Studiu de caz: Cutia combinată de 1000 V DC 6 în 2 ieșiri reduce costurile matricei solare cu 15%

Contextul clientului

O companie de dimensiuni medii de inginerie solară, achiziții și construcții (EPC) situată în sudul Spaniei gestionează instalații la sol la scară de utilitate în Peninsula Iberică. Cu 200 de angajați și o conductă anuală de 80 MW, compania lucrează în mod obișnuit la proiecte în care suprafața de teren, traseele de cablu și invertoarele sunt aranjate în zone geografice strâmte.

Compania câștigase un contract pentru repowerarea și extinderea unei centrale solare existente de 1,6 MW prin adăugarea a 0,8 MW de capacitate nouă. Uzina nu a mai îndeplinit nevoile mai stricte de siguranță și performanță ale echipamentelor de curent continuu de astăzi, așa că vechile cutii și cablajul matricei au trebuit să fie înlocuite. Echipa de ingineri a căutat o soluție care să reducă costurile de echilibrare a sistemului, menținând în același timp instalarea în siguranță și oprirea minimă.

Provocări și puncte de durere

Centrala solară inițială folosea cutii de combinare de 600 V asociate cu o linie de invertor de 380 V. Fiecare patru circuite de șir au fost combinate într-un singur alimentator, necesitând lungi cabluri de joasă tensiune. Pe noua secțiune, echipa a planificat să folosească module solare de 1000 V și un invertor central compatibil cu 1000 V pentru a reduce secțiunile transversale ale cablurilor și pentru a îmbunătăți eficiența invertorului.

Problema a fost că cutiile de combinare standard de 600 V nu puteau accepta tensiuni mai mari ale șirurilor. Prin urmare, managerii de proiect aveau nevoie de o cutie combinatoare capabilă să gestioneze 1000 V DC în timp ce alimenta două intrări independente de invertor. Căile de cablu și șanțurile existente nu își puteau permite noi trasee semnificative, așa că proiectul avea nevoie de o cutie compactă care să permită intrarea a șase șiruri și ieșirea a două ieșiri de grup, limitând tragerile de cabluri noi și scurtând lungimile alimentatorului.

Încă o durere de cap a venit de la întreținere. În vechea instalație, scurtcircuitele sau defecțiunile șirului erau izolate cu siguranțe mecanice lente. Acest lucru a cauzat urmărirea defecțiunilor consumatoare de timp și pierderi neplanificate de generație la fiecare câteva luni. Odată cu reputerea centralei, EPC căuta să evite aceste pierderi.

De ce Soutya 1000V DC Combiner Box 6 In 2 Out Tip MCB?

Echipa de ingineri a evaluat trei alternative: cutii de joncțiune standard produse în casă cu suporturi de siguranțe, cutii de combinare de înaltă tensiune importate oferite de un partener de modul și cutia de combinare Soutya 1000V DC. Prima soluție a fost exclusă, deoarece cutiile construite pe teren nu au carcasele adecvate cu clasificare IP și întrerupătoarele de circuit de curent continuu. A doua opțiune era mai costisitoare și avea termene de livrare de peste zece săptămâni.

Cutia de combinare Soutya 1000V DC s-a remarcat datorită a trei caracteristici ale produsului care se potriveau exact cerințelor proiectului.

• Șase intrări DC și două ieșiri, oferind designului capacitatea de a alimenta două intrări MPPT separate pentru invertor fără un subpanou adăugat.
• Protecție de tip MCB în locul suporturilor de siguranțe. Acest lucru a permis resetarea și depanarea ușoară, fără a fi necesare siguranțe de rezervă.
• Evaluat pentru 1000 V DC conform dispoziției de tensiune șir a proiectului, astfel încât cutia să poată fi plasată aproape de matrice și să respecte în continuare pragurile de tensiune sigure ale fabricii.

În plus, cutia a venit de la un furnizor local cu un termen scurt de livrare de două săptămâni. Managerii de achiziții au comparat costul unității Soutya cu concurența și au calculat o economie de 22% per carcasă, înainte de a lua în considerare economiile de cablare și forță de muncă.

Procesul de implementare și aplicare

Proiectul a furnizat realimentarea și extinderea completă în timpul unei ferestre de construcție de trei luni., instalarea cutiilor de combinare de 1000 V DC a durat șase zile pe zece matrice noi și de înlocuire.

Echipa a urmat o secvență clară:

1. După fixarea rack-urilor de montaj, tehnicienii au instalat liniile șirurilor de curent continuu în pozițiile cutiei de combinare cu un test de tensiune la 1000 V CC.
2. Fiecare cutie de combinare Soutya 1000V DC a fost montată pe rack cu intrările sale neutre și conducte orientate în jos, protejând compartimentul MCB de pătrunderea ploii.
3. În fiecare cutie s-au terminat șase conductoare de șir și au fost verificate cuplul conform valorilor etichetei.
4. Cele două surse de ieșire au fost direcționate către secțiunile de intrare MPPT ale invertorului, iar întreruptoarele de curent continuu au fost cuplate numai după ce toate conexiunile au fost verificate.

O dificultate cheie a apărut pe acoperișurile tăiate cu oțel, unde placa de împământare a carcasei nu a putut fi înșurubat. Inginerul de prevânzare al producătorului a sugerat utilizarea unui kit de urechi de împământare cu terminale de compresie cu o singură gaură. Echipa de șantier a aplicat instrumentul de sertizare recomandat și a trecut un test de continuitate. Asta a eliminat o posibilă întârziere de două zile.

Rezultate cuantificate

După punerea în funcțiune și un sezon de vară complet, EPC a comparat performanța centralei realimentate cu secțiunea mai veche care funcționează cu aceeași clasă de invertor.

• Greutatea cuprului cablului per alimentator de șir a scăzut cu 35%, deoarece șirurile de 1000 V au funcționat la o tensiune mai mare și un curent mai mic, menținând în același timp aceeași limită de cădere de tensiune.
• Costul total al materialelor pentru echilibrul sistemului pentru porțiunea adăugată de 0,8 MW a fost redus cu 15% în comparație cu un design de bază de 600 V, inclusiv prețul efectiv al cutiei de combinare Soutya 1000 V DC.
• Timpul de resetare a defecțiunii a trecut de la o medie de 55 de minute la 8 minute datorită întrerupătoarelor de tip MCB și aranjamentului ușor de accesat 6-in-2-out.
• Disponibilitatea generației s-a îmbunătățit cu 3,4% în primele trei luni în comparație cu performanța istorică a casetelor de matrice mai vechi cu protecție pe bază de siguranțe.

Deoarece au fost necesare mai puține subalimentare, lungimea șanțurilor a fost, de asemenea, scurtată cu 18%. Acest lucru a economisit o săptămână de excavare și a redus munca de compactare înainte de montarea invertoarelor.

Perspectiva clientului

Șeful de inginerie electrică de la EPC a declarat:

"Cutia de combinare de 1000 V DC ne-a oferit configurația de ieșire dublă de care aveam nevoie, fără o fabricație specială. Ne-am redus costurile cu materialele și, mai mult, atunci când un șir se declanșează acum, echipajul o restabilește în câteva minute decât să petreacă ore întregi căutând o siguranță arsă."

Proprietarul fabricii a făcut ecou această viziune, observând că noua configurație a permis extinderea viitoare fără a înlocui infrastructura DC originală.

Lecții și recomandări

Pentru alte companii EPC care planifică lucrări solare de înaltă tensiune DC similare, trei puncte ies în evidență:

• Alegeți o cutie de combinare cu numărul potrivit de intrări și ieșiri pentru topologia invertorului înainte de a începe aspectul. O unitate 6-in-2-out poate reduce foarte mult numărul de alimentare și panourile de distribuție secundare.
• Protecția bazată pe MCB merită costul inițial puțin mai mare, deoarece timpul de oprire operațional este subestimat într-un caz de afaceri. O întrerupere de jumătate de zi evitată poate plăti suplimentar.
• Confirmați cerințele de împământare și protecție IP cu furnizorul înainte de expediere. Un mic detaliu, cum ar fi un kit de împământare, poate influența viteza de instalare și fiabilitatea, pentru șantierele de acoperiș înalte.

În cazul în care proiectul ar fi refăcut, echipa ar comanda truse de pregăuri pre-găurite și tuburi de marcare a conductorilor etichetate în același timp cu cutiile. Această simplă schimbare ar reduce timpul de inspecție de închidere cu încă două zile în întreaga fabrică.

Referințe la standardele industriale

Instalarea aplicată și selectarea cutiei de combinare de 1000 V CC urmează cerințele IEC relevante: IEC 62548:2016 pentru proiectarea matricei fotovoltaice și cerințele structurale și IEC 61643-11:2011 pentru coordonarea protecției la supratensiune pe partea de curent continuu.

• IEC 62548:2016 — Rețele fotovoltaice (PV) — Cerințe de proiectare.https://webstore.iec.ch/publication/62548
• IEC 61643-11:2011 — Dispozitive de protecție împotriva supratensiunii de joasă tensiune — SPD-uri conectate la sisteme de alimentare de joasă tensiune.https://webstore.iec.ch/publication/61643-11