VDE4105 normering (VDE-AR-N-4105)

De VDE4105 normering beschrijft een "frequentie gestuurde vermogensreductie" voor zonnepaneelinstallaties, windmolens en warmte-kracht koppel centrales. Met deze techniek zullen onder andere omvormers van zonnepanelen hun vermogen reduceren wanneer de netfrequentie gestegen is tot 50,2 Hz of daarboven. Door deze voorziening wordt voorkomen dat bij een overschot van ingevoerd (geproduceerd) vermogen het openbaar elektriciteitsnet zou kunnen uitvallen. De VDE4105 norm stelt strengere eisen voor het afschakelen van het vermogen dan de EN50438 norm die van toepassing is op "microgeneratoren op het openbare laagspanningsnet" en dus ook van toepassing is op een zonnepaneel omvormer.

Welk probleem lost VDE4105 op?

De VDE4105 norm voorkomt dat door een tijdelijk te groot aanbod van vermogen, mede geproduceerd door zonnepanelen, windmolens en warmte-kracht koppelingen (wkk), het openbaar elektriciteitsnetwerk uitvalt. Zo'n situatie kan zich voordoen wanneer het aanbod van groene stroom onverwachts sterk stijgt en de netbeheerders niet snel genoeg in staat zijn om het aangeboden vermogen van de conventionele elektriciteitscentrales te reduceren en/of grote energie verbruikers, zoals spaarbekkencentrales die water dan juist omhoog pompen, niet voldoende in staat zijn het overschot aan vermogen te verbruiken.

Wat voor invloed heeft VDE4105 op zonnepaneel omvormers?

In het openbaar elektriciteitsnet streeft de netbeheerder naar een netfrequentie van 50 Hz. In de praktijk zal door een onbalans tussen het elektriciteitsaanbod en -verbruik de frequentie rond de 50 Hz fluctueren. Wanneer meer vermogen beschikbaar is dan vermogen wordt verbruikt door de elektriciteitsafnemers zal de netspanning van 230 Volt en netfrequentie van 50 Hz stijgen. Hoe groter het vermogensoverschot is hoe verder de netspanning en frequentie zal stijgen.

De netbeheerder probeert met verschillende maatregelen de netfrequentie binnen kleine grenzen rond de 50 Hz te houden. Wanneer de netfrequentie toch stijgt tot 50,2 Hz zal een zonnepaneelomvormer die voldoet aan de VDE4105 norm zijn geleverde vermogen aan het elektriciteitsnetwerk gaan reduceren. Hoe meer de netfrequentie boven de 50,2 Hz stijgt des te meer zal de zonnepaneel omvormer zijn geleverde vermogen reduceren. Bij een frequentie van 51,5 Hz zal de omvormer totaal geen vermogen meer leveren.

Hoe sterk regelt de zonnepaneel omvormer zijn vermogen terug?

De VDE4105 norm schrijft voor dat de omvormer zijn vermogen vanaf 50,2 Hz, lineair moet terug regelen met 40% van zijn vermogen per Hz stijging. Wanneer de netfrequentie 51,5 Hz heeft bereikt moet de omvormer de elektriciteitsinvoer aan het elektriciteitsnet volledig staken. Pas als de frequentie weer enige tijd normale waarden heeft mag de omvormer weer vermogen aan het net gaan leveren.

Hoe vaak stijgt de netfrequentie tot 50,2 Hz of daarboven?

De door de netbeheerder opgelegde VDE4105 norm aan eigenaars van zonnepanelen, windmolens en wkk's voorziet in een regelmechanisme wat alleen in een zeer uitzonderlijke situatie gebruikt zal worden. Normaal gesproken zullen de netbeheerders met andere maatregelen zorgen dat de netfrequentie niet de kritische grens van 50,2 Hz bereikt. Dat zonnepanelen, windmolens en wkk's hun vermogens moeten terug regelen of zelfs compleet moeten uitschakelen zal zeer zelden voorkomen. De VDE4105 norm is een soort laatste redmiddel maar wel een hele belangrijke. Ter illustratie, in het tijdvak juli 2011 tot juli 2012 was de hoogste gemeten frequentie 50,164 Hz.

Hoe kan uitval van het openbaar elektriciteitsnetwerk ontstaan?

In het openbaar elektriciteitsnetwerk moet constant een vrijwel exacte balans zijn tussen het aangeboden elektrische vermogen (elektriciteitsproducenten) en het verbruikte vermogen (elektriciteitsafnemers).

Bij een te groot aanbod van vermogen zal de frequentie (50 Hz) en spanning (230 Volt) stijgen. Zodra de frequentie en spanning te hoge waarden bereiken, waardoor elektrische apparatuur beschadigd zou kunnen raken, zijn de netbeheerders verplicht (delen van) het elektriciteitsnetwerk uit te schakelen. Immers, beter geen elektriciteit dan dat alle aangesloten apparatuur defect raakt.

De uitval van het elektriciteitsnetwerk heeft grote economische gevolgen, daarom hebben netbeheerders gereedschappen nodig om de fragiele balans in het elektriciteitsnetwerk te kunnen handhaven. Sinds 2011 hebben de netbeheerders met de VDE4105 norm een extra instrument in handen gekregen die ook nog eens automatisch in werking treed en de productie van groene stroom reduceert of zelfs tijdelijk stil legt. Hierdoor is de kans op uitval van het elektriciteitsnetwerk vanwege een vermogensoverschot, mede door het grote aanbod van groene stroom, zeer sterk gereduceerd.

Bestond gevaar van elektriciteitsuitval ook voordat VDE4105 bestond?

Jazeker, het gevaar van elektriciteitsuitval door een onbalans in het elektriciteitsnetwerk is zou oud als het elektriciteitsnetwerk zelf.

Het elektrisch energieverbruik heeft per kwartier, dag, week en jaar een zeer voorspelbaar patroon. De netbeheerder zorgt samen met de elektriciteitsproducenten dat voor ieder moment van de dag voldoende elektrisch vermogen beschikbaar is door van te voren af te spreken welke elektriciteitscentrales wanneer aan of uit staan en hoeveel vermogen leveren.

Wanneer het elektriciteitsverbruik toch afwijkt van het verwachtte patroon, kan geheel automatisch, onder leiding van de netbeheerder, bij specifieke centrales het vermogen verlaagt of juist verhoogd worden. Dit vindt meestal plaats in gasgestookte centrales omdat deze in staat zijn om in een hele korte tijd hun geproduceerd vermogen aan te passen. Kolengestookte centrales zijn hiertoe niet in staat, deze hebben vaak uren nodig om hun vermogen significant te wijzigen.

Omdat gasgestookte centrales duurder in gebruik zijn dan kolencentrales is het aandeel van gasgestookte centrales t.o.v. het totale aandeel van grijze stroom beperkt. Daardoor heeft ook de netbeheerder maar een beperkte reserve voor het regelen van de vermogensinvoer op het elektriciteitsnet.

Gelukkig kan de netbeheerder ook elektriciteit naar het buitenland exporteren waar spaarbekkencentrales energie kunnen afnemen door water omhoog te pompen waardoor tijdelijke vermogensoverschotten weggewerkt kunnen worden. Ook worden, zij het op zéér kleine schaal, accu-centrales ingezet om zéér kortdurende overschotten mee te helpen opvangen. Op het totaal ingevoerde vermogen zijn deze extra opvangmogelijkheden maar een druppel op de gloeiende plaat.

Welke invloed heeft groene stroom op de stabiliteit van het elektriciteitsnetwerk?

Het probleem voor de netbeheerder is dat, om de balans in het netwerk te bewaren, zij wel (beperkte) invloed heeft op de hoeveelheid geproduceerde grijze stroom, maar geen invloed heeft op de productie van groene stroom. Wettelijk is vastgelegd dat de productie van groene stroom voorrang krijgt op die van grijze. Alleen in uitzonderlijke situaties mag de netbeheerder de productie van groene stroom beperken. Wanneer de zon flink gaat schijnen moeten niet de zonnepanelen minder vermogen gaan leveren maar moet juist de productie van grijze stroom voor een vermogensreductie zorgen.

Juist door deze voorrang op groene stroom kan zich een situatie zich voordoen dat de netbeheerder niet in staat blijkt te zijn om snel genoeg het aanbod van grijs vermogen terug te regelen. Voor die situatie was in de EN 50438 norm vastgelegd dat zonnepaneel omvormers maar ook windmolens en wkk's, hun elektriciteitsproductie abrupt moesten stoppen als de netfrequentie tot 51 Hz gestegen was.

Deze EN 50438 norm is geschreven toen het aanbod van groene stroom nog in de kinderschoenen stond. Het abrupt afschakelen van groene stroom bij een te hoge netfrequentie was toen een adequaat middel om de netstabiliteit zoveel mogelijk te kunnen garanderen.

Tegenwoordig is het aandeel van groene stroom zo groot geworden dat met het abrupt afschakelen van de groene stroom je van de regen in de drup komt. Hadden we eerst een elektriciteitsoverschot, na zo'n uitschakeling bestaat een grote kans dat te weinig vermogen het net ingevoerd wordt. Hierdoor bestaat een grote kans dat alsnog het elektriciteitsnet uitvalt maar dan door een gebrek aan geproduceerd vermogen. Ziedaar de behoefte om niet abrupt maar juist heel gradueel het vermogen van groene stroom terug te regelen. De gedachte achter de VDE4105 norm was geboren...

Met de introductie van de VDE4105 norm is een veel betere vermogensregeling vastgelegd die, alleen in uitzonderlijke situaties, heel geleidelijk het surplus aan groen vermogen reduceert. Daarmee is ook de kans op een uitval sterk gereduceerd.

VDE4105 en noodstroomvoorziening met zonnepanelen

Hoewel de VDE4105 norm gemaakt is om de netbeheerder van dienst te zijn, wordt bij een noodstroomvoorziening met zonnepanelen dankbaar gebruik gemaakt van deze frequentie geregelde vermogensafgifte van zonnepaneel omvormers. Immers, bij een noodstroomvoorziening, moet ook sprake zijn van een balans tussen de elektriciteitsproductie en -verbruik. Lees meer over het gebruik van de VDE4105 norm in het artikel over een noodstroom met zonnepanelen.