Hoe een zonne-energie-installateur DC-circuitfouten met 62% terugdringt met DC-MCB's

Een EPC- en O&M-aannemer op zonne-energie die 60 MW aan commerciële dak- en kleine op de grond gemonteerde arrays beheerde in Arizona en Nevada, verving de op zekeringen gebaseerde DC-stringbeveiliging door Soutya DC-miniatuurstroomonderbrekers in 210 combinerbehuizingen. De storingsgerelateerde downtime daalde met 62% en de retrofit betaalde zichzelf binnen zeven maanden terug.

Achtergrond van de klant: wie heeft de DC Protection-upgrade uitgevoerd?

De klant is een engineering-, inkoop- en constructiebedrijf voor zonne-energie met een eigen exploitatie- en onderhoudsafdeling. Het personeelsbestand bedraagt ​​120. De vloot beslaat 60 MW verdeeld over 340 commerciële daksystemen en zes op de grond gemonteerde arrays in Arizona, Nevada en het zuiden van Utah. Tot de activa-eigenaren behoren winkelketens, exploitanten van koelcellen en twee gemeentelijke nutsbedrijven.

De omvang van de vloot groeide in 18 maanden met 40%, terwijl het O&M-personeel gelijk bleef. Serviceovereenkomsten hebben een responstermijn van 48 uur voor productiefouten, met boetes voor gemiste vensters.

Welke problemen heeft de bestaande DC-beveiliging veroorzaakt?

Elke combinerbox beschermde 12 tot 16 strings met 15 A en 20 A DC-zekeringen. Die regeling leverde drie terugkerende problemen op.

• De diagnose duurde langer dan de reparatie.Een doorgebrande zekering zegt niets welke string de oorzaak is. Bemanningen isoleerden de hele combiner en testten vervolgens de snaren één voor één met een stroomtang. De gemiddelde tijd om een ​​defecte string te isoleren was 74 minuten, en bij elke oproep waren twee technici nodig.
• Reserveonderdelen vermenigvuldigden zich.Twaalf SKU's met zekeringen reden op de vrachtwagens om de spanningswaarden, ampèrewaarden en houdertypes te dekken, voor een jaarlijkse uitgave van $ 26.400.
• De downtime stapelde zich op.Door uitval van strings werd in een jaar tijd 1.480 MWh aan opwekking van de vloot geëlimineerd, ter waarde van ongeveer $77.000 tegen gecontracteerde tarieven, en werden 620 ongeplande vrachtwagens voor $310 per stuk aangedreven.

Hagel in het metrogebied van Phoenix tijdens één lente veroorzaakte 90 zekeringstoringen in een week. De bemanningen werkten het hele weekend door en twee eigenaren van activa dienden servicecredits in binnen de responsperiode.

Waarom kiezen voor Soutya DC miniatuurstroomonderbrekers?

Het technische team vergeleek vier paden. Monitoring op stringniveau met de bestaande zekeringen bracht kapitaalkosten met zich mee van meer dan $ 900 per combiner. Het aangeven van zekeringhouders loste de diagnose op, maar hield de zekeringinventaris en de uitvaltijd behouden. DC-onderbrekers met gegoten behuizing overschreden de diepte van de bestaande behuizingen, wat nieuwe dozen en nieuwe betonnen kussentjes op de op de grond gemonteerde locaties betekende.

De Soutya DC-beveiligingsschakelaar paste op vier punten bij de behuizing en de workflow:

• Resetbare werking met een zichtbare uitschakelindicator, zodat een technicus de defecte string direct kan identificeren.
• Een tweepolige DIN-railvoetafdruk die in de bestaande 35 mm-rail valt zonder dat de behuizing hoeft te worden gewijzigd.
• Een DC-specifieke boogkamer met splitterplaten. Gelijkstroom heeft geen natuurlijke stroom nul, dus het uitsterven van de boog hangt af van de kamergeometrie en uitschakelsnelheid dan van een nuldoorgang.
• Een bereik van 6 A tot 63 A ampère dat de hele vloot dekte met drie SKU's in plaats van twaalf.

De classificaties werden gecontroleerd aan de hand van IEC 60947-2 en de combinerlijst, inclusief DC-spanningsclassificatie, breekvermogen en polariteitsmarkering.

Hoe werd de DC MCB-uitrol geïmplementeerd?

Het project liep 14 weken in twee staten.

1. Vlootaudit (week 1–3).De bemanningen registreerden het aantal strings, de nullastspanning, de bedrijfsstroom, de afmetingen van de behuizing en de interne omgevingstemperatuur bij elke combiner.
2. Specificatie en benchvalidatie (week 4–6).Twintig eenheden werden getest op een array van 1,2 MW met thermische beeldvorming tijdens piekinstraling, plus uitschakelverificatie bij de DC-limieten van de omvormer.
3. Pilot op drie locaties (week 7–9).Veldpersoneel heeft de resetprocedure getimed en elke reisgebeurtenis geregistreerd.
4. Uitrol van de vloot in twee golven (week 10–13).De werkzaamheden vonden plaats binnen de geplande onderhoudsvensters, zodat er geen generatie verloren ging door de retrofit.
5. Documentatie en reserveonderdelen (week 14).Enkellijnige diagrammen, koppelspecificaties en labels werden bijgewerkt, en elke vrachtwagen ontving een gestandaardiseerde reserveonderdelenset.

Het moeilijke moment.Twee combiners in de pilot schakelden op heldere dagen tussen 13.00 en 15.00 uur uit. Stringstroom gemeten 8,6 A tegen een stroomonderbreker van 10 A in een behuizing bij een interne omgevingstemperatuur van 68 °C. Thermische reductie in de box duwde de effectieve capaciteit onder de stringuitgang. De oplossing was het vergroten van deze posities naar stroomonderbrekers van 16 A en het toevoegen van een ventilatieopening van 20 mm in de deur van de behuizing, waarna de locaties acht weken zonder hinderlijke struikelblokken konden functioneren.

Wat heeft de overstap naar DC MCB’s opgeleverd in cijfers?

• Ongeplande vrachtwagenrollen: 620 tot 260 per jaar, een reductie van 58%, waardoor $ 111.600 aan arbeids- en voertuigkosten wordt bespaard.
• Verloren opwekking door uitval van strings: 1.480 MWh tot 562 MWh per jaar, een daling van 62%, waarmee ongeveer $ 47.800 aan gecontracteerde inkomsten wordt terugverdiend.
• Gemiddelde tijd om een ​​defecte string te isoleren: 74 minuten tot 22 minuten, een daling van 70%.
• Jaarlijkse uitgaven voor beschermingscomponenten: $26.400 tot $17.400, een daling van 34%.
• Totaal geïdentificeerde besparingen: $187.000 per jaar tegen retrofitkosten van bijna $96.000, een terugverdientijd binnen zeven maanden.

Ook het veiligheidsprofiel van de bemanning veranderde. Het vervangen van zekeringen onder belasting verdween uit de standaardprocedure en de DC-geclassificeerde werkinstructie voor een stringfout bestaat nu uit een lock-out, een visuele controle en een reset.

Wat zegt de klant over het project?

“Vroeger betekende een stringfout twee monteurs, een zekeringset en het grootste deel van de middag”, aldus de directeur van O&M. "Nu opent één technicus de behuizing, leest de kapotte stroomonderbreker, repareert de string en reset deze. Het aantal oproepen in de middag is in de eerste maand met de helft gedaald."

Het hoofd engineering voegde hieraan toe: "De audit was het onderdeel dat er toe deed. Het afstemmen van de onderbrekers op de omgevingstemperatuur van de behuizing in plaats van de stringstroom op het naamplaatje is wat de hinderlijke trips weghield."

Wat kunnen andere EPC's en asset-eigenaren van dit project leren?

• Grootte voor de doos, niet voor het gegevensblad.De interne omgevingstemperatuur op een behuizing op het dak kan 25°C boven de buitenlucht liggen, waardoor de stroomsterkte van een stroomonderbreker ver beneden de nominale waarde ligt.
• Pilot op de heetste locatie met de hoogste stralingsinstraling.Een enkele proef bij koud weer verbergt het thermische gedrag dat hinderlijke reizen in juli veroorzaakt.
• Beschouw de diagnosetijd als de belangrijkste besparing.Vervangende onderdelen leverden een derde van de besparing op; snellere foutlocatie leverde de rest op.
• Reflectie.Het team zou vóór het hagelseizoen met de audit beginnen en met de leverancier van de behuizing onderhandelen over een voorgemonteerde retrofitkit, een wijziging ter waarde van $12 per behuizing aan installatiearbeid.

Referenties

• IEC 60947-2:2019, Laagspanningsschakel- en besturingsapparatuur — Deel 2: Stroomonderbrekers.webwinkel.iec.ch/publication/62482
• UL 1699B:2018, Fotovoltaïsche (PV) DC-boogfoutcircuitbeveiliging.shopulstandards.com/ProductDetail.aspx?productId=UL1699B
• Simulatiestudie naar het boogbewegingsproces van DC-miniatuurstroomonderbrekers.doi.org/10.1063/5.0174184

Onderzoek verzenden

Specificaties en ampèrewaarden voor de Soutya DC-miniatuurstroomonderbreker zijn beschikbaar op de websiteDC-stroomonderbrekerproductpagina.