LVDC sähkönjakelussa ja kuluttuja-asennuksissa

Abstract

Tässä kandidaatintyössä selvitetään kirjallisuustutkimuksena pienjännitteisiä LVDC -tasasähköjärjestelmiä loppupään sähkönjakelussa ja kuluttaja-asennuksissa. Työssä esitetään tyypillisiä käyttö- ja toteutussovelluksia, vertaillaan LVDC -järjestelmiä perinteisiin pienjännitteisiin vaihtosähköjärjestelmiin erilaisissa käyttökohteissa ja -ympäristöissä, sekä tuodaan esille lupaavia LVDC-järjestelmien kehitysmahdollisuuksia. Työssä tutkitaan useita eri tahojen- ja järjestöjen, kuten IEEE:n, CIRED:in ja IEC:n julkaisemia konferenssiesitelmiä ja tieteellisiä artikkeleja. Nämä dokumentit perustuvat moniin eri tutkimuksiin, vaikkakin Suomessa Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa tehdyt tutkimukset ovat pääroolissa. Näistä lähteistä on koottu laaja, mutta mahdollisimman tiivis kuvaus LVDC-järjestelmien mahdollisesta roolista loppupään sähkönsiirrossa ja kuluttaja-asennuksissa.

LVDC-järjestelmät ovat laajasti eri puolilla maailmaa tutkittu aihe. Suurin ongelma niiden kehittämisessä on puuttuva standardointi. Vielä nykyään monissa tapauksissa tasasähköjärjestelmän on todettu olevan vielä taloudellisesti kannattamattomampi, kuin perinteinen vaihtosähköjärjestelmä. Varsinkin tehoelektronisten suuntaajalaitteiden lyhyt käyttöikä ja huomattavat tehohäviöt ovat ongelma. Hajautetun tuotannon ja tasasähköä käyttävien laitteiden yleistyessä LVDC-verkon käytön edellytykset kuitenkin lisääntyvät. Varsinkin kehittyvissä maissa LVDC-verkko yhdistettynä hajautettuun aurinkosähköntuotantoon tarjoaa jo nyt entistä paremman mahdollisuuden sähkönsaantiin. Tehoelektroniikan kehittyminen tulevaisuudessa tekee LVDC-järjestelmistä yhä kannattavampia myös kehittyneissä maissa. Lupaavat tekniikat, kuten SiC-komponentit, mahdollistavat puolijohteille tyypillisen ripeän kehittymisen. Tulevaisuudessa LVDC:n käyttö voi mullistaa loppupään sähkönjakelun, sekä sähköjärjestelmät ja tarjota luotettavamman, energiatehokkaamman ja älykkäämmän vaihtoehdon perinteiselle vaihtosähköverkolle.

In this bachelor’s thesis low voltage direct current (LVDC) electricity systems in end of electricity distribution and in property installations are examined as a literature review. Typical usage and implementation applications, comparison of LVDC -systems to traditional low voltage alternative current systems in different usage environments and promising development possibilities are presented. In this work multiple scientific articles and conference presentations published by different organizations, like IEEE, CIRED and IEC, are studied. These documents base on many different research’s even though Finnish research made in Lappeenranta University of Technology is in main role. From those sources, a wide and compact description is made about possible role of LVDC systems in end-grid electricity distribution and customer installations.

LVDC systems are widely researched subject all around the world. The biggest problem in their development is lack of standardization. Currently in many applications, LVDC systems are noticed to be economically more unprofitable than traditional AC systems. Especially short lifetime and significant power losses of power electronic converters are problematic. However, as distributed generation and direct current using devices become more common, conditions for usage of LVDC increase. Especially in developing countries, a combination of LVDC systems and distributed photovoltaic electricity generation provides a better change for electricity access even today. The continuing development of power electronics in the future, also makes these systems more profitable in developed countries. Promising new technologies, like SiC components, make rapid advancing typical to semiconductors possible. In the future, usage of LVDC can overturn end-grid electricity distribution and electrical systems, and it can offer more reliable, energy efficient and smarter option for traditional technologies.