Studium przypadku: Skrzynka rozdzielcza 1000 V DC, 6 wejść, 2 wyjścia, obniża koszty paneli fotowoltaicznych o 15%

Tło klienta

Średniej wielkości firma zajmująca się inżynierią, zaopatrzeniem i budową energii słonecznej z siedzibą w południowej Hiszpanii zarządza instalacjami naziemnymi na skalę przemysłową na Półwyspie Iberyjskim. Zatrudniająca 200 pracowników i roczna moc rurociągów wynosząca 80 MW firma rutynowo pracuje nad projektami, w których obszary lądowe, trasy kablowe i falowniki są rozmieszczone w ciasnych obszarach geograficznych.

Firma wygrała kontrakt na ponowne zasilenie i rozbudowę istniejącej elektrowni słonecznej o mocy 1,6 MW poprzez dodanie 0,8 MW nowej mocy. Zakład nie spełniał już bardziej rygorystycznych wymagań w zakresie bezpieczeństwa i wydajności współczesnych urządzeń prądu stałego, dlatego konieczna była wymiana starych skrzynek macierzowych i okablowania. Zespół inżynierów szukał rozwiązania, które obniżyłoby koszty bilansowania systemu, zachowując jednocześnie bezpieczeństwo instalacji i minimalne przestoje.

Wyzwania i bolesne punkty

Oryginalna elektrownia słoneczna wykorzystywała skrzynki przyłączeniowe o napięciu znamionowym 600 V w połączeniu z linią falownika 380 V. Każde cztery obwody ciągów zostały połączone w jeden zasilacz, co wymagało długich przebiegów kabli niskiego napięcia. Na nowym odcinku zespół planował zastosować moduły słoneczne 1000 V i falownik centralny obsługujący napięcie 1000 V, aby zmniejszyć przekroje kabli i poprawić wydajność falownika.

Problem polegał na tym, że standardowe sumatory 600 V nie mogły zaakceptować wyższych napięć stringów. Dlatego kierownicy projektu potrzebowali skrzynki przyłączeniowej zdolnej obsłużyć napięcie 1000 V DC przy jednoczesnym zasilaniu dwóch niezależnych wejść falownika. Istniejące koryta i rowy kablowe nie mogły pozwolić sobie na utworzenie nowych znaczących tras, dlatego w ramach projektu potrzebna była kompaktowa skrzynka, która umożliwiłaby wprowadzenie sześciu ciągów przewodów i wyjście dwóch grupowych wyjść, ograniczając nowe przeciąganie kabli i skracając długość podajników.

Kolejny ból głowy wynikał z konserwacji. W starej instalacji zwarcia lub awarie ciągów izolowane były za pomocą zwłocznych bezpieczników mechanicznych. Powodowało to czasochłonne śledzenie usterek i nieplanowane straty mocy co kilka miesięcy. W ramach ponownego zasilania elektrowni firma EPC chciała uniknąć tych strat.

Dlaczego łącznik MCB Soutya 1000 V DC z 6 wejściami i 2 wyjściami?

Zespół inżynierów ocenił trzy alternatywy: standardowe skrzynki przyłączeniowe własnej produkcji z uchwytami bezpieczników, importowane skrzynki przyłączeniowe wysokiego napięcia oferowane przez partnera modułowego oraz skrzynkę przyłączeniową Soutya 1000 V DC. Pierwsze rozwiązanie zostało wykluczone, ponieważ w skrzynkach budowanych w terenie brakowało odpowiednich obudów o stopniu ochrony IP i wyłączników automatycznych o klasie znamionowej prądu stałego. Druga opcja była droższa, a czas realizacji przekraczał dziesięć tygodni.

Skrzynka przyłączeniowa Soutya 1000V DC wyróżniała się trzema cechami produktu, które dokładnie odpowiadały wymaganiom projektu.

• Sześć wejść DC i dwa wyjścia, co daje projektowi możliwość zasilania dwóch oddzielnych wejść MPPT falownika bez dodatkowego panelu podrzędnego.
• Zabezpieczenie typu MCB zamiast opraw bezpiecznikowych. Umożliwiło to łatwe resetowanie i rozwiązywanie problemów bez konieczności stosowania zapasowych bezpieczników.
• Przystosowane do napięcia stałego 1000 V zgodnie z projektem napięcia ciągu w projekcie, dzięki czemu skrzynkę można umieścić blisko układu, a mimo to zachować zgodność z bezpiecznymi progami napięcia obowiązującymi w zakładzie.

Ponadto pudełko pochodziło od lokalnego dostawcy z krótkim terminem realizacji wynoszącym dwa tygodnie. Menedżerowie ds. zakupów porównali koszt jednostki Soutya z konkurencją i obliczyli 22% oszczędności na obudowę, zanim rozważyli oszczędności w okablowaniu i robociźnie.

Proces wdrażania i stosowania

W ramach projektu całkowicie odnowiono zasilanie i rozbudowę w trzymiesięcznym okresie budowy. Instalacja skrzynek przyłączeniowych 1000 V DC w dziesięciu nowych i zamiennych tablicach trwała sześć dni.

Zespół postępował według jasnej sekwencji:

1. Po zamocowaniu stojaków montażowych technicy zainstalowali linie stringów prądu stałego w pozycjach skrzynki przyłączeniowej, testując napięcie przy 1000 V DC.
2. Każda skrzynka przyłączeniowa Soutya 1000 V DC została zamontowana na stojaku z wejściami przewodu neutralnego i przewodami skierowanymi w dół, chroniąc przedział MCB przed wnikaniem deszczu.
3. Wewnątrz każdej skrzynki zakończono sześć przewodów strunowych i sprawdzono moment obrotowy zgodnie z wartościami na etykiecie.
4. Obydwa wyjścia zostały skierowane do sekcji wejściowych MPPT falownika, a wyłączniki prądu stałego zostały włączone dopiero po sprawdzeniu wszystkich połączeń.

Kluczowa trudność pojawiła się w przypadku dachów pokrytych stalą, gdzie nie można było przykręcić płyty uziemiającej obudowy. Inżynier producenta zajmujący się przedsprzedażą zasugerował użycie zestawu końcówek uziemiających z jednootworowymi zaciskami zaciskowymi. Zespół montażowy zastosował zalecane narzędzie do zaciskania i przeszedł test ciągłości. Wyeliminowało to potencjalne dwudniowe opóźnienie.

Wyniki ilościowe

Po uruchomieniu i pełnym letnim sezonie operacyjnym EPC porównało wydajność zregenerowanej elektrowni ze starszą sekcją pracującą z falownikami tej samej klasy.

• Masa miedzi w kablu na podajnik sznurka spadła o 35%, ponieważ ciągi 1000 V pracowały przy wyższym napięciu i niższym prądzie, zachowując ten sam limit spadku napięcia.
• Całkowity koszt materiałów potrzebnych do bilansowania systemu dla dodatkowej części o mocy 0,8 MW został obniżony o 15% w porównaniu z podstawowym projektem 600 V, uwzględniając efektywną cenę skrzynki przyłączeniowej Soutya 1000 V DC.
• Czas kasowania awarii skrócił się ze średnio 55 minut do 8 minut dzięki wyłącznikom typu MCB i łatwo dostępnemu układowi 6 wejść i 2 wyjść.
• Dostępność generacji poprawiła się o 3,4% w ciągu pierwszych trzech miesięcy w porównaniu z historycznymi wynikami starszych skrzynek macierzowych z zabezpieczeniem bezpiecznikowym.

Ponieważ potrzebnych było mniej podajników pośrednich, długość wykopu również została skrócona o 18%. Zaoszczędziło to tydzień kopania i ograniczyło prace związane z zagęszczaniem przed montażem falowników.

Perspektywa klienta

Kierownik elektrotechniki w EPC stwierdził:

"Skrzynka przyłączeniowa 1000 V DC zapewniła nam układ podwójnego wyjścia, którego potrzebowaliśmy, bez specjalnej produkcji. Obniżyliśmy koszty materiałów, a co więcej, gdy teraz nastąpi awaria sznurka, załoga przywraca go w ciągu kilku minut, zamiast tracić godziny na szukanie przepalonego bezpiecznika. "

Właściciel elektrowni zgodził się z tym poglądem, zauważając, że nowa konfiguracja umożliwiła przyszłą rozbudowę bez wymiany oryginalnej infrastruktury prądu stałego.

Lekcje i zalecenia

W przypadku innych firm EPC planujących podobne prace fotowoltaiczne prądu stałego wysokiego napięcia wyróżniają się trzy punkty:

• Przed rozpoczęciem projektowania wybierz skrzynkę przyłączeniową z odpowiednią liczbą wejść i wyjść dla topologii falownika. Jednostka 6 wejść i 2 wyjść może znacznie zmniejszyć liczbę podajników i wtórnych paneli dystrybucyjnych.
• Ochrona oparta na wyłącznikach nadprądowych jest warta nieco wyższych kosztów początkowych, ponieważ w uzasadnieniu biznesowym niedoszacowanie czasu przestoju operacyjnego jest niedoszacowane. Osoba, której udało się uniknąć półdniowej przestoju, może zapłacić dodatkowo.
• Przed wysyłką należy potwierdzić u dostawcy wymagania dotyczące uziemienia i ochrony IP. Mały szczegół, taki jak zestaw uziemiający, może mieć wpływ na szybkość i niezawodność instalacji w przypadku podwyższonych dachów.

Jeśli projekt zostałby przerobiony, zespół zamówiłby zestawy wstępnie nawierconych dławików i oznakowane rurki do oznaczeń przewodów w tym samym czasie, co pudełka. Ta prosta zmiana skróciłaby czas kontroli końcowej w całym zakładzie o kolejne dwa dni.

Odniesienia do standardów branżowych

Zastosowana instalacja i dobór skrzynki przyłączeniowej 1000 V DC są zgodne z odpowiednimi wymaganiami IEC: IEC 62548:2016 dotyczący projektowania paneli fotowoltaicznych i wymagań konstrukcyjnych oraz IEC 61643-11:2011 dotyczący koordynacji ochrony przeciwprzepięciowej po stronie prądu stałego.

• IEC 62548:2016 — Układy fotowoltaiczne (PV) — Wymagania projektowe.https://webstore.iec.ch/publication/62548
• IEC 61643-11:2011 – Niskonapięciowe urządzenia zabezpieczające przed przepięciami – SPD podłączone do systemów elektroenergetycznych niskiego napięcia.https://webstore.iec.ch/publication/61643-11