Hoe een commerciële zonne-energie-EPC de installatietijd voor snelle uitschakeling met 40% verkortte

Achtergrond van de klant

Dit bedrijf voor zonne-energietechniek, inkoop en constructie (EPC), gevestigd in Austin, Texas, is gespecialiseerd in PV-systemen op daken voor distributiecentra en logistieke magazijnen. Het bedrijf installeert jaarlijks 20 tot 30 systemen, variërend van 300 kW tot 800 kW. De meeste van deze daken bevinden zich in rechtsgebieden die de herziening van de National Electrical Code uit 2020 hebben aangenomen, wat betekent dat elk systeem een ​​snelle uitschakeloplossing moet hebben die de spanning binnen de array binnen 30 seconden na activering verlaagt tot ≤80 V.

Met een fulltime veldploeg van veertien man en een gemiddelde projectcyclus van twee maanden had het team een ​​snelle shutdown-aanpak nodig die zowel aan de code voldeed als eenvoudig genoeg was om de installatie over meerdere werklocaties te laten verlopen. De vorige oplossing werkte, maar bracht verborgen kosten met zich mee die pas laat in de planning op de stuklijst verschenen.

Uitdagingen met de vorige Rapid Shutdown-indeling

Het bedrijf specificeerde een power optimizer-systeem op moduleniveau voor een snelle uitschakeling. Elke box had een eigen communicatieverbinding nodig met een centrale gateway, en de gateway had een aparte ethernetkabel en een 24 V DC-stuurlijn nodig terug naar het gebied van de omvormer. Op een dak van 400 kW met meer dan 900 modules betekende dit dat er extra laagspanningsbedrading langs elke modulerij moest worden getrokken en op drie afzonderlijke gateway-locaties moest worden afgesloten.

Veldtechnici besteedden meer tijd aan het installeren en oplossen van problemen met deze communicatieverbindingen dan aan de DC-stringbedrading. Bij lange draadtrajecten vielen af ​​en toe de signalen weg, waardoor de uitschakelcontroller van de omvormer een fout rapporteerde. Zelfs als de array veilig was, leidden periodieke communicatiefouten tot vals alarm en mislukte inspecties. Voor één project waren vier locatiebezoeken nodig voordat de lokale AHJ de shutdown-timingtest accepteerde. De extra arbeid, herbewerking en inspectievertragingen voegden $ 0,045 per watt toe aan de installatiekosten van het bedrijf.

Waarom het Soutya 24V DC Power Line Control Rapid Shutdown-apparaat?

Bij het evalueren van alternatieven vergeleek het EPC-team drie opties:

• De overstap naar micro-omvormers met geïntegreerde snelle uitschakeling vereiste de vervanging van het volledige omvormerplatform en verhoogde de componentkosten met een grote marge.
• Het behouden van power optimizers, maar het inhuren van een grotere elektrische ploeg, loste het fundamentele probleem met de betrouwbaarheid van de communicatiekabels niet op.
• Door gebruik te maken van het Soutya 24 V DC-stroomlijnbesturingsapparaat voor snelle uitschakeling, werd de afzonderlijke communicatiebus volledig geëlimineerd.

Het Soutya-apparaat verzendt het uitschakelcommando via de bestaande gelijkstroomkabel en gebruikt een 24 V DC-voedingslijnsignaal om te communiceren met zenders op moduleniveau. Er is geen extra Ethernet-run en geen aparte laagspanningssensorlijn. De behuizing wordt op elk stringcombineerpunt gemonteerd en kan worden aangesloten op een standaard stringomvormer. Eén enkele controller kan meerdere strings verwerken, waardoor het aantal benodigde bedieningskasten per rooftop wordt verminderd.

Een andere doorslaggevende factor was compatibiliteit. De EPC was al gestandaardiseerd op één merk stringomvormers, en het Soutya-apparaat werkt met omvormers die geen ingebouwde snelle uitschakeling hebben. Hierdoor kon het bedrijf zijn bestaande omvormerinventaris en transformatorontwerp behouden, waardoor een kostbare herbedrading van elk project werd vermeden.

Implementatie en implementatie

De eerste implementatie vond plaats op een plat commercieel dak van 410 kW in Dallas. De uitrol omvatte twee fasen gedurende drie weken:

• Fase één: De drie gatewaysystemen in optimizer-stijl vervangen door twee Soutya-controleboxen op de belangrijkste DC-combinerpanelen.
• Fase twee: bijpassende Soutya-zenders op moduleniveau installeren en deze aansluiten op de bestaande DC-kabelschoenen zonder een nieuwe communicatielijn te trekken.
• Vervolgens heeft het team de AC-ontkoppelingsvergrendeling aangesloten, die de uitschakeling activeert wanneer de AC-zijde van de omvormer spanningsloos wordt gemaakt.

Eén obstakel deed zich voor tijdens de eerste uitschakeltest. Een zwakke aardverbinding zorgde ervoor dat het stuursignaal van de gelijkstroomleiding kracht verloor aan het einde van een lange reeks. De applicatie-ingenieur van Soutya adviseerde om aan het einde van die string een geïntegreerd signaalfilter van 10 meter te installeren. Daarmee was het probleem binnen een uur opgelost. Na de afstelling werd bij de uitschakeltest binnen 22 seconden 8 V gemeten op de modulehoofdconnector, ruim onder de 80 V-limiet.

Gekwantificeerde resultaten

Het bedrijf volgde 18 voltooide daksystemen na het eerste jaar waarin het Soutya-systeem voor snelle uitschakeling werd gebruikt. Gemeten resultaten versus de vorige aanpak:

• Installatietijd verlaagd met 43%- de gemiddelde arbeidsuren voor de installatie met snelle uitschakeling gingen van 21 uur per project van 400 kW naar 12 uur, waardoor er een volledige dag in de planning werd ingekort.
• Herbewerkings- en inspectiefouten tot nul teruggebracht- de vorige 1,4 mislukte inspecties per systeem als gevolg van communicatiefouten zijn voor alle 18 systemen naar nul gedaald.
• Geïnstalleerde kosten 35% lager- Het totale aantal onderdelen en arbeid voor snelle uitschakeling is gedaald van $0,048 per watt naar $0,031 per watt. Op een project van 400 kW dat zich vertaalde in $6.800 aan harde besparingen.

Door deze winsten kon de EPC een latere materiaalprijsstijging opvangen zonder de biedprijs te wijzigen, en het verkorte bouwschema verbeterde de tijdige levering voor magazijnhuurders die hun dak nodig hadden.

Klantgetuigenis

"Snelle uitschakeling op moduleniveau was vroeger ons grootste vuile werkgebied", zegt de VP Operations van het bedrijf. "Het Soutya 24 V DC-stroomlijncontroleapparaat heeft een laag complexiteit uit het hele systeem gehaald. We trekken geen extra datakabels meer aan en we hebben sinds onze overstap geen enkele communicatiestoring meer gehad."

Lessen en aanbevelingen

Voor andere installateurs vallen drie lessen uit dit project op:

• Zoek naar een oplossing waarbij bestaande bedrading wordt hergebruikt.Door de stroomlijnbediening wordt speciale communicatiekabel vermeden, wat waardevol is bij renovatieprojecten en lange dakoverspanningen.
• Bevestig vroegtijdig de compatibiliteit met uw specifieke omvormermerk.De eerste pilottest voordat een volledige aankoop werd gedaan, bespaarde het team maanden van probleemoplossing later.
• Meet de totale nalevingskosten, niet de onderdeelprijs.De besparing van $6.800 op arbeid en herbewerking per project was meer dan het hele verschil in componentkosten.

Als het team het project opnieuw zou kunnen opstarten, zouden ze het signaalsterktefilter vanaf het begin op de ontwerptekening plaatsen voor elke string langer dan 300 meter. Toch was de kleine aanpassing het enige probleem dat zich bij alle 18 installaties voordeed.

Referenties

• NEC 690.12 (NFPA 70), Snelle uitschakeling van PV-systemen in gebouwen, editie 2020.https://www.nfpa.org/70
• IEC 60947-1, Laagspanningsschakel- en besturingsapparatuur - Deel 1: Algemene regels.https://webstore.iec.ch/publication/6123