Hur en kommersiell solenergi-EPC minskade snabb avstängningsinstallationstid med 40 %

Kundens bakgrund

Baserat i Austin, Texas, är detta solenergiteknik-, inköps- och konstruktionsföretag (EPC) specialiserat på solcellssystem på taket för distributionscenter och logistiklager. Företaget installerar 20 till 30 system varje år, från 300 kW till 800 kW. De flesta av dessa hustak är i jurisdiktioner som har antagit 2020 års revision av National Electrical Code, vilket innebär att varje system måste ha en listad lösning för snabb avstängning som minskar spänningen inom arrayen till ≤80 V inom 30 sekunder efter initiering.

Med en fältpersonal på heltid på 14 och en genomsnittlig projektcykel på två månader behövde teamet en snabb avstängningsmetod som var både kodkompatibel och enkel nog att hålla installationen igång på flera arbetsplatser. Den tidigare lösningen fungerade, men den kom med dolda kostnader som inte dök upp i materiallistan förrän sent i schemat.

Utmaningar med den tidigare layouten för snabb avstängning

Företaget specificerade ett effektoptimeringssystem på modulnivå för snabb avstängning. Varje box behövde en proprietär kommunikationslänk till en central gateway, och gatewayen krävde en separat Ethernet-kabel och en 24 V DC-styrledning tillbaka till växelriktarområdet. På ett 400 kW tak med mer än 900 moduler innebar det att man drar extra lågspänningskablar längs varje modulrad och avslutade den på tre separata gateway-platser.

Fälttekniker ägnade mer tid åt att installera och felsöka dessa kommunikationslänkar än de gjorde på DC-strängledningarna. Långa trådar tappar ibland signaler, vilket gör att växelriktarens avstängningskontroller rapporterar ett fel. Även när arrayen var säker utlöste intermittenta kommunikationsfel falsklarm och misslyckade inspektioner. Ett projekt krävde fyra platsbesök innan den lokala AHJ accepterade avstängningstidstestet. Det extra arbetet, omarbetningen och inspektionsförseningarna lade till 0,045 USD per watt till företagets installerade kostnad.

Varför Soutya 24V DC Power Line Control Rapid Shutdown Device?

Medan de utvärderade alternativen jämförde EPC-teamet tre alternativ:

• Byte till mikroinvertrar med integrerad snabb avstängning - krävde byte av hela inverterplattformen och höjde komponentkostnaden med stor marginal.
• Att behålla kraftoptimerare men anställa en större elektrisk besättning - löste inte det grundläggande tillförlitlighetsproblemet för kommunikationsledningar.
• Genom att använda Soutya 24 V DC kraftledningsstyrningsenhet för snabb avstängning - eliminerades den separata kommunikationsbussen helt.

Soutya-enheten skickar avstängningskommandot över den befintliga likströmskabeln, med hjälp av en 24 V likströmsledningssignal för att kommunicera med sändare på modulnivå. Det finns ingen ytterligare Ethernet-körning och ingen separat lågspänningssensorlinje. Kapslingen monteras vid varje strängkombinationspunkt och ansluts till en standardsträngväxelriktare. En enda kontrollenhet kan hantera flera strängar, vilket minskar antalet kontrollboxar som behövs per tak.

En annan avgörande faktor var kompatibilitet. EPC var redan standardiserad på ett märke av strängväxelriktare, och Soutya-enheten fungerar med växelriktare som inte har inbyggd snabbavstängning. Det låter företaget behålla sin befintliga inverterinventering och transformatordesign, vilket undviker en kostsam omkoppling av varje projekt.

Implementering och implementering

Den första utplaceringen skedde på ett 410 kW platt kommersiellt tak i Dallas. Utbyggnaden sträckte sig över två faser under tre veckor:

• Fas ett: Ersatte de tre gatewaysystemen i optimeringsstil med två Soutya-kontrollboxar vid DC-kombineringspanelerna.
• Fas två: Installerade matchande sändare på Soutya-modulnivå och terminerade dem på befintliga DC-kabelskor utan att dra en ny kommunikationsledning.
• Sedan kopplade teamet AC-frånkopplingsspärren, som utlöser avstängning när växelriktarens AC-sida är strömlös.

Ett hinder uppstod under det första avstängningstestet. En svag jordanslutning gjorde att likströmsledningens styrsignal tappade styrka nära slutet av en lång sträng. Soutyas applikationsingenjör rekommenderade att installera ett 10 m integrerat signalfilter i slutet av den strängen. Det löste problemet på mindre än en timme. Efter justeringen mätte avstängningstestet 8 V vid modulens huvudkontakt inom 22 sekunder, bekvämt under 80 V-gränsen.

Kvantifierade resultat

Företaget spårade 18 färdiga taksystem efter det första året med Soutyas snabbavstängningsanordning. Uppmätta resultat jämfört med tidigare tillvägagångssätt:

• Installationstiden minskade med 43 %- Den genomsnittliga arbetstimmar för installation av snabb avstängning gick från 21 timmar per 400 kW-projekt till 12 timmar, vilket minskade en hel dag från schemat.
• Omarbete och inspektionsfel ner till noll- de tidigare 1,4 misslyckade inspektionerna per system hänförliga till kommunikationsfel sjönk till noll för alla 18 system.
• Installationskostnaden minskade med 35 %- Totalt antal delar och arbete för snabb avstängning efterlevnad sjönk från $0,048 per watt till $0,031 per watt. På ett 400 kW-projekt som översattes till $6 800 i hårda besparingar.

Dessa vinster gjorde det möjligt för EPC att absorbera en senare materialprishöjning utan att ändra dess budpris, och det förkortade byggschemat förbättrade leverans i tid för lagerhyresgäster som behövde sina tak i drift.

Kundrekommendation

"Snabb avstängning på modulnivå brukade vara vårt största smutsiga arbetsområde", säger företagets VP of Operations. "Soutya 24 V DC kraftledningsstyrenhet tog ett lager av komplexitet ur hela systemet. Vi drar inte extra dataledning längre, och vi har inte haft ett enda kommunikationsfel sedan vi bytte."

Lektioner och rekommendationer

Tre lärdomar från detta projekt sticker ut för andra installatörer:

• Leta efter en lösning som återanvänder befintliga ledningar.Kraftledningsstyrning undviker dedikerad kommunikationskabel, vilket är värdefullt för eftermonteringsprojekt och långa takspann.
• Bekräfta kompatibiliteten tidigt med ditt specifika växelriktarmärke.Det första pilottestet innan man förbinder sig till ett fullständigt köp räddade teamet månader av felsökning senare.
• Mät den totala kostnaden för överensstämmelse, inte delpriset.Besparingen på 6 800 USD på arbete och omarbetning per projekt var mer än hela skillnaden i komponentkostnad.

Om teamet kunde starta om projektet skulle de sätta signalstyrkefiltret på designritningen från början för en sträng längre än 300 m. Ändå var den mindre justeringen det enda problem som uppstod i alla 18 installationer.

Referenser

• NEC 690.12 (NFPA 70), Snabb avstängning av PV-system på byggnader, 2020 års upplaga.https://www.nfpa.org/70
• IEC 60947-1, Lågspänningsställverk och kontrollutrustning - Del 1: Allmänna regler.https://webstore.iec.ch/publication/6123