Kasusstudie: 1000V DC kombiboks 6 i 2 ut reduserer solcellekostnadene med 15 %

Kundebakgrunn

Et mellomstort selskap innen solenergiteknikk, innkjøp og konstruksjon (EPC) lokalisert i Sør-Spania administrerer bakkemonterte installasjoner i bruksskala over den iberiske halvøy. Med 200 ansatte og en årlig rørledning på 80 MW jobber selskapet rutinemessig med prosjekter der landareal, kabeltraseer og invertere er ordnet i stramme geografier.

Virksomheten hadde vunnet en kontrakt for å fornye og utvide et eksisterende 1,6 MW solcelleanlegg ved å legge til 0,8 MW ny kapasitet. Anlegget møtte ikke lenger de strengere sikkerhets- og ytelsesbehovene til dagens DC-utstyr, så de gamle arrayboksene og kablingene måtte skiftes ut. Ingeniørteamet så etter en løsning som ville redusere balanse-av-systemkostnadene, samtidig som installasjonen var trygg og stopp minimal.

Utfordringer og smertepunkter

Det originale solcelleanlegget brukte 600 V-klassifiserte kombineringsbokser sammen med en 380 V omformerlinje. Hver fjerde strengkrets ble kombinert til en mater, noe som krevde lange lavspentkabelstrekninger. På den nye seksjonen planla teamet å bruke 1000 V solcellemoduler og en 1000 V-kompatibel sentral omformer for å redusere kabeltverrsnitt og forbedre invertereffektiviteten.

Problemet var at standard 600 V kombineringsbokser ikke kunne akseptere de høyere strengspenningene. Prosjektlederne trengte derfor en kombineringsboks som kunne håndtere 1000 V DC mens de matet to uavhengige omformerinnganger. De eksisterende kabelbakkene og grøftene hadde ikke råd til betydelige nye stier, så prosjektet trengte en kompakt boks som tillot seks strenger å komme inn og to gruppeutganger å forlate, noe som begrenset nye kabeltrekk og forkorte matelengder.

Enda en hodepine kom fra vedlikehold. I den gamle installasjonen ble kortslutninger eller strengfeil isolert med trege mekaniske sikringer. Det førte til tidkrevende feilsøking og uplanlagte generasjonstap med noen måneders mellomrom. Da anlegget ble repowered, var EPC ute etter å unngå disse tapene.

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

Ingeniørteamet evaluerte tre alternativer: standard hjemmedyrkede koblingsbokser med sikringsholdere, importerte høyspentkombinasjonsbokser som tilbys av en modulpartner, og Soutya 1000V DC-kombinasjonsboksen. Den første løsningen ble utelukket fordi feltbygde bokser mangler riktige IP-klassifiserte kapslinger og DC-klassifiserte effektbrytere. Det andre alternativet var dyrere og hadde ledetider på mer enn ti uker.

Soutya 1000V DC-kombinasjonsboksen skilte seg ut på grunn av tre produktfunksjoner som samsvarte nøyaktig med prosjektkravene.

• Seks DC-innganger og to utganger, som gir designet muligheten til å mate to separate inverter MPPT-innganger uten et ekstra underpanel.
• MCB type beskyttelse i stedet for sikringsholdere. Dette tillot enkel tilbakestilling og feilsøking uten behov for ekstra sikringer.
• Vurdert for 1000 V DC i henhold til prosjektets strengspenningsoppsett, slik at boksen kan plasseres nær arrayet og fortsatt overholde anleggets sikre spenningsterskler.

I tillegg kom boksen fra en lokal leverandør med kort leveringstid på to uker. Innkjøpsansvarlige sammenlignet kostnadene for Soutya-enheten med konkurrentene og beregnet en besparelse på 22 % per kabinett, før de vurderte ledninger og arbeidsbesparelser.

Implementering og søknadsprosess

Prosjektet leverte komplett repowering og utvidelse i løpet av et tre måneders byggevindu. Installasjonen av 1000V DC-kombinasjonsboksene tok seks dager over ti nye og erstatningsarrayer.

Teamet fulgte en klar sekvens:

1. Etter å ha festet monteringsstativene, installerte teknikerne DC-strenglinjene til kombinasjonsboksens posisjoner med en spenningstest ved 1000 V DC.
2. Hver Soutya 1000V DC-kombinasjonsboks ble montert på stativet med nøytral- og ledningsinngangene vendt ned, og beskyttet MCB-rommet mot inntrenging av regn.
3. Seks strengledere ble avsluttet inne i hver boks og momentsjekket i henhold til etikettverdiene.
4. De to utgangsmatingene ble rutet til omformerens MPPT-inngangsseksjoner, og DC-bryterne ble koblet inn først etter at alle tilkoblinger var verifisert.

En nøkkelvanskelighet oppsto på ståltrimmet tak der jordingsplaten til kabinettet ikke kunne boltes. Produsentens forhåndssalgsingeniør foreslo å bruke et jordingssko med ett-hulls kompresjonsterminaler. Besetningen på stedet brukte det anbefalte krympeverktøyet og besto en kontinuitetstest. Det eliminerte en potensiell forsinkelse på to dager.

Kvantifiserte resultater

Etter idriftsettelse og en hel sommerdriftsesong, sammenlignet EPC ytelsen til det fornyede anlegget med den eldre delen som opererer med samme inverterklasse.

• Kabelkobbervekten per strengmater falt med 35 %, fordi 1000 V-strengene kjørte med høyere spenning og lavere strøm samtidig som den samme spenningsfallgrensen ble opprettholdt.
• Den totale materialbalansekostnaden for den ekstra 0,8 MW-delen ble redusert med 15 % sammenlignet med en baseline 600 V-design, inkludert den effektive prisen på Soutya 1000V DC-kombinasjonsboksen.
• Tilbakestillingstiden for feil gikk fra gjennomsnittlig 55 minutter til 8 minutter takket være MCB-type brytere og det lett tilgjengelige 6-i-2-ut-arrangementet.
• Generasjonstilgjengeligheten ble forbedret med 3,4 % i løpet av de første tre månedene sammenlignet med den historiske ytelsen til de eldre arrayboksene med sikringsbasert beskyttelse.

Fordi færre undermatere var nødvendig, ble grøftelengden også forkortet med 18 %. Det sparte en uke med graving og reduserte komprimeringsarbeidet før omformerne ble montert.

Kundeperspektiv

Lederen for elektroteknikk ved EPC uttalte:

"1000V DC-kombinasjonsboksen ga oss det doble utgangsoppsettet vi trengte uten spesiell fabrikasjon. Vi har kuttet materialkostnadene våre, og mer, når en streng løsner nå, gjenoppretter mannskapet den på få minutter enn å bruke timer på å lete etter en sikring som har gått."

Anleggseieren gjentok dette synet, og la merke til at den nye konfigurasjonen tillot fremtidig utvidelse uten å erstatte den originale DC-infrastrukturen.

Leksjoner og anbefalinger

For andre EPC-selskaper som planlegger lignende høyspent DC-solenergiarbeid, skiller tre punkter seg ut:

• Velg en kombinasjonsboks med riktig antall innganger og utganger for omformertopologien før du starter layout. En 6-i-2-ut enhet kan redusere antall mater og sekundære distribusjonspaneler betraktelig.
• MCB-basert beskyttelse er verdt den litt høyere startkostnaden, fordi driftsstans er undervurdert i en business case. En unngått halvdagsavbrudd kan betale for det ekstra.
• Bekreft krav til jording og IP-beskyttelse med leverandøren før forsendelse. En liten detalj som et jordingssett kan påvirke installasjonshastigheten og påliteligheten for forhøyede takplasser.

Hvis prosjektet ble gjort om, ville teamet bestille forhåndsborede kjertelsett og merkede ledermarkørrør samtidig med boksene. Den enkle endringen ville kutte inspeksjonstiden med ytterligere to dager over hele anlegget.

Referanser for industristandarder

Den anvendte installasjonen og valget av 1000V DC-kombinasjonsboksen følger de relevante IEC-kravene: IEC 62548:2016 for PV-arraydesign og strukturelle krav, og IEC 61643-11:2011 for overspenningsvernkoordinering på DC-siden.

• IEC 62548:2016 — Fotovoltaiske (PV) arrays — Designkrav.https://webstore.iec.ch/publication/62548
• IEC 61643-11:2011 — Lavspente overspenningsbeskyttelsesenheter — SPD-er koblet til lavspentstrømsystemer.https://webstore.iec.ch/publication/61643-11