Prípadová štúdia: 1000V DC zlučovač 6-v-2 výstup znižuje náklady na solárne pole o 15 %

Zázemie zákazníka

Stredne veľká spoločnosť v oblasti solárneho inžinierstva, obstarávania a výstavby (EPC) so sídlom v južnom Španielsku spravuje pozemné inštalácie na Pyrenejskom polostrove. S 200 zamestnancami a ročným potrubím 80 MW spoločnosť bežne pracuje na projektoch, kde sú pozemky, káblové trasy a invertory usporiadané v úzkych zemepisných oblastiach.

Podnik získal kontrakt na obnovu a rozšírenie existujúcej 1,6 MW solárnej elektrárne pridaním 0,8 MW novej kapacity. Závod už nespĺňal prísnejšie požiadavky na bezpečnosť a výkon dnešných zariadení na jednosmerný prúd, takže staré polia a kabeláž museli byť vymenené. Inžiniersky tím hľadal riešenie, ktoré by znížilo náklady na vyváženie systému pri zachovaní bezpečnosti inštalácie a minimálnych prerušení.

Výzvy a body bolesti

Pôvodná solárna elektráreň používala 600 V zlučovacie boxy spárované s 380 V invertorovou linkou. Každé štyri reťazcové okruhy boli spojené do jedného napájača, čo si vyžadovalo dlhé nízkonapäťové káble. Na novom úseku plánoval tím použiť 1000 V solárne moduly a centrálny invertor s napätím 1000 V na zníženie prierezov káblov a zlepšenie účinnosti meniča.

Problém bol v tom, že štandardné 600 V zlučovacie boxy nedokázali akceptovať vyššie napätie reťazcov. Projektoví manažéri preto potrebovali zlučovaciu skrinku schopnú zvládnuť 1000 V jednosmerné napätie pri napájaní dvoch nezávislých invertorových vstupov. Existujúce káblové žľaby a priekopy si nemohli dovoliť významné nové cesty, takže projekt potreboval kompaktnú skrinku, ktorá umožňovala vstup šiestich reťazcov a výstup dvoch skupinových výstupov, čím sa obmedzili nové ťahy káblov a skrátili sa dĺžky podávačov.

Ešte jedna bolesť hlavy prišla z údržby. V starej inštalácii boli skraty alebo výpadky reťazcov izolované pomalými mechanickými poistkami. To spôsobilo časovo náročné sledovanie porúch a neplánované straty výroby každých pár mesiacov. Pri opätovnom napájaní závodu sa EPC snažila týmto stratám vyhnúť.

Prečo zlučovač Soutya 1000 V DC typu MCB so 6 vstupmi a 2 výstupmi?

Inžiniersky tím vyhodnotil tri alternatívy: štandardné domáce rozvodné skrinky s držiakmi poistiek, importované vysokonapäťové zlučovacie skrinky ponúkané modulovým partnerom a zlučovaciu skrinku Soutya 1000 V DC. Prvé riešenie bolo vylúčené, pretože boxy vyrábané v teréne nemajú vhodné kryty s krytím IP a ističe s jednosmerným prúdom. Druhá možnosť bola drahšia a mala dodaciu dobu viac ako desať týždňov.

Kombinátor Soutya 1000V DC vynikal vďaka trom vlastnostiam produktu, ktoré presne zodpovedali požiadavkám projektu.

• Šesť DC vstupov a dva výstupy, čo dáva dizajnu možnosť napájať dva samostatné invertorové MPPT vstupy bez pridaného pomocného panelu.
• Ochrana typu MCB namiesto držiakov poistiek. To umožnilo jednoduchý reset a riešenie problémov bez potreby náhradných poistiek.
• Dimenzované na 1 000 V DC podľa rozloženia napätia reťazca projektu, takže krabica môže byť umiestnená blízko poľa a stále spĺňa prahové hodnoty bezpečného napätia závodu.

Navyše, krabica prišla od miestneho dodávateľa s krátkou dodacou dobou dva týždne. Manažéri nákupu porovnali náklady na jednotku Soutya s konkurenciou a vypočítali 22% úsporu na kryt, predtým, ako zvážili úsporu zapojenia a práce.

Proces implementácie a aplikácie

Projekt priniesol kompletné napájanie a rozšírenie počas trojmesačného stavebného okna. Inštalácia 1000 V DC zlučovacích boxov trvala šesť dní v desiatich nových a náhradných poliach.

Tím nasledoval jasný postup:

1. Po upevnení montážnych stojanov technici nainštalovali vedenia jednosmerného prúdu do pozícií zlučovacej skrinky s napäťovým testom pri 1000 V jednosmernom prúde.
2. Každý zlučovač Soutya 1000 V DC bol namontovaný do stojana s neutrálnym vstupom a vstupom na vedenie smerom nadol, čím sa chránil priestor MCB pred vniknutím dažďa.
3. Vo vnútri každej skrinky bolo ukončených šesť strunových vodičov a skontrolovaný krútiaci moment podľa hodnôt na štítku.
4. Dva výstupné prívody boli vedené do vstupných sekcií MPPT meniča a DC ističe boli zapnuté až po overení všetkých spojení.

Kľúčový problém sa vyskytol na strechách s oceľovým obložením, kde sa uzemňovacia doska krytu nedala priskrutkovať. Predpredajný technik výrobcu navrhol použiť súpravu uzemňovacích očiek s jednootvorovými kompresnými koncovkami. Personál na mieste použil odporúčaný krimpovací nástroj a prešiel testom kontinuity. Tým sa eliminovalo potenciálne dvojdňové oneskorenie.

Kvantifikované výsledky

Po uvedení do prevádzky a celej letnej prevádzkovej sezóne EPC porovnalo výkon obnovenej elektrárne so staršou sekciou, ktorá pracovala s rovnakou triedou meničov.

• Hmotnosť medeného kábla na reťazový podávač klesla o 35 %, pretože reťazce 1000 V bežali pri vyššom napätí a nižšom prúde pri zachovaní rovnakej hranice poklesu napätia.
• Celkové náklady na materiál v rovnováhe systému pre pridanú časť 0,8 MW sa znížili o 15 % v porovnaní so základným 600 V dizajnom, vrátane efektívnej ceny zlučovača Soutya 1000 V DC.
• Čas resetovania poruchy sa vďaka ističom typu MCB a ľahko prístupnému usporiadaniu 6-v-2-out zvýšil z priemerných 55 minút na 8 minút.
• Dostupnosť generácie sa počas prvých troch mesiacov zlepšila o 3,4 % v porovnaní s historickou výkonnosťou starších polí s ochranou na báze poistiek.

Pretože bolo potrebných menej vedľajších podávačov, dĺžka výkopu sa tiež skrátila o 18 %. To ušetrilo týždeň výkopových prác a zredukovalo hutniace práce pred montážou striedačov.

Perspektíva zákazníka

Vedúci elektrotechniky EPC uviedol:

"Zlučovač 1 000 V jednosmerného prúdu nám poskytol rozloženie s dvojitým výstupom, ktoré sme potrebovali bez špeciálnej výroby. Znížili sme náklady na materiál a čo viac, keď sa reťazec zastaví, posádka ho obnoví za pár minút, než by sme trávili hodiny hľadaním vypálenej poistky."

Vlastník závodu zopakoval tento názor a poznamenal, že nová konfigurácia umožňuje budúce rozšírenie bez nahradenia pôvodnej infraštruktúry DC.

Poučenia a odporúčania

Pre iné spoločnosti EPC, ktoré plánujú podobné vysokonapäťové DC solárne práce, vynikajú tri body:

• Pred začatím rozloženia vyberte zlučovač so správnym počtom vstupov a výstupov pre topológiu meniča. Jednotka 6-v-2-out môže výrazne znížiť počet podávačov a sekundárnych distribučných panelov.
• Ochrana založená na MCB stojí za mierne vyššie počiatočné náklady, pretože prevádzkové prestoje sa v obchodnom prípade podceňujú. Jeden odvrátený poldenný výpadok môže doplatiť.
• Pred odoslaním si overte u dodávateľa požiadavky na uzemnenie a ochranu IP. Malý detail, akým je súprava uzemnenia, môže ovplyvniť rýchlosť a spoľahlivosť inštalácie na vyvýšených strechách.

Ak by bol projekt prerobený, tím by si objednal predvŕtané súpravy upchávok a označené trubice na označenie vodičov v rovnakom čase ako krabice. Táto jednoduchá zmena by skrátila čas uzavretia kontroly o ďalšie dva dni v celom závode.

Referencie priemyselných noriem

Použitá inštalácia a výber zlučovača 1000 V DC sa riadi príslušnými požiadavkami IEC: IEC 62548:2016 pre návrh fotovoltického poľa a konštrukčné požiadavky a IEC 61643-11:2011 pre koordináciu prepäťovej ochrany na strane DC.

• IEC 62548:2016 – Fotovoltaické (FV) polia – Požiadavky na dizajn.https://webstore.iec.ch/publication/62548
• IEC 61643-11:2011 – Nízkonapäťové prepäťové ochrany – SPD pripojené k nízkonapäťovým energetickým systémom.https://webstore.iec.ch/publication/61643-11