Hoe een Solar EPC de DC-boogfoutkosten met 35% verlaagt met de Soutya AFCI Combiner Box

Achtergrond van de klant

Middelgroot EPC-bedrijf voor zonne-energie, gevestigd in Stuttgart, Duitsland, ontwerpt en installeert commerciële PV-systemen op daken in heel Europa. Met een portfolio van 80 MW onder langetermijn O&M-contracten bedient het bedrijf productiefaciliteiten, logistieke centra en exploitanten van koelopslag. Elk project varieert van 500 kW tot 2 MW, en het bedrijf is verantwoordelijk voor zowel de bouw als het lopende onderhoud.

Het O&M-team van het bedrijf had te maken met een toenemend aantal omvormertrips en thermische gebeurtenissen veroorzaakt door DC-boogfouten. Verouderde connectoren, schuren van draden en losse aansluitingen in de stringcircuits waren de belangrijkste boosdoeners. Naarmate de portefeuille groeide, begonnen de kosten van reactief onderhoud de winstmarges te eroderen.

De uitdaging: onopgemerkte DC-boogfouten

DC-boogfouten zijn gevaarlijk omdat ze in stand blijven zonder voldoende stroom te trekken om een ​​standaardzekering of stroomonderbreker te activeren. In de bestaande combinerboxen van het bedrijf waren alleen stringzekeringen en overspanningsbeveiligers geïnstalleerd. Deze boden bescherming tegen overstroom en overspanning, maar konden geen serieboogfouten detecteren die optreden in beschadigde kabels of losse verbindingen.

De gevolgen waren tastbaar. In de twaalf maanden voorafgaand aan het project heeft het team gereageerd op veertien omvormertrips die terug te voeren waren op beschadigde connectoren. Elke reis vereiste een bezoek ter plaatse, thermische beeldscans en handmatige inspectie van elke verbinding in de string. Een enkele probleemoplossingssessie duurde gemiddeld acht uur. Daarnaast werden twee bijna-ongevallen gemeld waarbij een boog de isolatie van een connector had gesmolten, waardoor rook ontstond en er brandgevaar ontstond. De geschatte kosten per dergelijke gebeurtenis kunnen, als ze niet worden opgespoord, meer dan $ 50.000 aan schade aan eigendommen en downtime bedragen.

Waarom de Soutya DC AFCI Combiner Box?

Het bedrijf evalueerde drie opties. De eerste was het toevoegen van AFCI-modules aan de ingang van de omvormer, maar die bewaakt alleen de gecombineerde output van alle strings en kan niet identificeren welke string een fout heeft. De tweede optie was het vervangen van alle kabelconnectoren door hoogwaardige exemplaren, waarmee toekomstige degradatie niet zou worden aangepakt. De derde optie was de Soutya DC AFCI combinerbox met een 12-in-1 configuratie.

De beslissing kwam neer op drie belangrijke voordelen. Ten eerste biedt de Soutya-combinatorbox boogfoutdetectie per string. Elk van de 12 ingangen wordt onafhankelijk bewaakt, waardoor een storing direct wordt gelokaliseerd. Ten tweede integreert de unit zowel AFCI- als overstroombeveiliging in één behuizing, waardoor de installatie wordt vereenvoudigd en het aantal te inspecteren componenten wordt verminderd. Ten derde voldoet het aan UL 1699B en ondersteunt het de ontwerpvereisten van IEC 62548, wat de EPC vertrouwen geeft voor zowel de Europese als de exportmarkten.

Implementatie- en aanvraagproces

Het project werd ingezet op drie commerciële dakarrays, elk met 8 tot 10 strings. Het totale project duurde zes weken, van planning tot inbedrijfstelling. De bestaande combinerboxen werden verwijderd en vervangen door de Soutya DC AFCI combinerbox. Omdat de 12-in-1-indeling overeenkwam met de bestaande stringroutering, hergebruikte het team de meeste DC-kabels, waardoor materiaalkosten en installatietijd werden bespaard.

Een typisch probleem was het achteraf inbouwen in kleine ruimtes. De nieuwe combinerbox heeft een grotere footprint dan een eenvoudige unit met alleen zekeringen, waardoor de montagebeugels op één dak moesten worden aangepast. Het team loste dit op door gebruik te maken van een roestvrijstalen achterplaat en flexibele leiding, waardoor de renovatie werd voltooid zonder de structurele indeling te wijzigen.

Na de installatie verbond het team de Modbus RTU-uitgang met het bestaande SCADA-systeem. De combinerbox streamde per string de stroom, spanning en boogfoutstatus naar het externe bewakingscentrum. De inbedrijfstellingstests omvatten een gesimuleerde vlamboogfout, die de unit in minder dan 0,5 seconde wist te verhelpen terwijl de exacte string werd geïdentificeerd.

Kwantificeerbare resultaten

• De tijd voor het oplossen van problemen met 90% verminderd:De gemiddelde foutresponstijd daalde van 8 uur naar 45 minuten omdat de AFCI-box de defecte string onmiddellijk identificeert.
• Verlaagde O&M-kosten met 35%:Voor de drie locaties zijn nu minder noodoproepen nodig. De jaarlijkse besparingen bedragen $ 18.000 voor de hele portefeuille.
• Verminderde uitvaltijd van de omvormer met 60%:Door aanhoudende vonken te voorkomen die tot uitschakeling van de omvormer zouden leiden, ondervonden de locaties 60% minder ongeplande ontkoppelingen.
• Twee boogfouten vroegtijdig gedetecteerd:Gedurende de eerste twaalf maanden heeft de eenheid in de beginfase twee serieboogfouten opgevangen, waardoor mogelijke brand en schade werd voorkomen.

De totale impact ging verder dan cijfers. Het O&M-team schakelde over van reactieve reparatie naar proactieve inspectie. Dankzij de gegevens die uit de combinerbox werden verzameld, konden ze kabelvervangingen plannen tijdens geplande onderhoudsvensters en niet op noodbasis.

Klantgetuigenis

"De Soutya DC AFCI-combinatorbox gaf onze bemanning de mogelijkheid om een ​​defecte connector te identificeren voordat deze brand veroorzaakte. Het per-string alarm en de datalogging hebben de manier veranderd waarop we ons PV-portfolio beheren."

Lessen en aanbevelingen

1. Plaats vlamboogdetectie op stringniveau. Detectie op omvormerniveau kan fouten niet lokaliseren en laat lange DC-kabels onbeschermd.
2. Combineer monitoring met bescherming. Een combinerbox die de huidige en status per string rapporteert, creëert bruikbare gegevens voor voorspellend onderhoud.
3. Budget voor opleiding. Symptomen van boogfouten verschillen van overstroomgebeurtenissen, en technici moeten de technologie begrijpen om te kunnen reageren.

Als het bedrijf dit project opnieuw zou uitvoeren, zouden ze vanaf het begin Soutya AFCI-boxen op alle nieuwe projecten installeren en vervolgens achteraf aanpassen. Standaardisatie op de 12-in-1-configuratie zou de inventaris van reserveonderdelen vereenvoudigen en de diagnose op afstand consistenter maken op alle locaties.

Referenties

1. UL 1699B:2018 Fotovoltaïsche (PV) DC-boogfoutcircuitbeveiliging.Link
2. IEC 62548:2016 Fotovoltaïsche (PV) arrays — Ontwerpvereisten.Link
3. IEC 60364-7-712:2017 Elektrische laagspanningsinstallaties — Deel 7-712: Zonne-PV-voedingssystemen.Link