Jak komercyjna instalacja fotowoltaiczna EPC skraca czas instalacji o 40% podczas szybkiego wyłączania

Tło klienta

Ta firma z siedzibą w Austin w Teksasie zajmująca się inżynierią, zaopatrzeniem i budownictwem energii słonecznej specjalizuje się w dachowych systemach fotowoltaicznych dla centrów dystrybucyjnych i magazynów logistycznych. Firma instaluje rocznie od 20 do 30 systemów o mocy od 300 kW do 800 kW. Większość tych dachów znajduje się w jurysdykcjach, które przyjęły znowelizowaną wersję Krajowego Kodeksu Elektrycznego na rok 2020, co oznacza, że ​​każdy system musi posiadać wymienione na liście rozwiązanie do szybkiego wyłączania, które obniża napięcie w układzie do ≤80 V w ciągu 30 sekund od inicjacji.

Mając 14-osobową załogę terenową na pełen etat i średni cykl projektu wynoszący dwa miesiące, zespół potrzebował rozwiązania umożliwiającego szybkie zamknięcie systemu, które byłoby zarówno zgodne z przepisami, jak i wystarczająco proste, aby zapewnić ciągłość instalacji w wielu miejscach pracy. Poprzednie rozwiązanie zadziałało, ale wiązało się z ukrytymi kosztami, które zostały ujęte w zestawieniu materiałów dopiero na koniec harmonogramu.

Wyzwania związane z poprzednim układem szybkiego wyłączania

Firma wybrała system optymalizacji mocy na poziomie modułu, umożliwiający szybkie wyłączanie. Każde urządzenie wymagało własnego łącza komunikacyjnego z bramką centralną, a bramka wymagała oddzielnego kabla Ethernet i linii sterującej 24 V DC z powrotem do obszaru falownika. Na dachu o mocy 400 kW z ponad 900 modułami oznaczało to pociągnięcie dodatkowego okablowania niskiego napięcia wzdłuż każdego rzędu modułów i zakończenie go w trzech oddzielnych lokalizacjach bramek.

Technicy terenowi spędzili więcej czasu na instalowaniu i rozwiązywaniu problemów tych łączy komunikacyjnych niż na okablowaniu stringów prądu stałego. Długie przewody powodują sporadyczne spadki sygnałów, co powoduje, że sterownik wyłączania falownika zgłasza usterkę. Nawet gdy macierz była bezpieczna, sporadyczne awarie komunikacji powodowały fałszywe alarmy i niepowodzenie inspekcji. Jeden projekt wymagał czterech wizyt w terenie, zanim lokalny AHJ zaakceptował test czasu wyłączenia. Dodatkowa praca, przeróbki i opóźnienia w inspekcjach dodały 0,045 dolara za wat do kosztu instalacji firmy.

Dlaczego urządzenie do szybkiego wyłączania linii energetycznej Soutya 24 V DC?

Oceniając alternatywy, zespół EPC porównał trzy opcje:

• Przejście na mikroinwertery ze zintegrowanym systemem szybkiego wyłączania – wymagało wymiany całej platformy falownika i znacznie podniosło koszt podzespołów.
• Utrzymanie optymalizatorów mocy, ale zatrudnienie większej ekipy elektryków nie rozwiązało podstawowego problemu niezawodności przewodu komunikacyjnego.
• Zastosowanie urządzenia do szybkiego wyłączania sterowania linią energetyczną Soutya 24 V DC całkowicie wyeliminowało oddzielną magistralę komunikacyjną.

Urządzenie Soutya wysyła polecenie wyłączenia za pośrednictwem istniejącego kabla zasilającego prądu stałego, wykorzystując sygnał linii zasilającej 24 V prądu stałego do komunikacji z nadajnikami na poziomie modułu. Nie ma dodatkowego łącza Ethernet ani oddzielnej linii czujnika niskiego napięcia. Obudowa jest montowana w każdym punkcie łączenia stringów i łączy się ze standardowym falownikiem stringowym. Pojedynczy kontroler może obsługiwać wiele ciągów znaków, co zmniejsza liczbę skrzynek kontrolnych potrzebnych na jeden dach.

Kolejnym decydującym czynnikiem była kompatybilność. Układ EPC został już ujednolicony w falownikach jednej marki stringów, a urządzenie Soutya współpracuje z falownikami, które nie mają wbudowanego szybkiego wyłączania. Pozwoliło to firmie zachować istniejący stan magazynowy falowników i projekt transformatora, unikając kosztownej zmiany okablowania w każdym projekcie.

Wdrożenie i wdrożenie

Pierwsze wdrożenie miało miejsce na płaskim dachu obiektu komercyjnego o mocy 410 kW w Dallas. Wdrożenie obejmowało dwie fazy w ciągu trzech tygodni:

• Faza pierwsza: Wymiana trzech systemów bramek typu optymalizator na dwie skrzynki sterujące Soutya na głównych panelach łączników prądu stałego.
• Faza druga: Zainstalowano pasujące przetworniki na poziomie modułu Soutya i zakończono je na istniejących końcówkach kablowych DC bez konieczności tworzenia nowej linii komunikacyjnej.
• Następnie zespół podłączył blokadę odłączenia prądu przemiennego, która powoduje wyłączenie, gdy strona prądu przemiennego falownika zostanie pozbawiona napięcia.

Podczas początkowego testu wyłączania pojawiła się jedna przeszkoda. Słabe połączenie z masą spowodowało, że sygnał sterujący linii energetycznej prądu stałego stracił siłę w pobliżu końca jednego długiego sznurka. Inżynier aplikacji firmy Soutya zalecił zainstalowanie na końcu tego ciągu zintegrowanego filtra sygnału o długości 10 m. To rozwiązało problem w niecałą godzinę. Po regulacji w teście wyłączenia zmierzono 8 V na głównym złączu modułu w ciągu 22 sekund, czyli poniżej limitu 80 V.

Wyniki ilościowe

Po pierwszym roku stosowania urządzenia do szybkiego wyłączania Soutya firma odnotowała 18 ukończonych systemów dachowych. Zmierzone wyniki w porównaniu z poprzednim podejściem:

• Czas instalacji krótszy o 43%- średni czas pracy przy instalacji szybkiego wyłączania wzrósł z 21 godzin na projekt o mocy 400 kW do 12 godzin, co skróciło harmonogram o cały dzień.
• Błędy związane z przeróbkami i inspekcjami zredukowane do zera- liczba poprzednich 1,4 nieudanych inspekcji na system, które można przypisać błędom komunikacji, spadła do zera we wszystkich 18 systemach.
• Koszt instalacji niższy o 35%- łączna liczba części i robocizny wymagana do szybkiego wyłączenia spadła z 0,048 USD za wat do 0,031 USD za wat. W przypadku projektu o mocy 400 kW, który przełożył się na twarde oszczędności w wysokości 6800 USD.

Zyski te pozwoliły firmie EPC zaabsorbować późniejszą podwyżkę cen materiałów bez zmiany ceny ofertowej, a skrócony harmonogram budowy poprawił terminowość dostaw dla najemców magazynów, którzy potrzebowali sprawnego działania dachów.

Opinia klienta

„Szybkie zamykanie na poziomie modułu było kiedyś naszym największym brudem” – powiedział wiceprezes ds. operacyjnych firmy. „Urządzenie sterujące linią energetyczną 24 V DC firmy Soutya uprościło cały system o jedną warstwę złożoności. Nie ciągniemy już dodatkowego przewodu do przesyłania danych i od czasu zmiany nie zdarzyła nam się ani jedna awaria komunikacji podczas wyłączania”.

Lekcje i zalecenia

Trzy wnioski płynące z tego projektu wyróżniają innych instalatorów:

• Poszukaj rozwiązania, które ponownie wykorzystuje istniejące okablowanie.Sterowanie linią energetyczną pozwala uniknąć stosowania dedykowanego kabla komunikacyjnego, co jest cenne w przypadku projektów modernizacyjnych i dużych rozpiętości dachów.
• Potwierdź wcześniej zgodność z konkretną marką falownika.Pierwszy test pilotażowy przed podjęciem decyzji o pełnym zakupie pozwolił zespołowi zaoszczędzić miesiące na późniejszym rozwiązywaniu problemów.
• Zmierz całkowity koszt zapewnienia zgodności, a nie cenę części.Oszczędność 6800 USD na robociźnie i przeróbkach na projekt przekroczyła całą różnicę w kosztach komponentów.

Gdyby zespół mógł wznowić projekt, od początku umieściłby filtr siły sygnału na rysunku projektowym dla dowolnego ciągu dłuższego niż 300 m. Mimo to niewielka korekta była jedynym problemem napotkanym we wszystkich 18 instalacjach.

Referencje

• NEC 690.12 (NFPA 70), Szybkie wyłączanie systemów fotowoltaicznych w budynkach, wydanie 2020.https://www.nfpa.org/70
• IEC 60947-1, Aparatura rozdzielcza i sterownicza niskonapięciowa – Część 1: Zasady ogólne.https://webstore.iec.ch/publication/6123