Windturbines en zonne-omvormers wekken op in laagspanning, meestal tussen 400 V en enkele kilovolt. Dat is veel te laag om over een terrein te transporteren, laat staan een transportnet in. Transformatoren overbruggen dat in twee stappen: een unittransformator per opwekker brengt de spanning naar een verzamelniveau als 20 kV of 33 kV, en een grotere transformator op het netaansluitpunt hoogt hem nogmaals op.
De twee ophoogstappen in een windpark
Elke turbine heeft een eigen ophoogtransformator, in de gondel of aan de voet van de mast. Die neemt de uitgang van generator of omvormer en brengt hem naar de verzamelspanning, zodat de kabel door het veld een hanteerbare stroom voert. Zonder deze stap zou de interne bekabeling van een park onmogelijk dik worden.
De verzamelkabels komen samen in een onderstation waar een vermogenstransformator de spanning opnieuw ophoogt naar het met de transportnetbeheerder afgesproken niveau. Offshore wordt dat een platform, waarbij corrosiebescherming, beperkte toegankelijkheid en reparatielogistiek het ontwerp net zo sterk bepalen als het elektrisch vermogen.
Zonneparken: van omvormeruitgang naar verzamelspanning
In een zonnepark leveren de panelen gelijkstroom, die omvormers omzetten naar wisselstroom op laagspanning. Ophoogtransformatoren, doorgaans één per omvormerstation, brengen die naar de verzamelspanning. Het Vattenfall-zonnepark dat Protrafo beleverde laat het patroon zien: acht olie-distributietransformatoren van 20 kV / 3,15 MVA achter een netaansluiting van 45 MW.
Omdat de omvormerstations verspreid en vaak onbeschut in het veld staan, zijn de units uitgevoerd voor buitenopstelling, met een behuizing die past bij de locatie en een opvangvoorziening waar minerale olie of estervloeistof wordt gebruikt.
Ontwerpen voor een wisselende, harmonischenrijke belasting
Een duurzame opwekinstallatie belast haar transformatoren heel anders dan een fabriek. De productie volgt wind en instraling, dus de unit beweegt tussen bijna nullast en vollast, soms meerdere keren per dag. Zulke thermische cycli belasten pakkingen en de mechanische stabiliteit van de wikkeling zwaarder dan een constante belasting.
Omvormers injecteren daarnaast harmonische stromen. Die verhogen de wervelstroomverliezen in de wikkelingen en kunnen derating vragen of een uitvoering die een gedefinieerd harmonischenspectrum verdraagt. Staat de installatie in een agressieve omgeving, dicht bij de kust, in stoffig terrein of bij hoge omgevingstemperatuur, leg dan corrosiviteitsklasse en temperatuurstijgingsgrenzen expliciet vast in plaats van ze aan een standaardaanbod over te laten.
Waarom verliezen zwaar wegen bij duurzame opwek
Nullastverliezen lopen continu door, of de installatie nu produceert of niet. Belastingverliezen ontstaan alleen bij vermogensstroom. Een zonnepark met betrekkelijk weinig vollasturen per jaar voelt de nullastverliezen daarom onevenredig, en dat is een reden waarom de EcoDesign Tier 2-grenzen hier zwaarder tellen dan het verschil in aanschafprijs doet vermoeden.
De vergelijking die je wilt maken is een total cost of ownership over de levensduur: kapitaliseer nullast- en belastingverliezen op het verwachte productieprofiel en tel ze op bij de aanschafprijs. Een kern met lagere verliezen verdient zich vaak ruim binnen de bedrijfsduur terug.
Decentrale opwek voegt nog een punt toe. Dak- en buurtinstallaties voeden terug in een net dat oorspronkelijk voor één richting is ontworpen, dus de distributietransformator moet bidirectionele stroom aankunnen en de spanning aan het einde van een streng binnen de grenzen helpen houden. Leg eerst verliesklasse en omgeving vast; het elektrisch vermogen volgt daarna uit de indeling van de installatie.
