Kan reservkraft fungera tillsammans med solceller och batterilager?

Solceller och batterilager blir allt vanligare i fastigheter som samtidigt har, eller planerar att installera, reservkraft. Det väcker en naturlig fråga: kan solceller, batteri och dieselgenerator arbeta tillsammans när elnätet försvinner?

Svaret är ja, men inte automatiskt. En vanlig nätansluten solcellsanläggning är normalt konstruerad för att arbeta tillsammans med elnätet. När nätet försvinner ska solcellsanläggningen normalt koppla ifrån. För att kunna fortsätta använda solenergi under ett strömavbrott krävs en anläggning som är särskilt konstruerad för reservdrift eller ödrift.

Fungerar solceller vid strömavbrott?

En vanlig nätansluten solcellsanläggning slutar normalt att leverera växelström när elnätet försvinner. Det gäller även om solen skiner och panelerna skulle kunna producera energi.

En viktig anledning är säkerheten. Solcellsanläggningen får inte fortsätta mata en del av distributionsnätet som ska vara spänningslös. Växelriktaren övervakar därför nätet och kopplar normalt ifrån produktionen när nätspänningen försvinner.

Det innebär att solceller på taket i sig inte betyder att fastigheten har reservkraft.

Vad händer när ett reservkraftaggregat startar?

I en traditionell reservkraftsanläggning känner styrsystemet av att elnätet har försvunnit. Reservkraftaggregatet startar och när generatorn har uppnått rätt spänning och frekvens kopplas den prioriterade lasten över från elnätet till generatorn, vanligtvis genom en automatisk omkopplare, ATS.

Generatorn skapar då ett lokalt elnät för den del av anläggningen som ska försörjas med reservkraft.

Det betyder däremot inte automatiskt att en befintlig solcellsanläggning kan börja producera mot generatorn.

Kan solcellerna vara inkopplade när dieselgeneratorn går?

Tekniskt går det att bygga system där solceller och dieselgenerator arbetar samtidigt. Men anläggningen måste vara konstruerad för det.

En nätansluten solcellsväxelriktare är normalt byggd för att följa ett befintligt nät. Om solcellsproduktionen ska användas när fastigheten är frånkopplad från distributionsnätet måste hela systemet kunna hantera samspelet mellan generator, växelriktare och den varierande lasten.

Det räcker därför inte att konstatera att reservkraftaggregatet levererar 400 V och 50 Hz. Spänning och frekvens är bara en del av förutsättningarna för att systemen ska kunna fungera tillsammans.

Vad händer om solcellerna producerar mer än lasten behöver?

Anta att reservkraftaggregatet försörjer en fastighet som för tillfället förbrukar 80 kW. Solcellsanläggningen producerar samtidigt 50 kW. Om systemet är konstruerat för samtidig drift behöver dieselgeneratorn då endast bidra med den återstående effekten.

Om fastighetens förbrukning plötsligt minskar samtidigt som solproduktionen är hög kan situationen däremot förändras snabbt. Det uppstår då ett effektöverskott som måste hanteras någonstans i systemet.

I normal nätansluten drift kan överskottsenergi, när anläggningen är utformad och ansluten för det, matas ut på distributionsnätet. Vid ödrift finns inte den möjligheten.

Systemet måste därför kunna balansera produktion och förbrukning. Om solproduktionen inte kan begränsas och det inte finns exempelvis ett batterilager som kan ta emot överskottet kan effekt börja flöda mot dieselgeneratorn. Så kallad omvänd effekt, eller reverse power, är något som måste hanteras i projekteringen och styrningen av ett hybridsystem.

Batterilager förändrar möjligheterna

Ett batterilager kan göra det betydligt enklare att kombinera solceller och reservkraft. Batteriet kan både leverera och ta emot effekt och kan därmed hjälpa till att balansera skillnaden mellan produktion och förbrukning.

Ett kortvarigt överskott från solcellsanläggningen kan exempelvis användas för att ladda batteriet i stället för att påverka dieselgeneratorn. Batteriet kan också bidra med effekt vid snabba lastförändringar.

Men batteriet löser inte automatiskt alla problem. När batteriet har nått sin tillåtna laddningsnivå kan det inte fortsätta ta emot energi. Systemet måste därför fortfarande kunna begränsa solproduktionen eller på annat sätt hantera effektbalansen.

Grid following och grid forming

En viktig skillnad i den här typen av system är vilken utrustning som etablerar det lokala elnätet och vilken utrustning som följer det.

Många vanliga solcellsväxelriktare är så kallade grid following. De behöver ett existerande nät att synkronisera mot och reglerar sin produktion utifrån detta.

I ett fristående system måste någon av systemets energikällor kunna etablera och upprätthålla det lokala nätets spänning och frekvens. Det kan exempelvis vara generatoraggregatet eller en batteriväxelriktare som är konstruerad för denna funktion.

I mer avancerade hybridsystem samordnas flera energikällor av ett överordnat styrsystem som kontinuerligt balanserar produktion, energilagring och förbrukning.

Hur kan ett hybridsystem vara uppbyggt?

Ett system med solceller, batterilager och dieselgenerator kan utformas på flera olika sätt. En princip kan vara att batterisystemet hanterar kortare nätavbrott och snabba effektvariationer medan dieselgeneratorn startar när batteriets laddningsnivå blir för låg eller när lasten överstiger batterisystemets kapacitet.

Solcellerna kan samtidigt bidra med energi när förutsättningarna tillåter det. Styrsystemet behöver då kontinuerligt balansera:

• fastighetens aktuella effektbehov
• solcellsanläggningens produktion
• batteriets laddningsnivå och tillgängliga effekt
• dieselgeneratorns tillgängliga effekt
• tillåtna effektflöden mellan systemets olika delar

En sådan lösning kan minska generatorns drifttid och bränsleförbrukning, men ställer samtidigt högre krav på projektering, kommunikation och styrning.

Vad händer när elnätet kommer tillbaka?

När ordinarie elnät återkommer måste systemet hantera övergången från ödrift tillbaka till normal nätansluten drift.

I en traditionell reservkraftsanläggning sker detta genom en säker omkoppling mellan reservkraft och elnät. Anläggningen är då konstruerad så att reservkraftaggregatet inte oavsiktligt kan mata ut effekt på distributionsnätet.

Det finns även reservkraftsanläggningar som är konstruerade för synkronisering och kortvarig eller längre parallelldrift med elnätet. Sådana lösningar ställer andra krav på bland annat styrning, skydd, nätanslutning och samordning med berört elnätsföretag och ska projekteras för den aktuella anslutningen.

Hur övergången ska ske beror därför på anläggningens konstruktion och avsedda funktion. Solcellsanläggning, batterilager, reservkraftaggregat, nätfrånskiljning, jordning och skydd måste betraktas som delar av samma elektriska system.

Kan man komplettera en befintlig solcellsanläggning med reservkraft?

Ja, men den befintliga solcellsanläggningen behöver tas med i projekteringen.

Den enklaste lösningen kan i vissa fall vara att solcellsanläggningen kopplas bort under reservkraftsdrift och återgår till normal funktion när elnätet kommer tillbaka. Reservkraftaggregatet försörjer då lasten utan samtidig produktion från solcellerna.

Vill man däremot utnyttja solcellsproduktionen även under längre nätavbrott krävs en lösning som är konstruerad för ödrift. Befintlig växelriktare, batterisystem, skydd, jordning, omkopplingsutrustning och styrsystem behöver då kontrolleras för att avgöra vilka möjligheter som finns. Vid ödrift ställs särskilda krav på bland annat säker frånskiljning från distributionsnätet och anläggningens jordning.

Vem får installera och ändra systemet?

Installation och ändring av solceller, batterilager, reservkraft och tillhörande omkopplingsutrustning kan innebära elinstallationsarbete och ska då utföras av ett elinstallationsföretag som är registrerat hos Elsäkerhetsverket för rätt verksamhetstyp.

Om en förändring påverkar hur en produktionsanläggning är ansluten till distributionsnätet behöver även förutsättningarna gentemot det berörda elnätsföretaget kontrolleras. En anläggning som ska kunna arbeta i ödrift måste vara konstruerad så att den inte oavsiktligt kan mata det frånkopplade distributionsnätet.

Solceller ersätter inte reservkraft

Solceller och reservkraft löser i grunden olika uppgifter. Solcellsanläggningens produktion varierar med solinstrålningen medan ett korrekt dimensionerat reservkraftaggregat kan leverera den effekt som anläggningen behöver oberoende av väder och tid på dygnet, så länge bränsleförsörjningen kan upprätthållas.

Ett batterilager kan överbrygga kortare avbrott och lagra energi, men hur länge det kan försörja verksamheten bestäms av batteriets användbara energimängd och den aktuella lasten.

I verksamheter med höga krav på tillgänglighet kan teknikerna därför komplettera varandra. Batteriet kan hantera snabba förändringar och kortare avbrott, solcellerna kan bidra med energi och dieselgeneratorn kan ge uthållig reservkraft när nätavbrottet blir långvarigt.

Systemet måste projekteras som en helhet

Det viktigaste är därför inte om en fastighet har solceller, batteri eller dieselgenerator var för sig. Det avgörande är hur utrustningen är sammankopplad och hur systemet ska fungera i de olika driftfallen.

Vid projektering behöver man bland annat bestämma vad som ska hända vid nätbortfall, vilken utrustning som ska etablera det lokala nätet, hur produktion och last ska balanseras, hur överskottsenergi ska hanteras och hur anläggningen ska återgå till normal nätansluten drift.

SMIM arbetar med dimensionering och projektering av reservkraft och kan hjälpa till att bedöma hur reservkraften ska integreras i en befintlig elanläggning med exempelvis solceller och batterilager.

Kontakta oss om du behöver hjälp med dimensionering eller projektering av reservkraft.