Casestudy: 1000 V DC combinerbox 6 in 2 uitgang verlaagt de kosten van zonnepanelen met 15%

Achtergrond van de klant

Een middelgroot bedrijf voor zonne-energietechniek, inkoop en constructie (EPC), gevestigd in Zuid-Spanje, beheert op de grond gemonteerde installaties op utiliteitsschaal op het Iberisch schiereiland. Met 200 werknemers en een jaarlijkse pijplijn van 80 MW werkt het bedrijf routinematig aan projecten waarbij landoppervlak, kabelroutes en omvormers in krappe geografische gebieden zijn gerangschikt.

Het bedrijf had een contract binnengehaald om een ​​bestaande zonne-energiecentrale van 1,6 MW van stroom te voorzien en uit te breiden door 0,8 MW nieuwe capaciteit toe te voegen. De fabriek voldeed niet langer aan de strengere veiligheids- en prestatiebehoeften van de huidige DC-apparatuur, dus moesten de oude arrayboxen en bekabeling worden vervangen. Het technische team zocht naar een oplossing die de systeembalanskosten zou verlagen, terwijl de installatie veilig zou blijven en de stilstand minimaal zou zijn.

Uitdagingen en pijnpunten

De oorspronkelijke zonne-energiecentrale gebruikte combinerboxen van 600 V gecombineerd met een 380 V-omvormerlijn. Elke vier stringcircuits werden gecombineerd in één feeder, waardoor lange laagspanningskabels nodig waren. Op het nieuwe gedeelte was het team van plan om 1000 V-zonnepanelen en een 1000 V-compatibele centrale omvormer te gebruiken om de kabeldoorsneden te verkleinen en de efficiëntie van de omvormer te verbeteren.

Het probleem was dat standaard combinerboxen van 600 V de hogere stringspanningen niet konden accepteren. De projectmanagers hadden daarom een ​​combinerbox nodig die 1000 V DC kon verwerken en tegelijkertijd twee onafhankelijke inverteringangen kon voeden. De bestaande kabelgoten en sleuven konden zich geen noemenswaardige nieuwe paden veroorloven, dus had het project een compacte doos nodig waarin zes snaren konden binnenkomen en twee groepsuitgangen konden vertrekken, waardoor het trekken van nieuwe kabels werd beperkt en de lengte van de feeder werd ingekort.

Nog een hoofdpijn kwam van het onderhoud. In de oude installatie werden kortsluitingen of stringstoringen geïsoleerd met trage mechanische zekeringen. Dat zorgde elke paar maanden voor tijdrovende foutopsporing en ongeplande opwekkingsverliezen. Nu de fabriek weer van stroom werd voorzien, probeerde de EPC deze verliezen te voorkomen.

Waarom de Soutya 1000V DC combinerbox 6 in 2 uit MCB-type?

Het technische team evalueerde drie alternatieven: standaard aansluitdozen van eigen bodem met zekeringhouders, geïmporteerde hoogspannings-combineerdozen aangeboden door een modulepartner, en de Soutya 1000V DC-combineerdoos. De eerste oplossing werd uitgesloten omdat in het veld gebouwde kasten niet over de juiste IP-geclassificeerde behuizingen en DC-geclassificeerde stroomonderbrekers beschikken. De tweede optie was duurder en kende een doorlooptijd van ruim tien weken.

De Soutya 1000V DC combinerbox viel op door drie producteigenschappen die precies aansloten bij de projectvereisten.

• Zes DC-ingangen en twee uitgangen, waardoor het ontwerp de mogelijkheid heeft om twee afzonderlijke MPPT-ingangen van de omvormer te voeden zonder een extra subpaneel.
• MCB-type bescherming in plaats van zekeringhouders. Dit maakte een eenvoudige reset en probleemoplossing mogelijk zonder dat er reservezekeringen nodig waren.
• Gespecificeerd voor 1000 V DC volgens de stringspanningsindeling van het project, zodat de box dicht bij de array kon worden geplaatst en toch kon voldoen aan de veilige spanningsdrempels van de fabriek.

Bovendien kwam de doos van een lokale leverancier met een korte levertijd van twee weken. Inkoopmanagers vergeleken de kosten van de Soutya-unit met die van de concurrentie en berekenden een besparing van 22% per behuizing, voordat ze rekening hielden met de besparing op bedrading en arbeid.

Implementatie- en aanvraagproces

Het project leverde de volledige hervoeding en uitbreiding op gedurende een bouwperiode van drie maanden. De installatie van de 1000V DC-combinerboxen duurde zes dagen voor tien nieuwe en vervangende arrays.

Het team volgde een duidelijke volgorde:

1. Na het bevestigen van de montagerekken installeerden de technici de DC-stringlijnen op de posities van de combinerbox met een spanningstest bij 1000 V DC.
2. Elke Soutya 1000V DC-combineerdoos werd op het rek gemonteerd met de neutrale en leidingingangen naar beneden gericht, waardoor het MCB-compartiment werd beschermd tegen binnendringende regen.
3. Zes stringgeleiders werden in elke doos aangesloten en op koppel gecontroleerd volgens de labelwaarden.
4. De twee uitgangsfeeds werden naar de MPPT-ingangssecties van de omvormer geleid en de DC-onderbrekers werden pas ingeschakeld nadat alle verbindingen waren geverifieerd.

Een belangrijk probleem deed zich voor bij met staal beklede daken waarbij de aardingsplaat van de behuizing niet kon worden vastgeschroefd. De voorverkoopingenieur van de fabrikant stelde voor een aardingskabelset met compressieklemmen met één gat te gebruiken. Het bouwpersoneel paste het aanbevolen krimpgereedschap toe en slaagde voor een continuïteitstest. Daarmee werd een mogelijke vertraging van twee dagen geëlimineerd.

Gekwantificeerde resultaten

Na de inbedrijfstelling en een volledig zomerseizoen vergeleek de EPC de prestaties van de vernieuwde centrale met die van het oudere gedeelte dat met dezelfde omvormerklasse werkte.

• Het kopergewicht van de kabel per stringfeeder daalde met 35%, omdat de 1000 V-strings op een hogere spanning en lagere stroom draaiden terwijl dezelfde spanningsvallimiet werd gehandhaafd.
• De totale materiaalkosten voor het toegevoegde deel van 0,8 MW werden met 15% verlaagd vergeleken met een basisontwerp van 600 V, inclusief de effectieve prijs van de Soutya 1000V DC-combinatorbox.
• De foutresettijd ging van gemiddeld 55 minuten naar 8 minuten dankzij de MCB-type onderbrekers en de gemakkelijk toegankelijke 6-in-2-uit-opstelling.
• De beschikbaarheid van generaties verbeterde gedurende de eerste drie maanden met 3,4% vergeleken met de historische prestaties van de oudere array-boxen met op zekeringen gebaseerde bescherming.

Omdat er minder tussenvoeders nodig waren, werd ook de sleuvengraaflengte met 18% ingekort. Dat bespaarde een week graafwerk en verminderde de verdichtingswerkzaamheden voordat de omvormers werden gemonteerd.

Klantperspectief

Het hoofd elektrotechniek bij de EPC verklaarde:

"De 1000 V DC-combinatorbox gaf ons de dubbele output-indeling die we nodig hadden, zonder speciale fabricage. We hebben onze materiaalkosten verlaagd en, meer nog, als een string nu struikelt, herstelt de bemanning deze in minuten dan urenlang te moeten zoeken naar een doorgebrande zekering."

De eigenaar van de fabriek herhaalde dat standpunt en merkte op dat de nieuwe configuratie toekomstige uitbreiding mogelijk maakte zonder de oorspronkelijke DC-infrastructuur te vervangen.

Lessen en aanbevelingen

Voor andere EPC-bedrijven die soortgelijke hoogspannings-DC-zonne-energiewerkzaamheden plannen, vallen drie punten op:

• Kies een combinerbox met het juiste aantal in- en uitgangen voor de omvormertopologie voordat u met de lay-out begint. Een 6-in-2-uit-eenheid kan het aantal feeders en secundaire distributiepanelen aanzienlijk verminderen.
• MCB-gebaseerde bescherming is de iets hogere initiële kosten waard, omdat operationele downtime in een business case wordt onderschat. Eén vermeden uitval van een halve dag kan de extra kosten betalen.
• Bevestig de vereisten voor aarding en IP-bescherming vóór verzending bij de leverancier. Een klein detail, zoals een aardingsset, kan de installatiesnelheid en betrouwbaarheid beïnvloeden bij locaties op verhoogde daken.

Als het project opnieuw zou worden uitgevoerd, zou het team tegelijk met de dozen voorgeboorde pakkingbussets en gelabelde geleidermarkeringsbuizen bestellen. Die simpele verandering zou de tijd voor de close-out-inspectie voor de hele fabriek met nog eens twee dagen verkorten.

Referenties van industriestandaarden

De toegepaste installatie en selectie van de 1000V DC-combineerdoos volgen de relevante IEC-vereisten: IEC 62548:2016 voor ontwerp en structurele vereisten van PV-arrays, en IEC 61643-11:2011 voor coördinatie van overspanningsbeveiliging aan de DC-zijde.

• IEC 62548:2016 — Fotovoltaïsche (PV) arrays — Ontwerpvereisten.https://webstore.iec.ch/publication/62548
• IEC 61643-11:2011 — Laagspannings-overspanningsbeveiligingsapparatuur — SPD's aangesloten op laagspanningsstroomsystemen.https://webstore.iec.ch/publication/61643-11