Photovoltaic systems and its impact on low-voltage grid in urban areas

Med ett statligt investeringsstöd och ett kommande förslag på skattereduktion för inmatning av förnybar el på elnätet, spås en fortsatt stor ökning av nätanslutna solcellsanläggningar. Det fortsatt sjunkande priset på nyckelfärdiga solcellssystem på grund av ökad konkurrens och massproduktion ger ytterligare anledning att tro på ett ökat intresse.Syftet med rapporten är därför att, utifrån fortsatt förväntad ökning av nätanslutna anläggningar i tätort, undersöka hur dessa påverkar spänningen i elnätet vid både enfasig som trefasig anslutning samt hur belastningsförlusterna påverkas vid ändrad effektriktning. Målet är att resultatet ska kunna ge elnätsbolaget en bra grund för vidare utredning.Den standard som ligger till grund för utredningen är SS-EN 50160 som behandlar spänningens egenskaper i elnät för allmän distribution. Från den hämtas krav på spänningens nivå samt tillåten spänningsobalans i nätet och utöver dessa används rekommendationer från rapporten MIKRO - anslutning av mikroproduktion till konsumtionsanläggningar från Svensk Energi.Programvara som används för att genomföra simuleringar och beräkningar av nätanslutna solcellssystem är dp-Power från företaget Digpro. Däri kan befintligt nät och dess kunder få solcellsanläggningar anslutna enfasigt eller trefasigt och nätberäkningar utföras med olika märkeffekt och effektfaktor. Mätarställningar för året 2013 har bearbetats för att ta fram en lägsta effekt under en timme, med målet att få fram den dag på året då lägst förbrukning sker.Fem driftscenarion utarbetats. Tre scenarion behandlar 3,5 kW enfasig anslutning där inkoppling sker på samma fas och under samma gruppledning, samma fas men olika gruppledningar samt ett scenario där varje solcellsanläggning delges en specifik fas i ett försök att uppnå symmetri och anslutning sker gruppledning för gruppledning. De två återstående gäller trefasig anslutning där första scenariot gäller en märkeffekt på 3,5 kW och varje gruppledning fylls i en bestämd ordning och sist används en märkeffekt på 8 kW med liknande val av inkopplingsmetod.Resultatet visar på tidiga problem vid anslutning av enfasiga solcellsanläggningar. I första scenariot sker en otillåten spänningsnivå i en anslutningspunkt redan efter fem anslutna anläggningar. Resterande enfas scenarion visar även de på problem men inte i lika stor utsträckning. Trefasig anslutning ger desto bättre resultat, alla kunder i området kan ansluta.Den viktigaste slutsatsen man kan dra är att enfasig anslutning av solcellsanläggning inte rekommenderas. Även om man försöker delge en specifik fas för att försöka skapa symmetri, kan det komma att orsaka problem i ett tidigt skede. Utförda driftscenarion påvisar även ett antal svaga punkter i nätet där spänningsökningen blir kraftigare jämfört med övriga anslutningspunkter.With government investment aid and a future proposal on a tax relief for the input of renewable electricity on the grid, predicts a continued large increase in grid-connected photovoltaic systems. The continued drop in price for turnkey photovoltaic systems due to increased competition and mass production provides further reason to expect an increasing interest.The purpose of this report is therefore, based on expected continued increase in grid-connected installations in urban areas, to examine how these affect the voltage in the mains at both single-phase and three-phase connection as well as how load losses are affected by the reversed power flow. The goal is that the result should be able to provide power companies a good foundation for further investigation.The standard which form the basis for the investigation is SS-EN 50160 which target the voltage characteristics of electricity grids for general distribution. Based on the standard, requirements on voltage level and allowable voltage unbalance in the grid is retrieved and furthermore the recommendations from the report MICRO - the connection of micro production to consumption facilities from the Swedish Energy is used.Software used to perform simulations and calculations of grid-connected photovoltaic systems is dp-Power from the company Digpro. Inside the program existing grid and its customers may receive photovoltaic plants connected by single-phase or three-phase, and grid calculations can be performed with a variation of rated power depending on the operational scenario. True meter readings for the year 2013 have been processed to produce a highest and lowest power consumption during an hour.Five operating scenarios have been prepared. Three scenarios deals with 3.5 kW single-phase connection, where the connection is made in the same phase and the same feeder cable, the same phase but different feeder cable and a scenario where every photovoltaic system was appointed a specific phase in an attempt to achieve symmetry and connection takes place in one feeder cable at a time. The two remaining covers three-phase connection where the first scenario concerns a rated power of 3.5 kW, and finally a rated output of 8 kW.The results show early problems when connecting single-phase photovoltaic systems. In the first scenario, an unauthorized voltage level occurs in an access point after only five connected appliances. The remaining single-phase scenarios also demonstrate problems but not to the same extent. Three-phase connection provides a much better result and everyone in the area can connect their PV system. The main conclusion to be drawn is that the single-phase connection of PV systems is not advised. Even if you try to assign a specific phase in an attempt to create symmetry, it may come to cause problems at an early stage. Attempted operational scenarios also demonstrates a number of weak points in the grid where the voltage increase will be more powerful compared to other locations