Případová studie: 1000V DC Combiner Box 6 In 2 Out snižuje náklady na solární soustavu o 15 %

Zákazník pozadí

Středně velká společnost v oblasti solárního inženýrství, nákupu a výstavby (EPC) se sídlem v jižním Španělsku spravuje pozemní instalace na Pyrenejském poloostrově. S 200 zaměstnanci a ročním potrubím 80 MW společnost běžně pracuje na projektech, kde jsou pozemky, kabelové trasy a střídače uspořádány v úzkých geografických oblastech.

Podnik získal kontrakt na obnovu a rozšíření stávající solární elektrárny o výkonu 1,6 MW přidáním 0,8 MW nové kapacity. Závod již nesplňoval přísnější požadavky na bezpečnost a výkon dnešních stejnosměrných zařízení, takže bylo nutné vyměnit staré pole a kabeláž. Inženýrský tým hledal řešení, které by snížilo náklady na vyvážení systému a zároveň zachovalo bezpečnost instalace a minimální odstávky.

Výzvy a body bolesti

Původní solární elektrárna používala 600 V slučovací boxy spárované s 380 V invertorovou linkou. Každé čtyři stringové okruhy byly spojeny do jednoho napáječe, což vyžadovalo dlouhé nízkonapěťové kabely. Na novém úseku tým plánoval použít 1000 V solární moduly a 1000 V schopný centrální invertor ke snížení průřezů kabelů a zlepšení účinnosti střídače.

Problém byl v tom, že standardní slučovací boxy 600 V nemohly akceptovat vyšší napětí stringů. Projektoví manažeři proto potřebovali slučovací box schopný zpracovat 1000 V DC při napájení dvou nezávislých invertorových vstupů. Stávající kabelové žlaby a příkopy si nemohly dovolit významné nové cesty, takže projekt potřeboval kompaktní krabici, která by umožňovala vstup šesti řetězců a výstup dvou skupinových výstupů, což omezovalo nové tahy kabelů a zkracovalo délky přívodů.

Další bolest hlavy přišla z údržby. Ve staré instalaci byly zkraty nebo poruchy řetězce izolovány pomalými mechanickými pojistkami. To způsobilo časově náročné sledování závad a neplánované ztráty generací každých několik měsíců. S obnovou elektrárny se EPC snažila těmto ztrátám vyhnout.

Proč Soutya 1000V DC Combiner Box 6 In 2 Out MCB Type?

Inženýrský tým vyhodnotil tři alternativy: standardní domácí propojovací krabice s držáky pojistek, importované vysokonapěťové slučovací krabice nabízené modulovým partnerem a slučovací krabici Soutya 1000V DC. První řešení bylo vyloučeno, protože krabice vyrobené v terénu postrádají řádné kryty s krytím IP a jističe s jmenovitým stejnosměrným proudem. Druhá možnost byla dražší a měla dodací lhůty delší než deset týdnů.

Slučovač Soutya 1000V DC vynikal třemi funkcemi produktu, které přesně odpovídaly požadavkům projektu.

• Šest DC vstupů a dva výstupy, což dává konstrukci možnost napájet dva samostatné invertorové MPPT vstupy bez přidaného dílčího panelu.
• Ochrana typu MCB místo držáků pojistek. To umožnilo snadné resetování a odstraňování problémů bez potřeby náhradních pojistek.
• Dimenzováno na 1000 V DC podle rozložení napětí řetězce v projektu, takže krabici lze umístit blízko pole a stále splňuje prahové hodnoty bezpečného napětí elektrárny.

Krabice navíc pocházela od místního dodavatele s krátkou dodací lhůtou dva týdny. Manažeři nákupu porovnali náklady na jednotku Soutya s konkurencí a vypočítali 22% úsporu na kryt, než zvážili úsporu kabeláže a práce.

Proces implementace a aplikace

Projekt přinesl kompletní přestavbu a rozšíření během tříměsíčního stavebního okna. Instalace 1000V DC slučovacích boxů trvala šest dní přes deset nových a náhradních polí.

Tým se držel jasného pořadí:

1. Po upevnění montážních stojanů technici nainstalovali vedení DC stringů do pozic slučovače s napěťovou zkouškou při 1000 V DC.
2. Každý slučovač Soutya 1000V DC byl namontován do stojanu tak, aby jeho neutrální a kabelové vstupy směřovaly dolů, což chránilo oddíl MCB před vniknutím deště.
3. Uvnitř každé krabice bylo ukončeno šest stringových vodičů a zkontrolován krouticí moment podle hodnot na štítku.
4. Dva výstupní přívody byly vedeny do vstupních sekcí MPPT měniče a DC jističe byly zapnuty až po ověření všech spojení.

Klíčový problém se objevil na střechách s ocelovým obložením, kde nebylo možné přišroubovat zemnící desku krytu. Předprodejní technik výrobce navrhl použití sady zemnících oček s kompresními svorkami s jedním otvorem. Pracovníci na místě použili doporučený krimpovací nástroj a prošli testem kontinuity. To eliminovalo potenciální zpoždění dvou dnů.

Kvantifikované výsledky

Po uvedení do provozu a celé letní provozní sezóně EPC porovnalo výkon přebudované elektrárny se starší částí provozovanou se stejnou třídou měničů.

• Hmotnost měděných kabelů na podavač stringů klesla o 35 %, protože stringy 1000 V běžely při vyšším napětí a nižším proudu při zachování stejné hranice poklesu napětí.
• Celkové náklady na materiál v rovnováze systému na přidanou část 0,8 MW byly sníženy o 15 % ve srovnání se základním 600 V designem, včetně efektivní ceny slučovače Soutya 1000 V DC.
• Doba resetování poruchy se zvýšila z průměrných 55 minut na 8 minut díky jističům typu MCB a snadno přístupnému uspořádání 6-in-2-out.
• Dostupnost generací se během prvních tří měsíců zlepšila o 3,4 % ve srovnání s historickým výkonem starších polí s ochranou na bázi pojistek.

Vzhledem k tomu, že bylo potřeba méně vedlejších podavačů, byla také délka výkopu zkrácena o 18 %. To ušetřilo týden výkopových prací a snížilo hutnění před montáží střídačů.

Perspektiva zákazníka

Vedoucí elektrotechniky EPC uvedl:

"Slučovač 1000 V DC nám poskytl rozvržení duálního výstupu, které jsme potřebovali, bez speciální výroby. Snížili jsme naše náklady na materiál a co víc, když se řetězec zapojí, posádka jej obnoví během několika minut, než abychom trávili hodiny hledáním spálené pojistky."

Vlastník závodu zopakoval tento názor a poznamenal, že nová konfigurace umožňuje budoucí rozšíření bez nahrazení původní infrastruktury DC.

Lekce a doporučení

Pro ostatní společnosti EPC, které plánují podobné vysokonapěťové stejnosměrné solární práce, vynikají tři body:

• Před zahájením návrhu vyberte slučovač se správným počtem vstupů a výstupů pro topologii střídače. Jednotka 6-in-2-out může výrazně snížit počet podavačů a sekundárních distribučních panelů.
• Ochrana založená na MCB stojí za mírně vyšší počáteční náklady, protože provozní prostoje jsou v obchodním případě podceňovány. Jeden odvrácený půldenní výpadek může doplatit.
• Před odesláním si ověřte u dodavatele požadavky na uzemnění a ochranu IP. Malý detail, jako je zemnící sada, může ovlivnit rychlost a spolehlivost instalace u vyvýšených střech.

Pokud by byl projekt přepracován, tým by současně s krabicemi objednal předvrtané sady ucpávek a označené trubičky vodičů. Tato jednoduchá změna by zkrátila dobu závěrečné kontroly o další dva dny v celém závodě.

Reference průmyslových standardů

Použitá instalace a výběr slučovače 1000 V DC se řídí příslušnými požadavky IEC: IEC 62548:2016 pro návrh fotovoltaického pole a strukturální požadavky a IEC 61643-11:2011 pro koordinaci přepěťové ochrany na straně DC.

• IEC 62548:2016 – Fotovoltaická (FV) pole – Požadavky na design.https://webstore.iec.ch/publication/62548
• IEC 61643-11:2011 – Nízkonapěťová přepěťová ochranná zařízení – SPD připojená k nízkonapěťovým energetickým systémům.https://webstore.iec.ch/publication/61643-11