Harmonization of power from PV systems to electrical distribution networks : a literature review

Verden står ovenfor store utfordringer med global oppvarming, og har et stort behov for å kutte klimagassutslipp. Siden de fossile ressursene olje, kull og gass er råstoffet for mesteparten av verdens produksjon av både energi og kraft, trengs det en dreining av energisektoren. De neste tiåra ventes det derfor en betydelig elektrifisering av energibehovet til transport og industri, noe som krever større innslag av kraft fra ikke-regulerbare kilder som blant annet fotovoltaiske solceller (PV). Dette er per 2020 den kraftproduksjonen som øker raskest i omfang på verdensbasis. Også i Norge er det venta en eksplosiv veksten i installert PV-kapasitet framover mot 2030, selv om den norske kraftmiksen fortsatt ventes å være dominert av vannkraft med innslag av vind- og solkraft. En slik økning av kraft fra PV i kraftnettet bidrar til noen nye utfordringer. Med ikke-regulerbar kraft blir det mer utfordrende å sikre momentan balanse mellom kraftforbruk og kraftproduksjon. Det er også en ny utfordring for operatørene i kraftnettet når kraft nå skal produseres på steder som tidligere kun har stått for forbruk, i tillegg til mulige forstyrrelser i effektkvaliteten. Det var derfor ønskelig å se på hva slags tekniske løsninger som utvikles for å sikre god harmonisering av effekten fra et PV-anlegg når den skal leveres ut i distribusjonsnettet, og dette ble undersøkt gjennom en litteraturstudie. Selve litteratursøket ga treff på 56 relevante artikler, og disse ble undersøkt for å se på hvilke utfordringer knytta til effektkvalitet som adresseres. Videre ble det undersøkt hvilke løsninger som foreslås, og det ble gjort en fordypning i et utvalg av disse. Gjennom litteratursøket slås det fast at artiklene som undersøkes omtaler en rekke utfordringer knytta til effektkvalitet som er relevante for det norske distribusjonsnettet. Blant løsningene som lanseres er det løsninger for både små og store PV-anlegg. Dette kan passe godt til bruk i Norge, siden det er venta at veksten i PV-kvalitet skal fortsette både for små anlegg i tilknytning til boliger, og i større anlegg. I tillegg er det løsninger som kan tas i bruk av nettoperatører. Løsningene peker på mulige forbedringer av invertere og filtre, og ved bruk av energilagring. Det er naturlig å se for seg at disse løsningene kan brukes i kombinasjon med hverandre, men dette må undersøkes nærmere. Med bakgrunn i løsningene som er undersøkt, er det grunn til å tro at Norge kan møte framtidas behov for tilstrekkelig effektkvalitet, selv med omfattende utbygging av PV-kapasitet. The world is facing major challenges regarding global warming, and there is a need to reduce emissions from greenhouse gases. Fossil energy sources like oil, coal and gas are used as raw materials for most of the world's production of both energy and power, and this calls for a shift in the world’s energy sector. Through the next decades, there is an expectation for a significant electrification of the energy used for transportation and in industry. This will requires a greater element of power from renewable energy sources such as photovoltaic solar cells (PV). As of 2020, this is the fastest growing power production worldwide. Also in Norway, an explosive growth in installed PV capacity is expected towards 2030, although the Norwegian power mix is still expected to be dominated by hydropower with elements of wind and solar power. Such an increase in power from PV in the power grid contributes to some new challenges. With non-regulated power, it becomes more challenging to ensure a momentary balance between power consumption and power production. It is also a new challenge for the operators in the power grid when power is now to be produced in places that have previously only been responsible for consumption, in addition to possible disturbances in the power quality. It was desirable to look at what kind of technical solutions are being developed to ensure good harmonization of the power from a PV plant when it is to be delivered to the distribution network, and this was investigated through a literature study. Through the literature review, it is established that the articles examined addresses a number of challenges related to effect quality that are relevant to the Norwegian distribution network. Among the solutions that are launched, both solutions for small scale PV and large PV plants are mentioned. This may well be suitable for use in Norway, since it is expected that the growth in PV quality will continue both for small scale PV in connection to residential housing, and in larger facilities. In addition, there are solutions that can be used by network operators. The solutions point to possible improvements of inverters and filters, and the use of energy storage. It is natural to imagine that these solutions can be used in combination with each other, but this must be investigated further. Based on the solutions that have been investigated, there is reason to believe that Norway can meet the future needs for sufficient power quality, even with extensive development of PV capacity.M-M