Karlstads universitet
Analys av solcellers påverkan på lågspänningsnätets elkvalitet
Analysis of photovoltaics impact on the low-voltage network electric power quality
André Byström
Fakulteten för hälsa, teknik och naturvetenskap Högskoleingenjörsprogrammet i elektroteknik C-nivå 22,5 hp
Intern handledare: Andreas Theocharis Extern handledare: Henrik Rinnemo Examinator: Magnus Mossberg 2021-06-04
2
Abstract
As Sweden moves towards a more climate-smart and sustainable society at the same time as the tax deductions on solar cells become more profitable and less complicated, installations of solar cells have undergone an enormous increase in recent years. A rate of increase that is expected to continue. If many customers choose to install large solar cells with high power in a weak area, then this could lead to problems in the form of voltage variations and overloads in the electricity grid. The purpose of the study is therefore to identify the areas where many solar installations can lead to problems, investigate the factors that are risks for problematic networks, list and prioritize networks in need of measures. As well as to investigate in which areas large-scale installation of solar cells are most likely to occur in.
In the study, a broad analysis was performed of Ellevio's low voltage network, where voltage variations and overloads in the network were investigated. Three areas from the analysis with low potential for solar cells were analyzed more deeply to check the condition of intermediate networks.
Measurement data from areas with installed solar cells were processed to be used as a reference for what actual solar production can look like. To investigate where future solar cells can be installed, the spatial neighborhood effect and average income by postcode were studied. Finally, Ellevio's network was listed and prioritized according to the need for measures, where the prioritization is based on areas with the highest consequence and where future solar cells are most likely to arise.
The result is a risk assessment where the proportion of areas is presented based on the probability that solar cells arise and consequences. The analysis shows that the parameter that affected most areas in the low-voltage network is voltage variation in the connection points. The in-depth analysis shows that intermediate networks are similar, if not more vulnerable to large-scale installation of solar cells. The areas with installed solar cells show that the individually highest produced power never reaches the installed one and that the combined power for the solar producers in an area ends up far below the installed power.
Keywords - Solar cells, Low voltage, Voltage variations, Overload, Future solar installations
3
Sammanfattning
I takt med att Sverige går mot ett mer klimatsmart och hållbart samhälle samtidigt som
skatteavdragen på solceller blir mer lönsamma och mindre komplicerat, så har installationer av solceller genomgått en enorm ökning dem senaste åren. En ökningstakt som väntas fortsätta. Om sedan flertalet kunder väljer att installera solceller i ett svagt område skulle detta kunna leda till problem i form spänningsvariationer och överbelastningar i elnätet.
Syftet med studien är därför att identifiera de områden där många solelinstallationer kan leda till problem, utreda vilka faktorer som är risker för problematiska nät, lista och prioritera nät i behov av åtgärder samt undersöka vilka områden som är troligast att en storskalig installation av solceller uppstår i först.
I studien utfördes en vid analys av Ellevios lågspänningsnät, där spänningsvariationer och överbelastning i nätet undersöktes. Tre områden från analysen med låg potential för solceller analyserades djupare för att kontrollera mellanliggande näts tillstånd. Mätdata från områden med installerade solceller bearbetades för att utgå som referens för hur verklig sol-produktion kan se ut.
För att undersöka var framtida solceller kan installeras studerades granskapseffekten och medelinkomst per postnummer. Slutligen listades och prioriterades Ellevios nät utefter behov av åtgärder, där prioriteringen utgår från områden med högst konsekvens och vart framtida solceller troligast uppstår.
Resultatet blir en riskvärdering där andel av områden presenteras utifrån sannolikheten att solceller uppstår och konsekvenser. Analysen visar att den parameter som påverkade flest områden i
lågspänningsnätet är spänningsvariation i sammankopplingspunkt. I djupanalysen framgår att mellanliggande nät är lika, om inte mer sårbara för stor installation av solceller. De områdena med installerade solceller visar att den individuellt högsta producerade effekten aldrig kommer upp till den installerade samt att den sammanlagrade effekten för solelproducenterna i ett område hamnar långt under den installerade effekten.
Nyckelord - Solceller, Lågspänning, Spänningsvariationer, Överbelastning, Framtida solinstallationer
4
Innehållsförteckning
Abstract ... 2
Sammanfattning ... 3
1. Inledning... 6
1.1 Bakgrund ... 6
1.2 Syfte och mål ... 6
1.3 Avgränsningar antaganden ... 6
2. Teori ... 7
2.1 Elnätets uppbyggnad... 7
2.2 Radiellt nät ... 7
2.3 Spänningsfall ... 8
2.4 Elkvalitet ... 8
2.5 Maximal spänningsvariation ... 9
2.6 Sammanlagring ... 10
2.7 Solceller ... 10
2.8 Grön teknik avdrag för solceller ... 12
2.9 Granskapseffekten ... 12
2.10 Solcellsinstallationskostnader... 12
3. Metod och data... 14
3.1 Programvara ... 14
3.1.1 Fme (Feature Manipulation Engine) ... 14
3.1.2 PowerGrid ... 14
3.2 Analys ... 14
3.2.1 Fme och beräkningar ... 14
3.2.2 Parametrar och prioritet ... 16
3.3 Djupanalys... 17
3.4 Framtida solinstallationer ... 18
3.4.1 Medelinkomst per postnummer ... 18
3.4.2 Framtida solinstallationer Granskapseffekten ... 18
3.4.3 Riskmatris ... 19
3.5 Mätdata ... 19
3.5.1 Analysdata ... 19
3.5.2 Produktionsdata ... 19
3.5.2 Inkomst per postnummer ... 19
4. Resultat och analys ... 20
4.1 Analys av nätområden med solceller ... 20
4.1.1 Husby ... 21
4.1.2 Donsö ... 23
4.1.3 Sunne ... 24
5
4.2 Analys av Ellevios lågspänningsnät ... 25
4.2.1 Överbelastning... 25
4.2.2 Spänningsvariation 3% ... 26
4.2.3 Spänningsvariation 5% ... 26
4.2.4 Sammanställning av parametrarna. ... 27
4.3 Resultat från djupanalys ... 27
4.3.1 Analys av tätortsområde ... 27
4.3.2 Analys av Landsbygdsområde ... 31
4.3.3 Analys av Stadsområdet... 34
4.4 Resultat av Framtida solinstallationer ... 42
4.4.1 Medelinkomst per postnummer ... 42
4.4.2 Granskapseffekten. ... 43
4.4.3 Riskanalys ... 44
5. Slutsats och diskussion ... 45
5.1 Slutsats av 4.1 Analys av nätområden med solceller ... 45
5.2 Slutsats av 4.2 Analys av Ellevios lågspänningsnät ... 45
5.3 Slutsats av 4.3 djupanalysen... 46
5.4 Slutsats av 4.4 Framtida solinstallationer ... 47
5.5 Rekommendationer ... 48
Referenser ... 49
Bilagor ... 51
Bilaga 1. Tätortsområdet... 51
Bilaga 2. Landsbygdsområdet ... 55
Bilaga 3. Stadsområdet ... 59
Bilaga 4. Medelinkomst ... 70
Bilaga 5. Slutresultatet för 4.2 Analys av Ellevios lågspänningsnät och 4.4 Framtida solceller. ... 71
6
1. Inledning
1.1 Bakgrund
Ellevio AB är ett av Sveriges ledande elnätsföretag som omfattar ett elnät på närmare 7750 mil.
Ellevio äger och driver med ett monopol av en stor del av det regionala och lokala elnätet. Idag leverera Ellevio el till närmare en 1 miljon kunder med en leveranssäkerhet på 99,8 %. För Ellevio är det viktigt att kunna förse sina kunder med ett långsiktigt robust och driftsäkert nät. [19] Att normen för god elkvalitét följs är något som förväntas av både invånare och företag.
Elanvändandet ökar mer och mer i Sverige, svenskt näringsliv tror att elanvändandet kommer öka med minst 60% fram till 2045 [18]. Men elnätet blir äldre och investeringar behövs hela tiden för att bygga ut och uppgradera det åldrande nätet, detta är för att kunna säkerställa att det finns tillräckligt med kapacitet för att tillgodose elkonsumtionen, men även att det finns tillräckligt med kapacitet för nya anslutningar som tex hushåll och industrier. En ytterligare utmaning är att solceller ökar mer och mer i samhället, att installera solceller på hus är inte bara lönsamt utan även bra för miljön. Antalet solelanslutningar från privathushåll ökar snabbt i elnätet. Antalet nätanslutna solcellsanläggningar under 20 kW ökade under 2019 med ca 75%, en ökning från 22000 – 37 000. Under 2020 så ökade installationen av solceller upp till 57 000 och det var en ökning på 50 %. [1] Den här ökningstakten förväntas stiga ytterligare de närmsta åren.
Idag har en kund med en 16 ampers säkring installerad en möjlighet att ansluta 11kW sol-el till nätet.
Skulle kunden välja att utöka sin säkring till 25 amper (vilket är den maximala säkring som kunden kan byta till utan extra anslutningsavgift) så har kunden rätt att ansluta 17 kW sol-el. Väljer många kunder som är kopplade till samma nätstation och kabelskåp att ansluta sol-el kan det leda till ett problem speciellt på sommaren då produktionen är hög och konsumtionen låg. Detta kan leda till konsekvenser så som överbelastningen i nätet samt spänningsvariationer. Skulle då
spänningsvariationen bli för hög skulle detta kunna leda till att solelproducenter inte kan producera och även att känslig elektronisk utrustning tar skada. För att kunna möjliggöra för ett mer
klimatsmart och hållbart samhälle och samtidigt leverera el av hög kvalitét är det viktigt att bättre förstå den påverkan solelproduktion får på det mottagande lågspänningsnätet och detta görs genom att identifiera områden där problem kan uppstå.
1.2 Syfte och mål
Syftet med studien är identifiera dem områden där många solelinstallationer kan leda till problem, utreda vilka faktorer som är risker för problematiska nät, lista och prioritera nät i behov av åtgärder samt undersöka vilka områden som är troligast att en storskalig installation av solceller uppstår i först. Detta för att bättre kunna planera och investera i nät där problematik kan uppstå.
Målet med studien är att:
• Identifiera vart i näten det finns begränsningar för nutida och framtida solelsinstallationer.
• Undersöka vart framtida installationer av solel kan komma först.
• Lista och prioritera områden i behov av åtgärder.
1.3 Avgränsningar antaganden
Studien begränsas till spänningsvariationer i lågspänningsområden. Transienter flimmer, övertoner, osymmetri och frekvensvariationer kommer inte att undersökas. Beräkningar görs under antagandet
7
att det endast finns produktion i nätet och ingen konsumtion. Ingen förbrukning innebär i så fall det värsta fallet. Vid kabelskåp och nätstationer summeras underliggande solel utan
sammanlagringsfaktor.
2. Teori
2.1 Elnätets uppbyggnad
I Sverige är elnätet primärt uppdelat i tre nivåer: Stamnät, Regionnät och lokalnät, där det främst är spänningsnivåerna som skiljer sig se tabell (1). Lokalnätet är sedan uppdelat i mellanspänningsnät och lågspänningsnät.
Tabell 1 Sveriges elnät uppdelat efter spänningsnivåer.
Typ av nät Spänningsnivå
Stamnät 200-400kV
Regionnät 40-130kV
Lokalnät 0,4-20kV
Mellanspänningsnät 10–20 kV Lågspänningsnät 0,4KV
Elnätets främsta uppgift är att fördela elektrisk energi från producenter till konsumenter. Det är ekonomiskt förmånligt att ha en högre spänning vid transport då förlusterna i nätet minimeras.
Effekt är beroende av spänning och ström, vill man bibehålla effekten kan man antingen öka
spänningen och i så fall sänka strömmen eller höja strömmen och sänka spänningen. Eftersom det är strömmen som orsakar förluster vid överföring av el så faller det sig naturligt att önska en högre spänning vid överföring och lägre spänning först vid konsumtion. Elnätet är därför uppdelat i olika spänningsnivåer där Stamnätet har högspänningsledningar mellan 200 kV- 400kV och transporterar energi över långa sträckor och lokalnätet används närmare kunden. [2]
Stamnätet ägs av staten och förvaltas av svenska kraftnät. Stamnätet består av ca 17 000 km högspänningskablar, 200 transformatorer och kopplingsstationer som kopplar samman stamnätet med regionnätet.
Regionnätet och lokalnätet ägs av 170 olika elnätsföretag där Ellevio E.ON och Vattenfall äger den största delen av nätet. Regionnätet har spänningen mellan 40kV-130kV. Regionnätet transporterar energi över mellan långa sträckor och förser oftast elintensiva industrier.
Regionnätet övergår sedan till lokalnätet där ligger spänningen mellan 0,4-20kv. Lokalnätet delas sedan in i mellanspänningsnät 10–20 kV och lågspänningsnät 400/230 V. Det är ifrån lokalnätet den största delen av eldistribution till företag och hushåll sker. [3]
2.2 Radiellt nät
Ett radiellt nät eller en radiell del av nätet är när endast en ledning matar effekt ut till
leveranspunkter. Ledningen kan vara mellan två kabelskåp eller mellan nätstation och kabelskåp.
8
Ledningen matar oftast flera leveranspunkter och blir därför en extra utsatt punkt om ett fel skulle uppstå. Skulle ett avbrott ske på kabeln så kommer alla nedströms liggande leveranspunkter att bli utan ström. Till skillnad från om ett avbrott skulle ske i ett maskat nät, där strömmen kan flyta i andra riktningar och har på så sätt en möjlighet att ta en annan väg till leveranspunkten. Ett bra exempel på ett radialt nät är nätet i ”Stadsområdet” 4.3.3. Om kabelskåp 1 skulle gå sönder skulle samtliga underliggande kunder i området bli utan el. Se figur (7).
2.3 Spänningsfall
När man transmitterar energi över en sträcka sker ett spänningsfall, det här spänningsfallet beror på nätets impedans och strömmens storlek. Sker ett spänningsfall så måste strömmen höjas för att kunna leverera samma mängd energi. Storleken på impedansen beror på längden,
genomskärningsarean samt materialet på kabeln. Metoden för att lösa Spänningsfallet fås genom att höja spänningen vid transformatorn. Den här spännings skillnaden mellan transformator och kund blir större desto svagare nätet är. Om kunden väljer att producera solel och vill sälja överskottet till nätet så behöver kunden matcha transformatorns spänning. Om kunden bor i ett svagt nät se figur (1 a)) kan transformatorn behöva öka spänning till 240 volt för att kunna leverera en spänning på 230 volt till kunden se figur (1b)). När kunden sedan matar sin överskottsproduktion ut på nätet då är kundens spänning 250 volt för att matcha transformatorns 240 volt se Figur (1 c)). Det här kan då leda till en snabb och stor spänningsvariation för kunden, mellan 230 V - 250 V om solcellerna plötsligt slutar eller börjar producera el. [4]
Figur 1a) exempel på en kund i ett svagt nät. 1b) höjd transformatorspänning för att kompensera för svagt nät. 1c) Kunden producerar el tillbaka till nätstation.
2.4 Elkvalitet
Elkvalitet kan delas upp i 2 delar kontinuitet och spänningsnivå. Där kontinuitet innebär att
elnätsbolagen ska ha en oavbruten och stabil försörjning av el till kunderna. Med spänningsnivån så menas att spänningen i nätet bör vara stabil och ej varierar mer än dom accepterade gränsvärdena. I det svenska lågspänningsnätet ligger den nominella spänningen på 400/230 V med en frekvens 50Hz [6]
De vanligaste störningstyperna som påverkar elkvaliten är spänningsdippar, spänningshöjningar, spänningsvariationer, transienter, flimmer, övertoner, osymmetri och Frekvensvariationer.
9
Dom konsekvenser som kan uppstå vid bristande elkvalitet är att kundens elektriska utrustning kan få bestående skador, försämrad prestanda eller förkortad livslängd. Industrier kan få avbrott i
produktion vilket kan leda till ekonomiska konsekvenser. [6]
Vid anslutning av solelsproduktion i lågspänningsnätet är det viktigt att säkerställa att den nyanslutna produktionen inte skapar störningar i nätet eller försämrar elkvaliten för sig själv och övriga kunder under samma nätstation [5]. Vid anslutning av solelsproduktion uppstår spänningsvariationer i nätet.
Storleken på dom här spänningsvariationerna beror på hur starkt nätet är. Ett näts styrka kan även kallas för nätets impedans. Nätstyrka är ett näts förmåga att stå emot spänningsförändringar vid in och urkoppling av produktion och last. Ett nät med hög impedans är ett svagt nät och ett nät med låg impedans anses som starkt. Storleken på impedansen i lågspänningsnätet beror på transformatorns nominella värde och läng genomskärningsarea samt material på ledare men även motsvarande faktorer på mellanspänningssidan spelar roll. [5]
2.5 Maximal spänningsvariation
När Solcellsproduktion kopplas in på lågspänningsnätet uppstår spänningsändringar det samma gäller vid in och ur koppling av laster. Enligt Europiska standarden SS-EN 50160 bör ej
spänningsvariationen variera mer än 90% och 110% av spänningens nominelle värde i distributionsnätet under normala drifttillstånd. Områden som ligger långt ifrån större
sammanhängande elnät har mildare bestämmelser på +10%/-15% av den nominella spänningen [20].
Elbolagen väljer att följa ännu hårdare rekommendationer som säger att vid in och urkoppling av produktionsanläggningar så ska ej maxeffekten av den producerandeanläggningen ändra spänningen mer i nätet än 3% och 5% se tabell (2) [5].
Spänningsändring vid in-och urkoppling
I anslutning mot kund 5%
I sammankopplingspunkt mot andra kunder 3%
Tabell 2 riktlinjerna om elkvalitet från alps Handbok gällande spänningsvariation i egen anslutningspunkt samt sammankopplingspunkter vid anslutning av solceller.
Där anslutning mot kund är den maximala spänningsändringen solcellsproduktionen får ändra i sin egen anslutningspunkt. I sammankopplingspunkt mot andra kunder medför att den nyinstallerade produktionen inte får ändra spänningen mer än 3 % i sammankopplingspunkter så som i kabelskåp eller i nätstation.
Spänningsändringarna kan beräknas med följande förenklade formel.
∆𝑈
𝑈1 ≅𝑅∙𝑃+𝑋∙𝑄
𝑈12 ∙ 100% (1)
Där ∆U är spänningsskillnaden före och efter anslutningen av produktion. 𝑈1 är den nominella 3-fas märkspänningen. R och X är resistans och reaktans vilket är nätets impedans Z och även kallad för förimpedans. P är solcellsproduktionens aktiva effekt och Q är dess reaktiva effekt. [5]
Vid beräkningar av spänningsändringar används kabelns impedans mellan nätstation och kund. Då ration mellan R och X är väldigt stor i lågspännings nätet kan kabelns induktiva del räknas bort och kabeln anses då som enbart resistiv. [5]
Även transformatorn storlek påverkar nätets impedans. Genom följande utryck kan transformatorns impedans fås.
𝑍𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑡𝑜𝑟 = 𝑍𝐾∙𝑈𝑛2
𝑆𝑛
(2)
10
Där 𝑍𝑘 är Kortslutningsimpedans och 𝑆𝑛 är märkeffekten på den matande transformatorn där beräkningar utförs.
För att enkelt kunna beräkna spänningsvariationer i nätstationen så överreduceras primärsidans impedans på transformatorn till sekundärsidan. I formel (3) visas förhållandet mellan primärspänning och sekunder spänning samt primärlindning och sekundärlindning.
𝑈1 𝑈2=𝑁1
𝑁2 (3)
För att få med mellanspänningssidans impedans behövs den överreduceras till lågspänningssidan detta görs enligt formel (4)
𝑍′′= 𝑍′(𝑁2
𝑁1)2 (4)
Där 𝑍′ är impedansen på primärsidan och 𝑍′′ är den primära impedansen överreducerad till sekundärsidan. 𝑈1 Är transformatorns märkspänning på primärsidan och 𝑈2 är transformatorn märkspänning på sekundärsidan. Sekundärsidan är detta fall lågspänningsnätet.
Slutligen fås den total förimpedansen (5) 𝑍𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙= 𝑍′′+ 𝑍𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑡𝑜𝑟 (5)
Då effektfaktorn i växelriktare idag är nära 1 innebär det att nästan all effekt som produceras är aktiv effekt. Följden blir att P blir mycket större än Q. Detta leder till att Q och X kan försummas. En approximation av formel (1) blir då formel (6). [5]
∆𝑈 𝑈1 ≅𝑅∙𝑃
𝑈12 ∙ 100%
(6)
Där 𝑅 = 𝑍𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
2.6 Sammanlagring
Sammanlagring är summan av alla leveranspunkters gemensamma uttagna effekt. När man dimensionerar /projekterar för kablar så är det viktigt att veta vilken den högsta belastningsström som kan gå i kabeln, det är även viktigt att kabeln tål en högre ström än vad den installerade säkringen tål. Matar en kabel fler kunder än en så är sannolikheten att båda nyttjar sitt maximala effektvärde samtidigt mindre än att bara 1 kund nyttjar sin maximala effekt. Resultatet blir då att man i praktiken inte behöver dimensionera kabeln att tåla den högsta gemensamma effekten för dom här kunderna. Det leder i sin tur till att desto mer kunder som är ansluten till samma punkt/kabel desto mindre är sannolikheten att alla kunder alla kunder använder sin maxeffekt samtidigt. Därför dimensioneras inte kablar efter den högsta potentiella strömmen som kan gå igenom ledningen om alla skulle nyttja sin maxeffekt samtidigt utan efter den högst troligaste strömmen som går [11].
2.7 Solceller
När man pratar om solcellers verkningsgrad så pratar man egentligen om vilken konverteringsgrad solceller har. Solcellers verkningsgrad varierar olika beroende på vilken typ av solceller man väljer att installera, där solceller med högre verkningsgrad oftast kostar mer. Solcellers verkningsgrad ligger idag mellan 10–22%. Med det så menas att om solens strålning ligger på 100% så är det endast 22%
11
som konverteras till el. [8] Det finns flera faktorer som påverkar förutsättningarna för att producera solel. Beroende på vart du bor i landet så kan Solstrålningen varierar Se figur (2).
Figur 2 Smhi klimatkarta över Normal Solradiation under 1 år i Sverige. Med godkännande från Smhi att använda bilden [15]
Norra Sverige har lägre 𝑘𝑊ℎ/𝑚2 och områden i mellersta Sverige och nära kuster generellt har mer 𝑘𝑊ℎ/𝑚2
Beroende på vilken riktning ett hustak har så producerar solcellerna olika. Där ett hus med solceller i sydlig riktning producerar som mest mitt på dagen, det är den riktning som är mest lönsamma då solcellerna producerar generellt mer energi under ett år. Installeras solceller istället i västlig eller östlig riktning så producerar dom överlag mindre energi på ett år sett till om dom vore installerade i sydlig riktning. En positiv aspekt att installera solceller i östlig eller västlig riktning är att dom istället producerar mer energi på morgon och kväll, då oftast förbrukningen större. Lutningen på hustaken påverkar också produktionen av el, där en lutning på 30–50 grader anses som mest optimal för att få en så lönsam produktion som möjligt. Men ett tak med mycket lutning kan även innebär att
installationen av solceller blir mer avancerad och kan i slutändan bidra till en dyrare installations avgift. [9]
12
2.8 Grön teknik avdrag för solceller
Från och med den 1 januari 2021 är det lättare att få skatteavdrag på installerade solceller. Det nya systemet fungerar likartat med rot och rut avdrag, på så sätt fås ett skatteavdrag på 15% direkt på fakturan till skillnad från tidigare där man behövde starta en ansökningsprocess om bidraget och sedan vänta på att pengarna blir utbetalda. Skattereduktionen är upp till 50 000 kr per person och år och kräver att du har betalat in skatt. Det nya avdraget gäller även för batterier som lagrar solenergi och laddstolpe till elfordon fast då ges en skattereduktion på 50% istället. [10]
2.9 Granskapseffekten
I Connecticut Usa utfördes en studie 2014 där man undersökte spatiala mönster vid installation av solel. Detta var för att observera vilka faktorer som påverkade husägare till att installera solceller. I rapporten framförs det att det finns ”robusta” bevis på vad som kallas för spatial neighborhood effect. Med spatial neighbor effect menas att individer påverkas positivt till installation av solceller om någon i deras närområde har installerat solceller och då är sannolikheten större att dom själva installerar solceller. I studien framgår det att granskapseffekten spelade en stor roll i att övertyga husägare att installera solceller. Det framkom det bl.a att när man väl hade installerat solceller i ett område så växte den genomsnittliga installationen med 0.44 system inom samma område på 800 meter [12].
2.10 Solcellsinstallationskostnader
Idag har de flesta solcellsmoduler en effektgaranti på 25 år men livslängden beräknas till 30 år eller mer. [14] Kostnaden för att installera solceller varier beroende på effektiviteten och kvalitén på solcellspanelerna men även förutsättningarna att installera, ett krångligt tak kostar mer. En sak som visar sig var generell är att priset kr/kW sjunker ju större effekt av solceller som installeras. Den genomsnittliga avbetalningstiden i form av minskande elräkningar och försäljning av el för installerade solcellspaneler ligger idag mellan 10 och 14 år.
I tabell (3) och diagram (1) visas Vattenfalls solcellspaket med priser. Det är 4 olika installationspaket från 5 kW till 16 kW. I tabellen visas den totala kostanden för installationer och även hur mycket varje installerad kW kostar. I diagram (1) går det tydligt att se installationskostnaderna för solceller minskar ju högre effekt som väljs att installeras. Ett solcellssystem på 5.1 kW kostar 16 279 kr per installerad kW medans ett på 10,56 kW kostar 11 738 kronor per kW. [13]
Installerad kWp
Kostnad för
installation Kr/kW
kr/kW efter grönt avdrag
5,1 kW 97 671 kr 19 151 kr 16 279 kr
8,58kW 129 656 kr 15 111 kr 12 845 kr
10,56kW 145 827 kr 13 809 kr 11 738 kr
16kW 195 256 kr 12 204 kr 10 373 kr
Tabell 3 Vattenfalls priser för solceller och installation till villa och fritidshus. [13]
13
Diagram 1 visar Vattenfalls priser för solceller och installation av solceller. Trenden visar att desto högre installation av solceller desto mindre betalar man per kW. Den blå linjen indikerar före grönt avdrag och den gröna är efter grönt avdrag
0 kr 3 000 kr 6 000 kr 9 000 kr 12 000 kr 15 000 kr 18 000 kr 21 000 kr
0 kWp 2 kWp 4 kWp 6 kWp 8 kWp 10 kWp 12 kWp 14 kWp 16 kWp 18 kWp
Antal kronor per kilo-watt
Installerad effekt
14
3. Metod och data
I det här avsnittet beskrivs den metod som har används i arbetet för informationsinsamling, databehandling och beräkningar. I analysdelen och framtida solceller i det här arbetet används Fme programmering och i djupanalysen används programvaran Powergrid.
3.1 Programvara
3.1.1 Fme (Feature Manipulation Engine)
Fme används till att läsa, skriva och transformera spatiala data. Där man genom blockprogrammering filtrerar och transformera all tillgängliga data från elnätet, matematiska formler implementeras här. I fme behandlas Ellevios data från nätet, vilket är spatialdata om leveranspunkter och nätstationer med tillhörande elektriskdata. Då inte mellanliggande nät som kabelskåp och kablar går att göra beräkningar på i fme så behövs programvaran PowerGrid till det.
3.1.2 PowerGrid
Powegrid är ett geografiskt databasprogram utvecklat av Tieto. I Powergrid finns hela Ellevios
distributionssystem här sker beräkningar men även dokumentering av elnätet. I Powergrid går det att beräkna impedanser, belastningar, kabellängd kortslutningsimpedanser och spänningsfall i
leveranspunkter, kablar kabelskåp och nätstationer. Spänningsvariationer kan ej beräknas i Powergrid utan det sker manuellt med hjälp av resultat från Powergrids nätberäkning. Powergrid kommer främst att användas i djupanalysen.
3.2 Analys
I analysdelen görs beräkningar på transformatorer sammankopplingspunkter och leveranspunkter.
Beräkningar i analysdelen fokuseras främst på spänningsvariation och överbelastningar. Där en antagen effekt från solel får påverkan i nätet givet nätets impedans. Vid kabelskåp och nätstationer summeras underliggande solel utan sammanlagringsfaktor.
3.2.1 Fme och beräkningar
I analys av ellevios lågspänningsnät bearbetas obehandlade data om Ellevios lågspänningsnätverk.
Detta görs genom Fme där alla förimpedanserna tas fram och beräknas. Flödet för beräkningar och hantering av data visas i Figur (2). Samtliga formler som tas upp i avsnittet är hänvisade från kapitel 2.5 Maximal spänningsvariation.
Figur 2 Skärmbild från Fme visar flödet för beräkningar och hanteringen av data. Flödet är uppdelat i 8 zoner.
I zon 1 sammanställs och sammanfogas information om alla Ellevios leveranspunkter med annan data om leveranspunkter, här ges leveranspunkterana informationen om vilka som har installerade
15 solceller samt vilken effekt solcellerna ligger på.
I zon 2 filtreras alla leveranspunkter bort som inte har ett impedansvärde med. Detta då de skapar ett problem vid senare beräkningar om impedansvärde saknas. Nästa steg är att förbinda
information om leveranspunkter och nätstationer. Här ges varje leveranspunkt data om deras matande nätstation. Informationen som är intressant här är de impedanser från nätstation och överliggande nät. Även data om den totalt installerade effekten av solceller i området fås genom sammanslagningen. Efter det sorteras transformatorer över 22 kV bort, detta för att enbart transformatorer på lågspänningsnätet är av intresse.
I kommande steg i zon 3 så beräknas transformatorn förimpedans fram. Första steget är att ta fram impedansen för transformatorn. Detta görs genom att först använda formel (2) där transformatorns impedans på lågspänningssidan tas fram, men till följd av överreducering så behövs även
primärsidans impedans tas med, den fås genom formel (4). Summan av de 2 impedanserna summeras sedan enligt formel (5). Till följd av att transformatorns impedans nu är känd så kan transformatorns anslutningsbarhet av solceller beräknas. Detta görs genom Formel (6). Som redan beskrivits i teoridelen (2.5) så ligger gränsvärdet för spänningsvariation i sammankopplingspunkter så som transformator på högst 3 % och i leveranspunkter 5%. Vidare i skriptet så beräknas
leveranspunkternas största anslutningsbarhet innan en spänningsvariation på 5% uppstår, detta görs genom formel (6).
I zon 4 så tas den leveranspunkt med lägsta anslutningsbarhet fram för varje nätstation och även medianvärdet för leveranspunkternas anslutningsbarhet. Detta värde är en av parametrarna som avgör om ett område är i risk om en storskalig installation av solceller skulle ske i området.
I zon 5 kontrolleras det att leveranspunkterna har med sig alla nödvändiga attribut.
Efter kontroll och beräkningar på leveranspunkter och nätstationer så sammanfogas alla beräkningar och information om leveranspunkterna med respektive nätstation detta sker i zon 6. Nätstationerna har nu med sig värdet av alla beräkningar och impedanser och vet om vilka leveranspunkter som tillhör vilken nätstation.
I zon 7 så räknar skriptet nu fram antal leveranspunkter per nätstation. Sedan tillsätts information för varje nätstation om vilket förläggningssätt den tillhör. Det här kan då vara om nätstationen ligger i en landsbygds, tätorts eller stadsområde.
Därefter sker flera beräkningar på dom gränsvärden som har tagits fram i zon 8. Först så delas transformatorns nominella värde och anslutningsbarhet på antal anslutna kunder detta för att bedöma vilken genomsnittlig effekt leveranspunkterna i ett område kan producera innan
transformatorn blir överbelastad eller att spänningsvariationen överstiger 3%. Slutligen så skrivs alla beräknad och hanterade data över till en Excel fil se bilaga (5).
16 3.2.2 Parametrar och prioritet
Efter att Ellevios lågspänningsnät har beräknats så behövs en metod för att prioritera om ett område kan få konsekvenser vid en storskalig installation av solceller. Den metod som valdes var poäng genom prioritet. Se tabell (4).
Tabell 4 Poängdiagram där ju lägre anslutningsbarhet ett område har desto mer poäng tilldelas. Dom 3 parametrar som poängsätts är överbelastad transformator, 3% spänningsvariation i nätstation och 5% spänningsvariation i leveranspunkt.
Maximal anslutning Överbelastad transformator 3% i nätstation 5% i Leveranspunkt
>20kW 0 0 0
17,3-20kW 10 5 2
15-17,3kW 100 40 16
13-15kW 125 50 20
11-13kW 150 60 24
10-11kW 300 120 48
9-10kW 350 140 56
8-9kW 400 160 64
7-8kW 450 180 72
6-7kW 550 220 88
5-6kW 650 260 104
4-5kw 800 320 128
3-4kW 900 360 144
0-3kW 1000 400 160
Prioriteringen delas in i 3 olika parametrar:
• Prio 1-Vilken genomsnittlig effekt kan kunderna installera i ett område innan transformatorn blir överbelastad. Det här påverkar hela området.
• Prio 2-Hur mycket installerad sammanlagd effekt klarar transformatorn av innan
spänningsvariationen går över 3%? Det här påverkar el kvalitén för alla kunder i området och kan ha negativ effekt på deras elektronik.
• Prio 3-Hur mycket installerad effekt klarar enskilda leveranspunkterna i området av innan spänningsvariationen går över 5% i leverans punkten. Det här är då baserat på medianvärdet i området. Det här påverkar enbart den anslutande kunden.
Prioriteringsordningen är till följd av vad Ellevio värderar som mest intressant att ha uppsikt på då det leder till högst konsekvenserna. Där dom områdena som har högst sammanlagd poäng är dom som anses som mest utsatta.
Avsikten är att få en exponentiell ökning på kurvorna. Se diagram (2). Poängen ska även bidra till att ett område som får många poäng i 3% och 5% kolumnerna inte ska kunna trumfa ett annat område
17
där överbelastningen i transformatorn är ett stort problem då det anses som mer allvarligt.
Diagram 2 Visar ett poängdiagram. Där den genomsnittliga anslutningen per kund visas i x axeln och antal tilldelade poäng visas i y axeln.
Poängsättningen utgår från att alla kunder minst ska kunna ansluta 11kW i ett område. Desto längre ifrån detta värde ju högre poäng genereras.
3.3 Djupanalys
I djupanalysen plockas ett antal nätområden från analysdelen ut för att undersökas mer noggrant. Då en bred bild av det analyserade nätet vill uppnås så väljs områdena från analysdelen 3.2 efter högt poäng men även förläggningsätt, detta ger en bred variation på områdena . Fokuset ligger på att se vilken nivå av solceller kabelskåpen kan hantera innan spänningsvariationen på 3% överskrids och även hur många kunder som påverkas av det. Kabelskåpens anslutningsbarhet utgår ifrån hur många anslutna kunder till kabelskåpet som kan ansluta 11kW solel innan spänningsvariationen överstiger 3%. Matande kablar från kabelskåp till nätstation kommer att identifieras och undersökas för att se vilket nominellt strömvärde kabeln har samt vilket det högsta potentiella strömvärde som kan flyta igenom kabeln. Kablar från leveranspunkt till kabelskåp analyseras ej då dom som mest troligt är korrekt dimensionerade till att tåla den högsta säkringseffekten.
I programvaran Power Grid är det lättare att få en tydlig bild av kablar och kabelskåp i dom
analyserade områdena. I Pg sker nätberäkningar på kabelskåp för att få fram skåpets impedans och även antal anslutna kunder till varje kabelskåp. När ett kabelskåps antal anslutna kunder bestäms så räknas även nedströmsliggande kabelskåps kunder med och inte bara direktanslutna kunder.
Därefter kan kabelskåpets högsta kapacitet och anslutningsbarhet för solceller i kW räknas fram med hjälp av formel (6).
Dom kablar som är av stort intresse att analysera i djupanalysen är dom som matar den högsta potentiella sammanlagrade produktionen av solel, mer specifikt dom radiella ledningar i ett område som matas av många leveranspunkter. För att identifiera vilken nominell ström en kabel tål behövs ledarmaterial, ledararea, typ av isolering och förläggningsätt bestämmas, till detta användes Kraftkabelhandboken från nkt cables [7].
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Antal tilldelade poäng
Minsta installerade effekt per kund området klarar
Överbelastad transformator 3% i nätstation 5% i Leveranspunkt
Poängdiagram
18
Efter identifiering av kablar har skett kommer en överslagsberäkning att ske på området för att se vilken potentiell ström som kan flyta igenom ledningarna.Detta görs genom formel (8) där effekten är den gemensamma effekten från alla anslutna kunder till kabeln om de skulle anslutna 11 kW var.
Resultatet blir då att den högsta potentiella ström som kan flyta genom kabeln fås.
Vid beräkning av producerad ström i linjen används formel (8) 𝐼𝑙 = 𝑃
√3∙𝑈ℎ∙cos 𝜑 (8)
Där den beräknade strömmen 𝐼𝑙 är den ström som går i linjen där P är den installerade effekten, Un är den nominella huvudspänningen och effektfaktorn cos 𝜑 antas vara 1. [7]
Områdena som analyseras i (3.3) är uppkallade efter sitt förläggningsätt landsbygdsområde,
tätortsområde och stadsområde. Värden framtagna genom djupanalysen finns i bilaga (1) för tätort, bilaga (2) för landsbygd och bilaga (3) för stadsområde. Resultat för alla 3 områden presenteras i avsnitt 4.3 Djupanalys.
3.4 Framtida solinstallationer
Som redogjorts i kapitel (1.2) så har solcells installationer i Sverige sett en exponentiell ökningstakt och denna ökning förväntas att fortsätta. I och med att det nya skatteavdraget (2.8) Grönteknik kan installation av solceller upplevas som mindre krångligt än det tidigare bidraget och detta kan bidra till ett ytterligare ökat incitament till att personer installera solceller. För att bättre kunna göra
planeringar och investera i nätet är det intressant att kunna förutse vart solceller kommer installeras, vilka områden är det som är troligast att en större installation av solceller sker. I Teoridel 2.10
Solcellsinstallationskostnader framgår det i diagram (1) att större solcellsinstallationer ger bättre avkastning men det krävs även en större investering. Antaganden som kan göra är således att personer med högre inkomst har större möjlighet att installera solceller och om en person väl
installerar solceller så installeras troligen en högre effekt då det är mer lönsamt. Områden med högre medelinkomst bör därför ha en högre sannolikhet att solceller installeras.
3.4.1 Medelinkomst per postnummer
I Ellevios nät förekommer 7264 solelproducenter utspritt på 20 586 nätstationer. Totalt är det 4082 nätstationer som har minst en ansluten solelproducent. För att undersöka vad dom här områdena har gemensamt så har statistik givet av Kristoffer Andersson på Checkbiz om medelinkomst för alla Sveriges postnummer mottagits, detta har sedan sammanförs med alla nätstationers postnummer i Ellevios lågspänningsnät i programvaran FME. Genom att ge varje nätstationsområde en
medelinkomst går det att uppfatta vilken inkomstnivå områden med solceller ligger på kontra dom områden utan solceller. Resultatet av inkomst för områden med solceller har sammanställts i bilaga (4) och presenteras i 4.4.
3.4.2 Framtida solinstallationer Granskapseffekten
Som beskrivet i teoridelen 2.9 om en person installerar solceller så ökar sannolikheten att personer inom ett område på 800 meter också installerar solceller. För att kunna avgöra hur många
solproducenter som ligger nära ett nätstations område så skapades ett buffer system i programmet fme där varje kund med solceller ges koordinater samt ett bufferområde med en diameter på 800 meter. Om en nätstation sedan överlappar området från en solelproducent uppfattas det och ger nätstationens attribut för antal överlappningar siffran 1. För varje ytterligare överlappning så ökar den siffran med 1. Ett område med många solceller nära varandra skapar då många överlappningar.
19
Men det krävs bara en överlappning för att ett område ska känna av granskapseffekten. Resultatet presenteras i avsnitt 4.4.2.
3.4.3 Riskmatris
Med hjälp av resultatet ifrån 4.4 framtida solinstallationer och 4.2 Analys av Ellevios lågspänningsnät skapas en riskmatris. Detta för att få en överblick över Ellevios nät. Där områden med hög
sannolikhet för installation av solceller hamnar högt på y-axeln och kan ett område få stora konsekvenser om många solceller installeras hamnar det långt ut på x-axeln. Sannolikhets delen graderas efter en skala på 1–4. Om ett område har lägre inkomst än snittinkomsten i Ellevios nät så är sannolikheten 1 (låg) att det installeras solceller, känner samma område av en överlappning från 4.4.2 Granskapseffekten så ökar sannolikheten för det området till 2 (låg-mellan). Har ett område högre inkomst än snittinkomsten i Ellevios nät så är sannolikheten 2 (låg-mellan) att det installeras solceller. Känner samma område av en överlappning från granskapseffekten så ökar sannolikheten i det området till 3 (mellan-hög). Har ett område högre inkomst än ”medelinkomst för områden med solceller” så får det området 3 (mellan-hög) sannolikhet att det installeras solceller. Känner samma område av granskapseffekten så ökar sannolikheten till 4 (hög) i området.
Konsekvens axeln är baserad på resultatet från 4.2.4 Analys av Ellevios lågspänningsnät,
Sammanställning av parametrarna. Där områden med väldigt goda förutsättningar för solel tilldelas 1 (låg) konsekvens och detta fortsätter upp till områden med väldigt dåliga förutsättningar som tilldelas 4 (hög) konsekvens för solceller. Resultatet visas i 4.4.3
3.5 Mätdata
I detta avsnitt presenteras i korthet den data som ligger till grund för analysen och inhämtad produktion.
3.5.1 Analysdata
Den data som ligger till grund i analysen är obehandlad data över hela Ellevios lågspänningsnät. Där över 1 miljon leveranspunkter och 25 000 nätstationer med tillhörande attribut behandlas.
3.5.2 Produktionsdata
Produktionsdata från områden med installerade solceller. Mätdata kommer från totalt 3 områden. I Donsö hämtades data från 14 kunder med solceller, Sunne hämtades det från 26 kunder, och i Husby från 10 kunder. Mätdata från alla 3 områdena är inhämtad perioden mellan 7 juni – 28 juni 2020.
Mätdata kommer i form av producerad kWh Produktionsdata behandlas i Excell och presenteras i (4.1) resultat avsnittet.
3.5.2 Inkomst per postnummer
Underlaget för 2020 inkomst per postnummer är framtaget av företaget www.checkbiz.se
20
4. Resultat och analys
I följande kapitel redovisas resultat och analys av inhämtade produktionsdata från solcellsproducerande områden och resultaten från metod delen.
4.1 Analys av nätområden med solceller
Produktionsdata från områden med installerade solceller inhämtades från 3 områden i mellersta Sverige. I Donsö hämtades data från 14 kunder med solceller, Sunne hämtades det från 26 kunder, och i Husby från 10 kunder. Mätdata från alla 3 områdena är inhämtad perioden mellan 7 juni – 28 juni 2020 Se figur (3).
Figur 3 Visar 3 områden Donsö, Sunne och Husby där produktionsdata från solceller har inhämtats. Skärmbild från programvaran Power Grid
Uppgifter från smhi visar att juni 2020 var en rekordvarm månad och då främst i mellersta Sverige.
Flera värmerekord sattes under juni månad samtidigt som majoriteten av solstationerna i mellersta Svealand uppmätte fler soltimmar under juni månad än vad dom någonsin tidigare gjort. Även söderut så var antalet soltimmar högre en vanligt. I Husby, Sunne och Donsö var antalet soltimmar många. Då främst i Stockholm med 397 soltimmar och Sunne med 349 soltimmar. Donsö ligger runt 297 soltimmar under juni månad Se figur (4) [16].
21
Figur 4 SMHI solskenskarta över Sverige. Antalet soltimmar i juni 2020 Sverige. Med godkännande från SMHI att använda bilden [16]
4.1.1 Husby
Husby är en stadsdel inom Stockholmskommun med totalt 12 000 invånare. Nätstation i området där solproduktionsdata inhämtades förser totalt 40 kunder där 10st av dom är solelproducenter. Den totalt anslutna effekten till nätstationen är 219 kW. Den solelproducent med högst installerad effekt ligger på 28 kW och den med lägst 20 kW. I Diagram (3) visas den sammanlagrade effekten av all 10 anslutna solelproducenter.
22
Diagram 3 Den sammanlagrade producerade effekten av all 10 anslutna solelproducenter under juni månad.
Från diagram (3) går det att urskilja att den högsta sammanlagrade effekten ut på nätet från alla 10 solelproducenter är 135,9 kWh vilket sker 2020-06-12 12:00. Det medför att den högsta
sammanlagrade effekten under juni månad i området Husby är 62% av den installerade effekten.
I diagram (4) visas dom enskilda leveranspunkternas installerade effekt och den högst uppnådda producerade kWh under samma tidsperiod.
Diagram 4 Den högsta individuella effekten för producenter i området husby kontra deras installerade effekt under juni månad 2020
Där solelproducent nummer 6 kommer upp till 85,3% av sin installerade effekt. Vilket är den solelproducent som kommer närmast sin installerade effekt. Den genomsnittliga toppeffekten per kund i området hamnar på 63% av sin installerade effekt.
0 kWh 20 kWh 40 kWh 60 kWh 80 kWh 100 kWh 120 kWh 140 kWh 160 kWh
2020-06-07 00:00 2020-06-07 16:00 2020-06-08 08:00 2020-06-09 00:00 2020-06-09 16:00 2020-06-10 08:00 2020-06-11 00:00 2020-06-11 16:00 2020-06-12 08:00 2020-06-13 00:00 2020-06-13 16:00 2020-06-14 08:00 2020-06-15 00:00 2020-06-15 16:00 2020-06-16 08:00 2020-06-17 00:00 2020-06-17 16:00 2020-06-18 08:00 2020-06-19 00:00 2020-06-19 16:00 2020-06-20 08:00 2020-06-21 00:00 2020-06-21 16:00 2020-06-22 08:00 2020-06-23 00:00 2020-06-23 16:00 2020-06-24 08:00 2020-06-25 00:00 2020-06-25 16:00 2020-06-26 08:00 2020-06-27 00:00 2020-06-27 16:00 2020-06-28 08:00
Producerad effekt i området "Husby"
21 20
24 24 24
18
20 20 20
28
6,474
12,666
19,74
16,64
10,8
15,36
11,81
14,34
11,56
18,23
0 kW 5 kW 10 kW 15 kW 20 kW 25 kW 30 kW
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
EFFEKT
SOLELPRODUCENT
Individuellt högsta effekt för solelproducenter Husby
installerad effekt Högst producerad effekt
23 4.1.2 Donsö
Donsö nätstation har 15 st solelproducenter anslutna. Det saknas dock mätvärde från en av
producenterna så den utesluts ur resultatet och analysen och därför behandlas endast 14. Den totalt anslutna solcellseffekten är 141 kW. Där den solelproducent med högst installerad effekt har
installerat solceller på 21 kWp och den med lägst anslutning har installerat 5 kWp.
Diagram 5 visar den sammanlagrade producerade effekten av all 14 anslutna solcellsproducenter i området Donsö under juni månad.
Från diagram (5) går det att urskilja att den högsta sammanlagrade effekten ut på nätet från alla 14 solelproducenter är 94,5 kWh vilket sker 2020-06-15 13:00. Det medför att den högsta
sammanlagrade producerade effekten i området Donsö är 64% av den installerade effekten.
I diagram (6) visas dom enskilda leveranspunkternas i området Donsö installerade effekt och den högst uppnådda producerade kWh under juni månad. Toppvärden uppmätes vid olika tidpunkter.
Diagram 6 Den högsta individuella effekten för producenter i området Donsö kontra deras installerade effekt under juni månad 2020
0 kWh 10 kWh 20 kWh 30 kWh 40 kWh 50 kWh 60 kWh 70 kWh 80 kWh 90 kWh 100 kWh
2020-06-07 00:00 2020-06-07 14:00 2020-06-08 04:00 2020-06-08 18:00 2020-06-09 08:00 2020-06-09 22:00 2020-06-10 12:00 2020-06-11 02:00 2020-06-11 16:00 2020-06-12 06:00 2020-06-12 20:00 2020-06-13 10:00 2020-06-14 00:00 2020-06-14 14:00 2020-06-15 04:00 2020-06-15 18:00 2020-06-16 08:00 2020-06-16 22:00 2020-06-17 12:00 2020-06-18 02:00 2020-06-18 16:00 2020-06-19 06:00 2020-06-19 20:00 2020-06-20 10:00 2020-06-21 00:00 2020-06-21 14:00 2020-06-22 04:00 2020-06-22 18:00 2020-06-23 08:00 2020-06-23 22:00 2020-06-24 12:00 2020-06-25 02:00 2020-06-25 16:00 2020-06-26 06:00 2020-06-26 20:00 2020-06-27 10:00 2020-06-28 00:00 2020-06-28 14:00
Producerad effekt i området "Donsö"
7 7
10 19
7 8 7
10 8
21
10 15
7 5,5 6,3 5
8,4 11,6
6,0 6,5 6,0 8,0 6,7
13,5
8,1 9,2
5,8 4,1
0 kW 5 kW 10 kW 15 kW 20 kW 25 kW
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
EFFEKT
SOLELPRODUCENT
Individuellt högsta effekt för solelproducenter Donsö
installerad effekt Högst producerad effekt
24
Där solelproducent nummer 2 kommer upp till 89,5% av sin installerade effekt. Vilket är den
producent som kommer närmast sin installerade effekt. Den genomsnittliga toppeffekten per kund i området hamnar på 79% av sin installerade effekt.
4.1.3 Sunne
Sunne är en tätort i Värmland som har 13 000 invånare. Nätstationen har 42st kunder där 26 st av dom är solelproducenter. Den totala installerade effekten i området är 155 kW. Där den kunden med högst installerad effekt ligger på 14 kWp och den med lägst 5 kWp. Från diagram (7) går det att urskilja att den högsta sammanlagrade effekten ut på nätet från alla solproducenter i området är 90,4 kWh vilket inträffar 2020-06-08 11:00. Det medför att den högsta sammanlagrade effekten solproducenteran genererar till nätstationen är 58% av den installerade effekten.
Diagram 7 visar den sammanlagrade producerade effekten av all 26 anslutna solcellsproducenter i Sunne under juni månad.
I diagram (8) visas dom enskilda leveranspunkternas installerade effekt och den högst uppnådda producerade kWh under samma tidsperiod. Toppvärden uppmätes vid olika tidpunkter.
Diagram 8 Den högsta individuella effekten för producenter i området Sunne kontra deras installerade effekt under juni månad 2020
Där leveranspunkt nummer 22 kommer upp till 77% av sin installerade effekt. Vilket är den
producent som kommer närmast sin installerade effekt. Leveranspunkt nummer 17 endast kommer
0 kWh 10 kWh 20 kWh 30 kWh 40 kWh 50 kWh 60 kWh 70 kWh 80 kWh 90 kWh 100 kWh
2020-06-07 2020-06-07 14:00 2020-06-08 04:00 2020-06-08 18:00 2020-06-09 08:00 2020-06-09 22:00 2020-06-10 12:00 2020-06-11 02:00 2020-06-11 16:00 2020-06-12 06:00 2020-06-12 20:00 2020-06-13 10:00 2020-06-14 2020-06-14 14:00 2020-06-15 04:00 2020-06-15 18:00 2020-06-16 08:00 2020-06-16 22:00 2020-06-17 12:00 2020-06-18 02:00 2020-06-18 16:00 2020-06-19 06:00 2020-06-19 20:00 2020-06-20 10:00 2020-06-21 2020-06-21 14:00 2020-06-22 04:00 2020-06-22 18:00 2020-06-23 08:00 2020-06-23 22:00 2020-06-24 12:00 2020-06-25 02:00 2020-06-25 16:00 2020-06-26 06:00 2020-06-26 20:00 2020-06-27 10:00 2020-06-28 2020-06-28 14:00
Producerad effekt i området "Sunne"
5 6
5 6
5 5 6
5 5 6
5 6 6
5 6 6
14
6 6 6 6
5 6 6 6 6
3,7 4,0 3,7 3,8 3,8 3,8 4,1 3,5 3,6 4,0 2,9 4,2 4,1 3,5 4,1 4,1 4,0 4,0 3,6 3,8 4,0 3,9 3,9 4,1 4,2 3,5 0
5 10 15
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
EFFEKT
SOLELPRODUCENT
Individuellt högsta effekt för solelproducenter Donsö
installerad effekt Högst producerad effekt
25
upp till 29% av sin installerade effekt. Den genomsnittliga toppeffekten per kund i området hamnar på 67% av sin installerade effekt.
4.2 Analys av Ellevios lågspänningsnät
I följande kapitel redovisas resultaten ifrån analysen. Analysen utgår ifrån 1.2 att alla kunder i ett område bör kunna ansluta solceller med en effekt på 11 kW utan att transformatorn överbelastas eller som tidigare nämnt i 2.5 att spänningsvariationer i anslutningspunkt mot kund inte överstiger 5% och att spänningsvariation i nätstation ej överstiger 3%. Av totalt 20 750 nätstationer i Ellevios lågspänningsnät så presenteras 6959 nätstationer. De här nätstationerna ligger i tätorter, städer och Storstockholm. Nätstationer som ligger på landsbygd analyseras inte här då vissa kan ge missvisande resultat i och med att det är färre kunder per nätstation och att en leveranspunkt kan ligga på en avlägsen plats och ge väldigt höga resultat. Det här är inte områden som har lägre prioritet men i det här arbetet kommer främst nätstationer i tätort och stad analyserar då det är mer kunder som påverkas av ett svagt nät. Beroende på hur stor anslutningsbarhet varje nätstation har anses dess egenskaper för anslutning av solceller antingen ha ”Väldigt goda förutsättningar” för anslutning av solel där dom nätstationer som varje kunde kan ansluta 17,3 kWp eller mer. ”Goda förutsättningar”
där nätstationer som har en anslutningsbarhet på 11–17,3 kWp per leveranspunkt. ”Dåliga
förutsättningar” är nätstationer med en anslutningsbarhet på 5–11 kWp och slutligen ”Väldigt dåliga förutsättningar” är dom nätstationer som har en anslutningsbarhet från 0–5 kWp per kund. En sammanställning av resultatet från varje parameter presenteras var för sig , slutligen presentera det totala resultat för alla 3 parametrar tillsammans. För att se det fullständiga resultatet för alla områden i analysen se bilaga (5).
4.2.1 Överbelastning
Baserat på hur förutsättningar för solceller ett område har innan transformatorn blir överbelastad.
Utav 6959 nätstationer så är det 3314 st (48%) som har väldigt goda möjligheter för solceller. 1272 st (18%) har bra möjligheter. 2150 st 31% har dåliga möjligheter och 223 st (3,2%) har Väldigt dåliga möjligheter att ansluta solceller. Fördelningen av resultatet redovisas i diagram (9).
Diagram 9 Andel av alla nätstationer där Väldigt goda, Goda, Dåliga och väldigt dåliga förutsättningar att alla leveranspunkter anslutna till nätstationen kan ansluta 11 kW solel innan transformatorn blir överbelastad.
48%
18%
31%
3%
Överbelastning av transformator
Väldigt goda förutsättningar Goda förutsättningar Dåliga förutsättningar Väldigt dåliga förutsättningar
26 4.2.2 Spänningsvariation 3%
Baserat på hur stor sammanlagd effekt som transformatorn klarar av innan en spänningsvariation på 3% överstigs. Utav dom 6959 st nätstationerna så har 2608 st (38%) leveranspunkter väldigt goda förutsättningar för installation av solceller. 633 st (9%) har goda förutsättningar. 2386 st (34%) har dåliga förutsättningar och 1333 st (19%) har väldigt dåliga förutsättningar. Fördelningen av resultatet visas i diagram (10)
Diagram 10 Andel av alla nätstationer där Väldigt goda, Goda, Dåliga och väldigt dåliga förutsättningar att alla leveranspunkter anslutna till nätstationen kan ansluta 11 kW solel innan en spänningsvariation på 3% uppstår i nätstationen.
4.2.3 Spänningsvariation 5%
Baserat på medianvärdet i området där hur mycket installerad effekt leveranspunkterna klarar av innan spänningsvariationen överstiger 5% beräknades. 6415 st (93%) av områdena har väldigt goda förutsättningar för solceller. 452 st (6%) har goda förutsättningar. 53 st områden har dåliga
förutsättningar och endast 1 område har väldigt dåliga förutsättningar för solcells installationer.
Fördelningen redovisas i diagram (11)
Diagram 11 Andel av alla nätstationer som har Väldigt goda, Goda, Dåliga och Väldigt dåliga förutsättningar att alla leveranspunkter anslutna till nätstationen kan ansluta 11 kW solel innan en spänningsvariation på 5% uppstår i leveranspunkten.
38%
9%
34%
19%
3% spänningsvariation i nätstation
Väldigt goda förutsättningar Goda förutsättningar Dåliga förutsättningar Väldigt dåliga förutsättningar
93%
6%
1% 0%
5% spänningsvariation i leveranspunkt
Väldigt goda förutsättningar Goda förutsättningar Dåliga förutsättningar Väldigt dåliga förutsättningar
27
4.2.4 Sammanställning av parametrarna.
Här redovisas resultat från alla 3 parametrar tillsammans. Resultatet baseras på den totala poängen som varje område har tilldelats. Se tabell (4) i avsnitt 3.2.2. Områden med 1120–1560 poäng anses ha väldigt dåliga förutsättningar för solceller, områden med 420–1120 poäng anses ha dåliga förutsättningar, områden med 17–420 poäng har goda förutsättningar och områden med 0–17 poäng har väldigt goda förutsättningar för solceller. Fördelningen av resultatet visas i diagram (12).
2576st (37%) har väldigt goda förutsättningar. 1986st (29%) har goda förutsättningar, 2174st har dåliga förutsättningar och 223st (3%) har väldigt dåliga förutsättningar.
Diagram 12 Sammanställning av det fullständiga resultatet ifrån analysen, där poängsättning utgår ifrån tabell 4. Där andel områden delas in efter poäng.
4.3 Resultat från djupanalys
I det här kapitlet redovisas den analyserade data från djupanalysen där 3 områden studerades närmare. En i stadsmiljö en i tätort och en på landsbygd. Dessa områden valdes utefter antal poäng dom blev tilldelade i analysdelen men även efter deras förläggningsätt detta var för att få en sån bred bild som möjligt. I varje område utreds ett värsta fall-scenario där minimal konsumtions och maximal produktion sker. Alla leveranspunkter i områdena antas installerar 11 kW solel. I varje analyserat område visas en karta över området där kabelskåpen är utmärkta med blåa cirklar. Matande ledningar mot nätstation är utmärkta med röda sträck som visar vilka kabelskåp som är sammankopplade med varandra. Dom gröna cirklarna indikerar leveranspunkter.
4.3.1 Analys av tätortsområde
Insamlade data från djupanalysen så som Nätstation, Kabelskåp, Impedanser, anslutningsgrad, kabeltyper och strömmar i tätortsområdet har skett med hjälp av programvaran powergrid och presenteras i bilaga (1).
I figur (5) visas det analyserade området, som typiskt representerar förläggning sättet tätort. I kartan är kabelskåpen utmärkta med blåa cirklar. Matande ledningar mot nätstation är utmärkta med röda sträck och visar vilka kabelskåp som är sammankopplade med varandra.
3%
31%
29%
37%
Sammanställning av poängresultat
1120-1560
420-1120
17-420
0-17
Maxpoäng
28
Figur 5 Skärmbild av tätortsområdet från programvaran Powergrid. Blå cirkel indikerar kabelskåp, grön cirkel är leveranspunkter och röd linje är matande ledning.
Nätstation:
Nätstationen i ”tätorten” har en transformator på 200 kVA och en anslutningsbarhet på 150 kW innan en spänningsvariation på 3 % uppstår, det ger att endast 26% av alla kunder kan ansluta solceller. se diagram (13b). Antal kunder som kan ansluta solel innan transformatorn blir överbelasta är 35% av alla 52 kunder. se diagram (13a) .
Diagram 13a) andel av alla kunder i tätortsområdet området som kan ansluta 11 kW solel innan en spänningsvariation över 3%. I diagram 13b) andel innan transformatorn blir överbelastad.
35%
65%
Antal kunder som kan ansluta solceller innan transformatorn
blir överbelstad
Andel som kan ansluta 11kW
Andel som inte kan ansluta 11kW
26%
74%
Antal kunder som kan ansluta solceller innan 3%
spänningsvariation uppstår
