantolaitosten liitet-tävissä olevien tehojen prosentuaaliset muutokset tehokertoimen mukaan eri verkkoalueilla ja ylijännite-ehdon Un + 10 % rajoissa. Kuvaajissa ei oteta huomioon PJ-verkon ja jakelu-muuntajan kuormituksen aiheuttamia rajoitteita. Muutosprosentti saadaan, kun verrataan eri tehokertoimien mukaisia tuotantolaitosten liitettävissä olevia pätötehoarvoja taulukon toisen sarakkeen, tehokertoimen 1 tehoarvoihin. Kaupunkiprofiilin verkkojen tuloksia ei ku-vaajissa ole havainnollistettu, koska kahdessa tapauksessa kolmesta tulokset ylittävät työn rajauksen mukaisen 50 kW arvon jo tehokertoimella 1 eikä lopullista tehon suhteellista kas-vua tämän vuoksi enää varmisteta.
Taulukko 2. Liittymäkohtainen pientuotantolaitosten verkkoon liitettävissä oleva pätöteho eri tehokertoimilla ja Un + 10 % rajoituksella
Verkkoalueen tunnus
Liitettävissä oleva liittymäkohtainen aurinkotuotantolaitoksen pätöteho eri tehokertoimilla ja jännitteen Un + 10 % rajoituksella
(P/kW) Tehokerroin
(cos (φ))
1 0,95 ind 0,90 ind 0,85 ind 0,8 ind
Haja-asutus A 5 6 7 7 8
Haja-asutus B 12 14 15 17 18
Haja-asutus C 8 10 14 18 31
Taajama A 6 7 9 10 12
Taajama B 13 30 50 >50 >50
Taajama C 11 15 17 20 24
Kaupunki A 24 33 41 >50 >50
Kaupunki B >50 >50 >50 >50 >50 Kaupunki C >50 >50 >50 >50 >50
Saaristo A 2 2 3 3 4
Saaristo B 2 2 3 3 3
Saaristo C 7 10 12 16 25
Kuvaaja 1. Liitettävissä olevan pätötehon muutosprosentti haja-asutusalueella eri teho-kertoimilla (ind)
0 50 100 150 200 250 300
1 0,95 0,9 0,85 0,8
Pätötehon kasvu %
cos(ϕ)
Liitettävissä olevan pätötehon prosentuaalinen muutos tehokertoimen (ind) funktiona U
n+ 10 % ehdolla (Taajama)
Taajama A Taajama B Taajama C
Kuvaaja 2. Liitettävissä olevan pätötehon muutosprosentti taajamassa eri tehokertoimilla (ind)
0 50 100 150 200 250 300 350
1 0,95 0,9 0,85 0,8
Pätötehon kasvu %
cos(ϕ)
Liitettävissä olevan pätötehon prosentuaalinen muutos tehokertoimen funktiona U
n+ 10 % ehdolla (Haja-asutus)
Haja-asutus A Haja-asutus B Haja-asutus C
0 50 100 150 200 250 300
1 0,95 0,9 0,85 0,8
Pätötehon kasvu %
cos(ϕ)
Liitettävissä olevan pätötehon prosentuaalinen nousu tehokertoimen funktiona U
n+ 10 % ehdolla (Saaristo)
Saaristo A Saaristo B Saaristo C
Kuvaaja 3. Liitettävissä olevan pätötehon muutosprosentti saaristossa eri tehokertoimilla (ind)
Taulukossa 3 esitetään vastaavan simulointimenetelmän tulokset kuin taulukossa 2 mutta ylijännite-ehdolla Ur + 4 %. Taulukon tulokset kuvastavat verkon liittymäpisteisiin liitettä-vissä olevaa tehoa jännitenousua rajoittavalla ehdolla, jonka mukaan pientuotantolaitoksen liittyessä PJ-verkkoon, verkon jännitetaso ei saa nousta kuin 4 % lähtötasoon nähden. Ur
kuvastaa muuntopiirin tehonjakolaskennan kautta saatua korkeinta jännitetasoa ennen sähkön pientuotantoa, mikä on nimellisjännitettä realistisempi kuvaus. Taulukon 3 tulok-sista havaitaan, että verkkoon liitettävissä olevat absoluuttiset pätötehoarvot ovat huomat-tavasti alhaisempia kuin ylijännite-ehdolla Un + 10 %. Saaristoverkoissa kahdessa tapauk-sessa kolmesta 1 kW muutos saadaan aikaiseksi vasta kun tehokerroin saavuttaa arvon 0,8 ind. Kaupunki C:ssä taas verkon ominaisuuksien ja kulutusprofiilin vuoksi liitettävissä oleva liittymäkohtainen pientuotannon teho on jälleen tehokertoimesta 1 saakka enemmän kuin 50 kW. Vaikka liittymäkohtaisten liitettävissä olevien pientuotantolaitosten pätötehoarvot ovat absoluuttisilta arvoiltaan pienempiä kuin taulukossa 2 esitetyt, prosentuaalinen nousu tehokertoimen 1 lähtöarvoihin noudattaa enimmiltä osin samanlaista trendiä sekä taulukon 2 että 3 mukaisilla tuloksilla. Kuvaajissa 4–6 esitetään vastaavat tiedot, kuin kuvaajissa 1–
3, mutta jännite-ehdon Ur + 4 % mukaisilla tuloksilla.
Verkkoalueen tunnus
Liitettävissä oleva liittymäkohtainen aurinkotuotantolaitoksen pätöteho eri tehokertoimilla ja jännitteen Ur + 4 % rajoituksella
(P/kW)
Taulukko 3. Liittymäkohtainen pientuotantolaitosten verkkoon liitettävissä oleva pätöteho eri tehokertoimilla ja Ur + 4 % rajoituksella
0 50 100 150 200 250
1 0,95 0,9 0,85 0,8
Pätötehon kasvu %
cos(ϕ)
Liitettävissä olevan pätötehon prosentuaalinen muutos tehokertoimen funktiona Ur + 4 % ehdolla (Haja-asutus)
Haja-asutus A Haja-asutus B Haja-asutus C
0 100 200 300 400 500 600 700
1 0,95 0,9 0,85 0,8
Pätötehon kasvu %
cos(ϕ)
Liitettävissä olevan pätötehon prosentuaalinen muutos tehokertoimen funktiona Ur + 4 % ehdolla (Taajama)
Taajama A Taajama B Taajama C
Kuvaaja 4. Liitettävissä olevan pätötehon muutosprosentti haja-asutusalueella eri teho-kertoimilla (ind)
Kuvaaja 5. Liitettävissä olevan pätötehon muutosprosentti taajamassa eri tehokertoimilla (ind)
0 50 100 150 200 250
1 0,95 0,9 0,85 0,8
Pätötehon kasvu %
cos(ϕ)
Liitettävissä olevan pätötehon prosentuaalinen muutos tehokertoimen funktiona Ur + 4 % ehdolla (Saaristo)
Saaristo A Saaristo B Saaristo C
Kuvaaja 6. Liitettävissä olevan pätötehon muutosprosentti saaristossa eri tehokertoimilla (ind)
Taulukon 4 tuloksissa havainnollistetaan tehokertoimilla saavutetun kasvaneen liitettävissä olevan pientuotantolaitosten tehon vaikutuksia jakelumuuntajan ja PJ-verkon kuormituk-sessa. Jotta pientuotantolaitoksissa olisi tehokertoimien säätelemiseksi riittävästi säätöva-raa halutulla maksimipätöteholla, tuotantolaitokset tulee mitoittaa näennäisteholtaan vielä suuremmiksi. Vaikka huipputuotannon aikaan ylijännite-ehto ei rikkoutuisikaan, saattaa kasvava tuotantolaitosten kapasiteetti aiheuttaa ylikuormitusta jakelumuuntajassa tai PJ-verkossa. Taulukon 4 tuloksista havaitaan, että ylijännite-ehtoa Un + 10 % noudatettaessa muuntajan kuormitusaste nousee rajoittavaksi tekijäksi huomattavasti useammin kuin ver-kon kuormitusaste, kun verkkoon liitettävissä olevaa pientuotantolaitosten tehoa pyritään kasvattamaan tehokertoimen asettelulla. Ainoastaan verkkoalueissa Taajama A ja C sekä Kaupunki B verkon kuormitusaste nousee rajoittavaksi tekijäksi ennen muuntajan kuormi-tusastetta. Lähtötiedoissa taulukosta 1 nähdään, että Taajama B:n jakelumuuntaja on alun perinkin raskaasti kuormitettu. Tämän vuoksi kuormitusaste nousee yli rajan jo ennen kuin tehokertoimen 1 mukainen tuotantolaitosten maksimiteho saavutetaan. Myös verkkoalu-eella Saaristo C muuntajan kuormitusaste nousee yli rajojen jo siinä vaiheessa, kun liitettä-vien tuotantolaitosten maksimiteho saavutetaan tehokertoimella 1 ylijännite-ehtoa Un + 10
% noudattamalla. Taulukon 4 tulosten perusteella muuntajan kuormitusasteen tullessa es-teeksi pientuotantotehoa PJ-verkkoon lisättäessä, muuntajan vaihtoa kapasiteetiltaan isom-maksi kannattaa harkita erityisesti haja-asutusalueilla ja saaristoissa. Taajamissa ja kau-pungeissa jakelumuuntajat ovat jo valmiiksi varsin isoiksi mitoitettuja, mutta taajamissakin voi vielä hieman liitettävissä olevan tehon määrää kasvattaa muuntajan kapasiteettia kas-vattamalla. Jakeluverkon johto-osien vahvistaminen liitettävissä olevan tehon kasvatta-miseksi sitä vaativilla verkkoalueilla on toimenpiteenä niin kallis, että sitä ei toimenpiteenä kannata toteuttaa kevyin perustein.
Verkkoalueen tunnus
Muuntajan / verkon suurin kuormitusaste (%) suurimmalla liitettä-vissä olevalla tuotantolaitoksen pätöteholla eri tehokertoimilla ja jännite-ehdolla Un + 10 %. (Punaisissa soluissa ainakin toinen
ar-voista ylittää 100 % kuormituksen) Tehokerroin Taulukko 4. Jakelumuuntajien ja PJ-verkon kuormitusasteet taulukon 2 mukaisilla pientuo-tantolaitoksilla
Taulukossa 5 esitetään vastaavat kuormitusasteet verkkoalueiden jakelumuuntajille ja PJ-verkoille kuin taulukossa 4, mutta ylijännite-ehtoa Ur + 4 % noudattamalla. Kuten aiemmin todetaan, tuotantolaitosten verkkoon liitettävissä olevat absoluuttiset tehoarvot ovat huo-mattavasti matalammat kuin ylijännite-ehdolla Un + 10 %. Tämän vuoksi myös muuntajien ja verkon kuormitusasteet pysyvät maltillisempina. Tällöin liittymäkohtaisen liitettävissä olevan tehon kohottamiseksi tehokertoimen asetteluarvoa muuttamalla voidaan vaikuttaa vakaammin niin, ettei verkon tai muuntajan kuormitusaste ylity yhtä nopeasti kuin ylijän-nite-ehtoa Un + 10 % noudattamalla. Taulukon 5 tuloksista havaitaan, että tehokertoimella 1 millään verkkoalueella kuormitusaste ei nouse yli sallitun ja tehokertoimella 0,95 ind. ai-noastaan Taajama B:ssä muuntajan kuormitusaste ylittyy. Kyseessä on jälleen verkkoalue, jonka jakelumuuntaja on jo lähtötiedoissa vahvasti kuormitettu. Toisaalta verkkoalueilla Haja-asutus A sekä Saaristo A ja B liitettävissä oleva tuotantolaitosten pätötehon arvo kas-vaa ainoastaan 1 kW tehokertoimien 1–0,8 ind. välillä. Tuloksista havaitaan jälleen myös, että muuntajan vaihto voi olla kannattava toimenpide, jotta tuotantolaitosten tehokertoi-men asetteluarvolla saavutettaisiin korkeampia liitettävissä olevia tehollisarvoja.
Verkkoalueen tunnus
Muuntajan / verkon suurin kuormitusaste (%) suurimmalla liitettä-vissä olevalla tuotantolaitoksen pätöteholla eri tehokertoimilla ja jännite-ehdolla Ur + 4 %. (Punaisissa soluissa ainakin toinen arvoista
ylittää 100 % kuormituksen) Tehokerroin Taulukko 5. Jakelumuuntajien ja PJ-verkon kuormitusasteet taulukon 3 mukaisilla pientuo-tantolaitoksilla
ET:n julkaisemassa suosituksessa mikrotuotantolaitosten liittämiseksi jakeluverkkoon an-netaan työssä aiemmin mainitusti oikosulkuvirtaan perustuva tuotantolaitoksen mitoitus-suositus. Mitoitussuosituksen mukaisella laskennalla saadut tulokset ovat kuitenkin vain suuntaa antavia ja tarkoitettu suunnittelun helpottamiseksi yksittäisissä kohteissa. Taulu-kossa 6 esitetään jokaisen verkkoalueen oikosulkuvirraltaan heikoimman liittymäpisteen mukaan mitoitetut liittymäkohtaiset tuotantolaitosten tehollisarvot. Liittymäpisteen oiko-sulkuvirtaan perustuva tuotantolaitoksen teho lasketaan ET:n suosituksessa annetuilla las-kentakaavoilla (kaavat 6, 7 ja 8). Tarvitut liittymäpistekohtaiset oikosulkuvirrat saadaan mi-toitusta varten verkkotietojärjestelmän tehonjakolaskennalla.
Taulukon 6 tuloksista havaitaan, että vahvemman verkon piirissä kaupungeissa ja osin taa-jamissakin liittymäpistekohtaisen oikosulkuvirran mukaan tuotantolaitokset voidaan mi-toittaa selkeästi muita alueita tehokkaammiksi. Ylijännite-ehdolla Un + 10 % kaikissa taaja-mien verkkoalueissa voidaan tehokertoimen asettelulla hieman kasvattaa liitettävissä olevaa tehoa ennen kuin oikosulkuvirran mukaan mitoitettu liityntäteho tulee vastaan. Kaupun-geissa kyseisen ylijännite-ehdon mukaiset liitettävissä olevat tehoarvot ovat jo tehokertoi-mella 1 niin korkeat, että oikosulkuvirran mukaiset arvot tulevat ensin vastaan. Kaiken kaik-kiaan verkkoalueissa Haja-asutus A ja -B, Kaupunki A ja -B sekä Saaristo C:ssä liittymäkoh-taisen oikosulkuvirran mukaan mitoitettu liitettävissä oleva tuotantolaitosten teho tulee vastaan jo ennen kuin tehokertoimien asettelulla voitaisiin liitettävyyteen vaikuttaa. Jos yli-jännite-ehtoa Ur + 4 % pidetään jännitetasoa rajoittavana ehtona, tuotantolaitoksen teho-kertoimen asettelulla voidaan vaikuttaa liitettävissä olevaan tehoon ennen kuin oikosulku-virran asettama liittymisteho saavutetaan. Ehtoa Ur + 4 % noudatettaessa ET:n suosimalla oikosulkuvirtaan perustuvalla mitoitustehon kaavalla saavutetaankin liian isoja tuotantolai-tosten tehoja, ainakin jos tehokertoimen asettelu on tarkoituksena pitää arvossa yksi. Liian korkeat tuotantolaitosten tehot voivat johtua siitä, että oikosulkuvirran mukainen mitoitus-kaava huomioi mitoitettavan tuotantolaitoksen vaikutuksen ainoastaan omassa liittymäpis-teessään. Tämä on ongelmallista, kun muiden muuntopiiriin liittyneiden tuotantolaitosten aiheuttama jännitetason kohoaminen jää tällöin mitoituksessa huomiotta.