Aurinkokennovoimalan tuotannon tasaaminen energiavaraston avulla
Korhonen, Sami-Aleksi (2022)
2022
Tieto- ja sähkötekniikan kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Computing and Electrical Engineering
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2022-05-02
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202204273907
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202204273907
Tiivistelmä
Aurinkokennovoimaloiden yleistyminen tuo mukanaan sähköverkkoon kohdistuvia haasteita, jotka johtuvat aurinkokennovoimaloiden vaihtelevasta tehosta. Tämän työn tarkoituksena on esitellä tuotannon tasaamista ja siihen liittyvää teoriaa sekä pohjustaa tulosten avulla tasaami-seen sopivan energiavaraston suunnittelua.
Aurinkokennojen tuottama teho riippuu aurinkokennoissa käytettävistä puolijohteista ja niiden vuorovaikutuksesta auringonvalon sisältämien fotonien kanssa. Pilvisenä päivänä auringonvalon fotoneista pienempi osa pääsee osumaan aurinkokennolle, jolloin tehon tuotanto on pienempää kuin aurinkoisena päivänä. Esimerkiksi pilvien liikkuminen taivaalla puolipilvisenä päivänä aiheuttaa vaihtelua tuotettuun tehoon.
Tuotetun tehon vaihtelua voidaan vähentää hyödyntämällä erilaisia menetelmiä, kuten suodattimia, älykkäitä ohjausalgoritmeja tai tehon muutosnopeuden rajoittamista. Tässä työssä hyödynnetään tehon muutosnopeuden rajoittamista, jossa verkkoon syötetyn tehon muutosnopeus rajoitetaan asetettuun raja-arvoon. Tehon muutosnopeuden rajoittaminen toteutetaan vertaamalla asetettua raja-arvoa verkkoon syötetyn tehon muutosnopeuteen. Tehon muutosnopeuden ylittäessä asetetun raja-arvon, energiavarastoa joko ladataan tai puretaan riippuen muutosnopeuden etumerkistä. Nämä toimenpiteet toteutetaan MATLAB-ohjelmiston laskennan avulla. Tehon muutosnopeudelle sallittu raja-arvo vaihtelee erinäisten säädösten, vaatimusten ja suositusten mukaisesti.
Työssä tasattavan tuotannon data on kahdelta eri päivältä. Näiden välillä on huomattava ero tuotetun tehon vaihtelevuudessa. Tätä dataa analysoidaan ja samalla tutkitaan tuotannon tasaamisen tarvetta kumpanakin päivänä. Tämän jälkeen dataa hyödynnetään esitellyn teorian mukaisesti tasaisen tehon saavuttamiseksi.
Sähköverkkoon syötetyn tasatun tehon määrä riippuu energiavarastosta puretusta tai ladatusta tehosta, sekä aurinkokennovoimalan tuottamasta tehosta. Energiavaraston purku- ja latausteho riippuu tehonmuutosten suuruudesta. Laskennan tuloksista pystytään analysoimaan, että energiavaraston vähimmäiskoko vaihtelee huomattavasti asetetun raja-arvon perusteella. Samalla huomataan, että energiavaraston tehon vaihtelu eri raja-arvoilla on pienempää.
Sähköverkkoon syötetty teho saadaan käytetyllä tasausmenetelmällä tasattua muutosnopeuden raja-arvon sisään molempina päivinä. Tuotannon tasauksen laskennasta saatavilla tiedoilla pystytään pohjustamaan energiavaraston suunnittelua eri raja-arvoilla. Työn tärkeä jatkotutkimuskohde on juuri kyseisen energiavaraston lopullinen suunnittelu.
Aurinkokennojen tuottama teho riippuu aurinkokennoissa käytettävistä puolijohteista ja niiden vuorovaikutuksesta auringonvalon sisältämien fotonien kanssa. Pilvisenä päivänä auringonvalon fotoneista pienempi osa pääsee osumaan aurinkokennolle, jolloin tehon tuotanto on pienempää kuin aurinkoisena päivänä. Esimerkiksi pilvien liikkuminen taivaalla puolipilvisenä päivänä aiheuttaa vaihtelua tuotettuun tehoon.
Tuotetun tehon vaihtelua voidaan vähentää hyödyntämällä erilaisia menetelmiä, kuten suodattimia, älykkäitä ohjausalgoritmeja tai tehon muutosnopeuden rajoittamista. Tässä työssä hyödynnetään tehon muutosnopeuden rajoittamista, jossa verkkoon syötetyn tehon muutosnopeus rajoitetaan asetettuun raja-arvoon. Tehon muutosnopeuden rajoittaminen toteutetaan vertaamalla asetettua raja-arvoa verkkoon syötetyn tehon muutosnopeuteen. Tehon muutosnopeuden ylittäessä asetetun raja-arvon, energiavarastoa joko ladataan tai puretaan riippuen muutosnopeuden etumerkistä. Nämä toimenpiteet toteutetaan MATLAB-ohjelmiston laskennan avulla. Tehon muutosnopeudelle sallittu raja-arvo vaihtelee erinäisten säädösten, vaatimusten ja suositusten mukaisesti.
Työssä tasattavan tuotannon data on kahdelta eri päivältä. Näiden välillä on huomattava ero tuotetun tehon vaihtelevuudessa. Tätä dataa analysoidaan ja samalla tutkitaan tuotannon tasaamisen tarvetta kumpanakin päivänä. Tämän jälkeen dataa hyödynnetään esitellyn teorian mukaisesti tasaisen tehon saavuttamiseksi.
Sähköverkkoon syötetyn tasatun tehon määrä riippuu energiavarastosta puretusta tai ladatusta tehosta, sekä aurinkokennovoimalan tuottamasta tehosta. Energiavaraston purku- ja latausteho riippuu tehonmuutosten suuruudesta. Laskennan tuloksista pystytään analysoimaan, että energiavaraston vähimmäiskoko vaihtelee huomattavasti asetetun raja-arvon perusteella. Samalla huomataan, että energiavaraston tehon vaihtelu eri raja-arvoilla on pienempää.
Sähköverkkoon syötetty teho saadaan käytetyllä tasausmenetelmällä tasattua muutosnopeuden raja-arvon sisään molempina päivinä. Tuotannon tasauksen laskennasta saatavilla tiedoilla pystytään pohjustamaan energiavaraston suunnittelua eri raja-arvoilla. Työn tärkeä jatkotutkimuskohde on juuri kyseisen energiavaraston lopullinen suunnittelu.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8996]