Fallstudie: 1000V DC Combiner Box 6 In 2 Out minskar solarraykostnaderna med 15 %

Kundens bakgrund

Ett medelstort företag inom solenergiteknik, inköp och konstruktion (EPC) i södra Spanien hanterar markmonterade installationer i allmännyttiga skala över den iberiska halvön. Med 200 anställda och en årlig pipeline på 80 MW arbetar företaget rutinmässigt med projekt där landområde, kabeldragningar och växelriktare är ordnade i snäva geografier.

Verksamheten hade vunnit ett kontrakt för att bygga om och utöka en befintlig 1,6 MW solcellsanläggning genom att lägga till 0,8 MW ny kapacitet. Anläggningen uppfyllde inte längre de strängare säkerhets- och prestandakraven för dagens DC-utrustning, så de gamla arrayboxarna och kablarna måste bytas ut. Ingenjörsteamet letade efter en lösning som skulle sänka balansen mellan systemkostnaderna samtidigt som installationen hölls säker och stopp minimal.

Utmaningar och smärtpunkter

Den ursprungliga solcellsanläggningen använde 600 V klassade kombinerarboxar parade med en 380 V inverterlinje. Var fjärde strängkrets kombinerades till en matare, vilket krävde långa lågspänningskablar. På den nya sektionen planerade teamet att använda 1000 V solcellsmoduler och en 1000 V-kapabel central växelriktare för att minska kabeltvärsnitten och förbättra växelriktarens effektivitet.

Problemet var att vanliga 600 V kombinerarboxar inte kunde acceptera de högre strängspänningarna. Projektledarna behövde därför en kombinerarbox som klarar 1000 V DC samtidigt som den matar två oberoende växelriktaringångar. De befintliga kabelrännorna och diken hade inte råd med betydande nya vägar, så projektet behövde en kompakt låda som tillät sex strängar att komma in och två grupputgångar att lämna, vilket begränsade nya kabeldragningar och förkortade matarlängder.

Ytterligare en huvudvärk kom från underhåll. I den gamla installationen isolerades kortslutningar eller strängfel med långsamma mekaniska säkringar. Det orsakade tidskrävande felsökning och oplanerade generationsförluster med några månaders mellanrum. När anläggningen återupptogs försökte EPC undvika dessa förluster.

Varför Soutya 1000V DC Combiner Box 6 In 2 Out MCB Typ?

Ingenjörsteamet utvärderade tre alternativ: vanliga hemodlade kopplingsdosor med säkringshållare, importerade högspänningskombinationsdosor som erbjuds av en modulpartner, och Soutya 1000V DC-kombinationsdosan. Den första lösningen uteslöts eftersom fältbyggda boxar saknar ordentliga IP-klassade kapslingar och DC-klassade brytare. Det andra alternativet var dyrare och hade ledtider på mer än tio veckor.

Soutya 1000V DC-kombiboxen stack ut på grund av tre produktegenskaper som matchade projektets krav exakt.

• Sex DC-ingångar och två utgångar, vilket ger designen möjligheten att mata två separata MPPT-ingångar för växelriktaren utan extra underpanel.
• MCB-typskydd istället för säkringshållare. Detta möjliggjorde enkel återställning och felsökning utan att några extra säkringar behövdes.
• Klassad för 1000 V DC enligt projektets strängspänningslayout, så lådan kan placeras nära arrayen och fortfarande följa anläggningens säkra spänningströsklar.

Dessutom kom lådan från en lokal leverantör med en kort ledtid på två veckor. Inköpschefer jämförde kostnaden för Soutya-enheten med konkurrenterna och beräknade en besparing på 22 % per kapsling, innan de övervägde kabeldragning och arbetsbesparingar.

Implementerings- och ansökningsprocess

Projektet levererade den fullständiga kraftförsörjningen och expansionen under en tre månader lång byggperiod. Installationen av 1000V DC-kombinationsboxarna tog sex dagar över tio nya och ersättningsarrayer.

Laget följde en tydlig sekvens:

1. Efter att ha fixerat monteringsställen installerade teknikerna DC-strängledningarna till kombinerarboxens positioner med ett spänningstest vid 1000 V DC.
2. Varje Soutya 1000V DC-kombinationslåda monterades på racket med dess neutrala och ledningsingångar vända nedåt, vilket skyddade MCB-facket från regnintrång.
3. Sex strängledare avslutades inuti varje låda och vridmomentkontrollerades enligt etikettvärdena.
4. De två utmatningarna dirigerades till växelriktarens MPPT-ingångssektioner och DC-brytarna kopplades in först efter att alla anslutningar hade verifierats.

En viktig svårighet uppstod på ståltrimmade tak där jordningsplattan på kapslingen inte kunde skruvas fast. Tillverkarens försäljningstekniker föreslog att man skulle använda en jordningssats med kompressionsterminaler med ett hål. Platspersonalen använde det rekommenderade pressverktyget och klarade ett kontinuitetstest. Det eliminerade en potentiell försening på två dagar.

Kvantifierade resultat

Efter driftsättning och en hel sommardriftssäsong jämförde EPC den förnyade anläggningens prestanda med den äldre sektionen som arbetar med samma inverterklass.

• Kabelkopparvikten per strängmatare minskade med 35 %, eftersom 1000 V-strängarna gick med högre spänning och lägre ström samtidigt som samma gräns för spänningsfall bibehölls.
• Den totala materialkostnaden för systembalansen för den extra 0,8 MW-delen reducerades med 15 % jämfört med en baslinje 600 V-design, inklusive det effektiva priset för Soutya 1000V DC-kombinationslåda.
• Felåterställningstiden gick från i genomsnitt 55 minuter till 8 minuter tack vare brytarna av MCB-typ och det lättåtkomliga 6-i-2-ut-arrangemanget.
• Generationstillgängligheten förbättrades med 3,4 % under de första tre månaderna jämfört med den historiska prestandan för de äldre arrayboxarna med säkringsbaserat skydd.

Eftersom färre undermatare behövdes, förkortades även dikeslängden med 18 %. Det sparade en veckas grävning och minskade packningsarbetet innan växelriktarna monterades.

Kundperspektiv

Chefen för elektroteknik vid EPC sa:

"Kombinatorlådan på 1000V DC gav oss den dubbla utgångslayouten vi behövde utan speciell tillverkning. Vi har sänkt våra materialkostnader och, mer, när en sträng löser sig nu återställer besättningen den på några minuter än att spendera timmar på att leta efter en trasig säkring."

Anläggningsägaren upprepade den synen och noterade att den nya konfigurationen möjliggjorde framtida expansion utan att ersätta den ursprungliga DC-infrastrukturen.

Lektioner och rekommendationer

För andra EPC-företag som planerar liknande högspännings DC-solenergiarbete, sticker tre punkter ut:

• Välj en kombinerarbox med rätt antal in- och utgångar för växelriktartopologin innan layouten påbörjas. En 6-i-2-ut-enhet kan avsevärt minska antalet matare och sekundära distributionspaneler.
• MCB-baserat skydd är värt den något högre initialkostnaden, eftersom driftstopp underskattas i ett affärscase. En undviken halvdagsavbrott kan betala för extra.
• Bekräfta kraven på jordning och IP-skydd med leverantören före leverans. En liten detalj som en jordningssats kan påverka installationshastigheten och tillförlitligheten för upphöjda tak.

Om projektet gjordes om skulle teamet beställa förborrade glandsatser och märkta ledningsmarkörer samtidigt som lådorna. Den enkla förändringen skulle minska tiden för stängning av inspektioner med ytterligare två dagar över hela anläggningen.

Referenser till industristandarder

Den tillämpade installationen och valet av 1000V DC-kombiboxen följer de relevanta IEC-kraven: IEC 62548:2016 för PV-arraydesign och strukturella krav, och IEC 61643-11:2011 för överspänningsskyddskoordinering på DC-sidan.

• IEC 62548:2016 — Fotovoltaiska (PV) arrayer — Designkrav.https://webstore.iec.ch/publication/62548
• IEC 61643-11:2011 — Lågspänningsöverspänningsskyddsanordningar — SPD:er anslutna till lågspänningssystem.https://webstore.iec.ch/publication/61643-11