Hvordan en kommersiell solenergi-EPC reduserer rask nedleggelse av installasjonstiden med 40 %

Kundebakgrunn

Basert i Austin, Texas, spesialiserer dette solenergiingeniør-, innkjøps- og konstruksjonsfirmaet (EPC) seg på solcelleanlegg på taket for distribusjonssentre og logistikklager. Selskapet installerer 20 til 30 systemer hvert år, fra 300 kW til 800 kW. De fleste av disse hustakene er i jurisdiksjoner som har vedtatt 2020-revisjonen av National Electrical Code, noe som betyr at hvert system må ha en oppført hurtigavstengningsløsning som reduserer spenningen i arrayet til ≤80 V innen 30 sekunder etter initiering.

Med et feltmannskap på heltid på 14 og en gjennomsnittlig prosjektsyklus på to måneder, trengte teamet en rask nedleggelsestilnærming som var både kodekompatibel og enkel nok til å fortsette installasjonen på tvers av flere arbeidsplasser. Den forrige løsningen fungerte, men det fulgte med skjulte kostnader som ikke dukket opp i stykklisten før sent i timeplanen.

Utfordringer med den forrige oppsettet for rask avstengning

Firmaet spesifiserte et strømoptimaliseringssystem på modulnivå for rask avstenging. Hver boks trengte en proprietær kommunikasjonsforbindelse til en sentral gateway, og gatewayen krevde en separat Ethernet-kabel og en 24 V DC-kontrolllinje tilbake til omformerområdet. På et 400 kW tak med mer enn 900 moduler, betydde det å trekke ekstra lavspentledninger langs hver modulrad og avslutte den på tre separate gateway-plasseringer.

Feltteknikere brukte mer tid på å installere og feilsøke disse kommunikasjonskoblingene enn de gjorde på DC-strengledningene. Lange ledninger har av og til mistet signaler, noe som får omformerens avstengningskontroller til å rapportere en feil. Selv når arrayet var trygt, utløste periodiske kommunikasjonsfeil falske alarmer og mislykkede inspeksjoner. Ett prosjekt krevde fire besøk på stedet før den lokale AHJ aksepterte avstengningstidstesten. De ekstra arbeids-, omarbeidings- og inspeksjonsforsinkelsene ga 0,045 USD per watt til selskapets installerte kostnad.

Hvorfor Soutya 24V DC Power Line Control Rapid Shutdown Device?

Mens EPC-teamet evaluerte alternativer, sammenlignet tre alternativer:

• Bytte til mikroinvertere med integrert rask avstengning - krevde utskifting av hele inverterplattformen og økte komponentkostnadene med stor margin.
• Å beholde strømoptimalisatorer, men å ansette et større elektrisk mannskap - løste ikke det grunnleggende pålitelighetsproblemet med kommunikasjonsledninger.
• Ved å bruke Soutya 24 V DC strømlinjekontroll for hurtig avstenging - eliminerte den separate kommunikasjonsbussen helt.

Soutya-enheten sender avslutningskommandoen over den eksisterende DC-strømkabelen, ved å bruke et 24 V DC-strømlinjesignal for å kommunisere med sendere på modulnivå. Det er ingen ekstra Ethernet-kjøring og ingen separat lavspentsensorlinje. Kabinettet monteres på hvert strengkombinasjonspunkt og kobles til en standard strenginverter. En enkelt kontroller kan håndtere flere strenger, noe som reduserer antallet kontrollbokser som trengs per tak.

En annen avgjørende faktor var kompatibilitet. EPC-en var allerede standardisert på ett merke strenginvertere, og Soutya-enheten fungerer med vekselrettere som ikke har innebygd rask avstengning. Det lar selskapet beholde sin eksisterende inverterbeholdning og transformatordesign, og unngår en kostbar omkobling av hvert prosjekt.

Implementering og utrulling

Den første utplasseringen skjedde på et 410 kW flatt kommersiell tak i Dallas. Utrullingen gikk over to faser over tre uker:

• Fase én: Erstattet de tre gatewaysystemene i optimaliseringsstil med to Soutya-kontrollbokser på DC-kombinasjonspanelene.
• Fase to: Installerte samsvarende sendere på Soutya-modulnivå og terminerte dem på de eksisterende DC-kabelskoene uten å trekke en ny kommunikasjonslinje.
• Deretter koblet teamet AC-frakoblingssperren, som utløser avstengning hver gang omformerens AC-side er strømløs.

En hindring dukket opp under den første avstengningstesten. En svak jordforbindelse førte til at DC-strømledningskontrollsignalet mistet styrke nær enden av en lang streng. Soutyas applikasjonsingeniør anbefalte å installere et 10 m integrert signalfilter på slutten av den strengen. Det løste problemet på mindre enn en time. Etter justeringen målte avstengningstesten 8 V ved modulens hovedkontakt innen 22 sekunder, komfortabelt under 80 V-grensen.

Kvantifiserte resultater

Selskapet sporet 18 fullførte taksystemer etter det første året med bruk av Soutya-hurtigavstengningsanordningen. Målte resultater kontra forrige tilnærming:

• Installasjonstid ned 43 %- Gjennomsnittlig arbeidstid for installasjon med rask nedstengning gikk fra 21 timer per 400 kW-prosjekt til 12 timer, noe som kuttet en hel dag fra planen.
• Omarbeid og inspeksjonsfeil ned til null- de forrige 1,4 mislykkede inspeksjonene per system som kan tilskrives kommunikasjonsfeil falt til null på tvers av alle 18 systemene.
• Installasjonskostnad ned 35 %- Totalt antall deler og arbeidskraft for rask avstengning falt fra $0,048 per watt til $0,031 per watt. På et 400 kW-prosjekt som ble oversatt til 6800 dollar i harde besparelser.

Disse gevinstene tillot EPC å absorbere en senere materialprisøkning uten å endre budprisen, og den forkortede byggeplanen forbedret levering til rett tid for lagerleietakere som trengte at takene deres skulle fungere.

Kundeanbefaling

"Rask nedleggelse på modulnivå pleide å være vårt største skitne arbeidsområde," sa selskapets VP of Operations. "Soutya 24 V DC strømlinjekontrollenhet tok ett lag med kompleksitet ut av hele systemet. Vi trekker ikke ekstra dataledning lenger, og vi har ikke hatt en eneste kommunikasjonsfeil etter at vi byttet."

Leksjoner og anbefalinger

Tre leksjoner fra dette prosjektet skiller seg ut for andre installatører:

• Se etter en løsning som gjenbruker eksisterende ledninger.Strømledningskontroll unngår dedikert kommunikasjonskabel, som er verdifull for ettermonteringsprosjekter og lange takspenn.
• Bekreft kompatibilitet tidlig med ditt spesifikke omformermerke.Den første pilottesten før de forpliktet seg til et fullstendig kjøp, reddet teamet for måneder med feilsøking senere.
• Mål den totale kostnaden for samsvar, ikke delprisen.Besparelsen på 6800 dollar på arbeid og omarbeid per prosjekt var mer enn hele forskjellen i komponentkostnad.

Hvis teamet kunne starte prosjektet på nytt, ville de sette signalstyrkefilteret på designtegningen fra begynnelsen for enhver streng lengre enn 300 m. Likevel var den mindre justeringen det eneste problemet som ble møtt på alle 18 installasjoner.

Referanser

• NEC 690.12 (NFPA 70), Rapid Shutdown of PV Systems on Buildings, 2020 Edition.https://www.nfpa.org/70
• IEC 60947-1, Lavspenningskoblingsutstyr og kontrollutstyr - Del 1: Generelle regler.https://webstore.iec.ch/publication/6123