Hoe een PV-installatie de uitvaltijd van strings met 60% terugdringt met een DC 1000V-zekeringhouder

Achtergrond van de klant

Een fotovoltaïsche (PV)-installatie van 45 MW, gelegen in een hooggelegen woestijngebied, ondervond terugkerende storingen in de DC-combinerboxen. De installatie, die werd geëxploiteerd door een onafhankelijke energieproducent die een regionaal elektriciteitsnet bedient, was al zes jaar in gebruik. Meer dan 1.400 stringcircuits worden in 28 combinerboxen gevoed, die elk tot 1000 V DC van zonnepanelen naar centrale omvormers transporteren.

Het operationele team van de fabriek kreeg te maken met toenemende druk om ongeplande downtime te verminderen, omdat de lokale netwerkbeheerder strengere beschikbaarheidsboetes invoerde. Met zomertemperaturen boven de 45°C was de thermische belasting van DC-componenten ernstig.

Met welke problemen werd de PV-installatie geconfronteerd vóór de upgrade?

De originele zekeringhouders waren generieke eenheden die alleen geschikt waren voor 600 V DC. Ze waren te klein voor de 1000V-stringconfiguratie van de fabriek. Gedurende 18 maanden registreerde het operationele team 23 defecten aan zekeringhouders in 11 combinerboxen.

De symptomen waren consistent: de clips van de zekeringhouder verloren de veerspanning na herhaalde thermische cycli, waardoor contacten met hoge weerstand ontstonden. Bij 1000V DC veroorzaakte een slechte verbinding plaatselijke verwarming en micro-vonken. In verschillende gevallen smolt de zekeringhouder en moest de combinerbox offline worden gehaald voor noodreparatie. Elk incident kostte gemiddeld $ 4.800 aan verloren energieproductie, vervangende onderdelen en arbeid.

Eerdere pogingen om de clips opnieuw vast te draaien en geleidend vet aan te brengen, hebben het probleem niet opgelost. Na een tweede meltdown gaf de fabrieksmanager opdracht tot een volledige herziening van de specificaties van de zekeringhouders.

Waarom heeft de operator gekozen voor de Soutya DC 1000V-zekeringhouder?

Het technische team evalueerde drie alternatieven. De eerste was een standaard DIN-rail-zekeringhouder met een vermogen van 1000 V DC, maar de clips waren gemaakt van een koperlegering van lagere kwaliteit die nog steeds zou corroderen in de zoute woestijnlucht. De tweede optie was een eigen oplossing waarbij de gehele combinerbox moest worden vervangen, wat het onderhoudsbudget te boven ging.

De derde optie was de Soutya DC 1000V-zekeringhouder. Drie factoren waren doorslaggevend:

• Expliciete 1000 V DC-classificatie met een getest uitschakelvermogen dat overeenkomt met de kortsluitstroom van de PV-reeks onder IEC 60269-1-omstandigheden.
• Spiraalvormige veerklemmen gemaakt van roestvrij staal en vertind koper, ontworpen om de contactdruk over een groter temperatuurbereik te behouden.
• Een compacte behuizing die zonder herbedrading in de bestaande combinerbox-indeling past. Dit verminderde het installatierisico en hield de arbeidskosten laag.

De Soutya-zekeringhouder werd ook geleverd met een matte nylon behuizing die bestand was tegen ultraviolette degradatie, een probleem dat broze scheuren in de oude eenheden had veroorzaakt. De inkoopmanager bevestigde dat Soutya drie jaar garantie gaf op basis van de werkelijke gelijkspannings- en stroomgegevens van de fabriek.

Hoe werd de nieuwe zekeringhouder ingezet?

De upgrade werd gefaseerd gespreid over vier weken, tijdens het late winteronderhoud van de fabriek. Het operationele team verving 520 zekeringhouders stapsgewijs, één combinerbox tegelijk, om grootschalige systeemuitval te voorkomen.

• Stap 1: Het onderhoudspersoneel van de centrale heeft één combinerbox spanningsloos gemaakt en gecontroleerd of de spanning op de stringterminals nul is.
• Stap 2: Elke bestaande zekeringhouder werd verwijderd. Technici documenteerden het aanhaalmoment van de klemschroeven en controleerden de zekeringklemmen op tekenen van vonkontlading.
• Stap 3: De nieuwe Soutya DC 1000V-zekeringhouders werden gemonteerd met behulp van de bestaande DIN-rail en klemmenblokken. De insteekkracht van de zekering was merkbaar hoger, waardoor de kans op een verkeerde uitlijning kleiner werd.
• Stap 4: Elk circuit werd getest met een DC-isolatieweerstandstester en een zekeringconditie-indicator voordat het opnieuw werd ingeschakeld.
• Stap 5: Het onderhoudsteam voerde een week nadat elke combinerbox weer in gebruik was een warmtebeeldonderzoek uit.

Het enige grote probleem was de krappe draadbuigruimte in de combinerboxen. De aansluitingsrichting van de Soutya-zekeringhouder maakte het eenvoudig om PV-draden van 6 mm² te leiden zonder bochten te forceren, zodat het probleem binnen enkele uren was opgelost.

Welke kwantificeerbare resultaten heeft de operator bereikt?

Twaalf maanden na de upgrade vergeleek de operator de prestatiegegevens met de twee jaar vóór de vervanging.

• De uitvaltijd van de strings als gevolg van defecten aan zekeringhouders daalde met 60%, van gemiddeld 14 uur per maand naar 5,5 uur.
• De kosten voor het vervangen van zekeringhouders daalden met 45%, van $2.800 per kwartaal naar $1.540. Dit omvatte onderdelen, arbeid en thermische inspectietijd.
• Het aantal ongeplande service-evenementen met combinerboxen daalde van 8 naar 2 per jaar. Geen enkele zekeringhouder meldde vonken of smelten tijdens de
• De gemiddelde temperatuurstijging bij de contactpunten van de zekeringhouders daalde met 18°C, gemeten met een infraroodcamera.

Ook constateert de installatiemanager dat de beschikbaarheidsboete van de netbeheerder in de drie meest recente maandafrekeningen naar nul is teruggebracht. In een gespannen markt rechtvaardigde die verbetering alleen al de hardware-investering van $11.000.

Klantgetuigenis: wat zei de onderhoudsdirecteur?

"We verloren het vertrouwen in de originele zekeringhouders na de tweede meltdown. De Soutya DC 1000V-zekeringhouder heeft ons een betrouwbare verbinding gegeven die we kunnen voorspellen. De thermische beeldresultaten zijn duidelijk en mijn team kan zich concentreren op reiniging en koppelcontroles in plaats van noodvervangingen", aldus de onderhoudsdirecteur van de fabriek.

Lessen en aanbevelingen voor andere exploitanten van gelijkstroomsystemen

Voor operationele teams die 1000 V DC-circuits in zonne-energiecentrales, opslagsystemen of industriële DC-netwerken beheren, bood het project drie praktische tips.

1. Controleer altijd de werkelijke gelijkspanning en foutstroom van het circuit voordat u een zekeringhouder selecteert. Een houder met een nominale spanning van 600 V in een 1000 V-systeem is een gevaar, ongeacht hoe goed deze mechanisch past.
2. Controleer het materiaal van de zekeringclip en het veerontwerp. Hoogwaardige contactdruk is de belangrijkste verdediging tegen oververhitting bij hoge gelijkspanningen.
3. Wanneer u bestaande combineerdozen achteraf uitbreidt, kiest u een zekeringhouder die op de bestaande rail kan worden gemonteerd en waarvoor geen klemmenblokken hoeven te worden vervangen. De Soutya-zekeringhouder presteerde precies volgens de specificaties en het project werd eerder dan gepland voltooid.

Als de fabriek dit opnieuw zou doen, zou de enige verbetering zijn dat de zekeringhouders eerder zouden worden vervangen, tijdens de eerste inbedrijfstelling van de apparatuur. De kosten van preventie bedroegen een derde van de kosten van de eerste twee noodreparaties.

Referenties

[1] IEC 60269-1. Laagspanningszekeringen - Deel 1: Algemene eisen [S]. 2020.https://webstore.iec.ch/publication/62496

[2] Verouderingskenmerken van contactelektroden van laagspannings-DC-schakelaars [J]. Energieën, 2021, 14(20): 6838.https://doi.org/10.3390/en14206838