Caso di studio: Il quadro combinato da 1.000 V CC 6 ingressi e 2 uscite riduce i costi dei pannelli solari del 15%

Sfondo del cliente

Una società di medie dimensioni di ingegneria, approvvigionamento e costruzione solare (EPC) con sede nel sud della Spagna gestisce installazioni a terra su larga scala in tutta la penisola iberica. Con 200 dipendenti e una pipeline annua di 80 MW, l'azienda lavora abitualmente su progetti in cui il territorio, i percorsi dei cavi e gli inverter sono disposti in aree geografiche ristrette.

L'azienda si era aggiudicata un contratto per ripotenziare ed espandere un impianto solare esistente da 1,6 MW aggiungendo 0,8 MW di nuova capacità. L'impianto non soddisfaceva più i più severi requisiti di sicurezza e prestazioni delle odierne apparecchiature CC, quindi è stato necessario sostituire i vecchi array e i cavi. Il team di ingegneri era alla ricerca di una soluzione che riducesse i costi di equilibrio del sistema mantenendo l'installazione sicura e riducendo al minimo le interruzioni.

Sfide e punti dolenti

L'impianto solare originale utilizzava quadri elettrici da 600 V abbinati a una linea di inverter da 380 V. Ogni quattro circuiti di stringa venivano combinati in un unico alimentatore, richiedendo lunghi cavi a bassa tensione. Nella nuova sezione, il team ha pianificato di utilizzare moduli solari da 1.000 V e un inverter centrale con capacità di 1.000 V per ridurre le sezioni trasversali dei cavi e migliorare l'efficienza dell'inverter.

Il problema era che le scatole combinatrici standard da 600 V non potevano accettare tensioni di stringa più elevate. I responsabili del progetto, pertanto, necessitavano di un quadro combinato in grado di gestire 1.000 V CC alimentando al tempo stesso due ingressi inverter indipendenti. Le canaline e le trincee esistenti non potevano permettersi nuovi percorsi significativi, quindi il progetto necessitava di una scatola compatta che consentisse l'ingresso di sei stringhe e l'uscita di due gruppi di uscite, limitando i nuovi cavi e accorciando la lunghezza degli alimentatori.

Un altro mal di testa proveniva dalla manutenzione. Nel vecchio impianto i cortocircuiti o i guasti alle stringhe venivano isolati con fusibili meccanici lenti. Ciò comportava una ricerca dei guasti dispendiosa in termini di tempo e perdite di generazione non pianificate ogni pochi mesi. Con il ripotenziamento dell’impianto, l’EPC ha cercato di evitare tali perdite.

Perché la scatola combinatrice Soutya da 1000 V CC con 6 ingressi e 2 uscite di tipo MCB?

Il team di ingegneri ha valutato tre alternative: scatole di giunzione standard prodotte internamente con portafusibili, scatole combinatrici ad alta tensione importate offerte da un partner del modulo e la scatola combinatrice Soutya da 1.000 V CC. La prima soluzione è stata esclusa perché le scatole costruite sul campo non dispongono di involucri adeguati con classificazione IP e interruttori automatici con classificazione CC. La seconda opzione era più costosa e richiedeva tempi di consegna superiori a dieci settimane.

Il quadro combinatore Soutya da 1000 V CC si è distinto per tre caratteristiche del prodotto che corrispondevano esattamente ai requisiti del progetto.

• Sei ingressi CC e due uscite, che conferiscono al progetto la possibilità di alimentare due ingressi MPPT separati dell'inverter senza un sottopannello aggiuntivo.
• Protezione di tipo MCB al posto dei portafusibili. Ciò ha consentito un facile ripristino e risoluzione dei problemi senza la necessità di fusibili di riserva.
• Valutato per 1000 V CC in base al layout della tensione di stringa del progetto, in modo che la scatola possa essere posizionata vicino all'array e rispettare comunque le soglie di tensione di sicurezza dell'impianto.

Inoltre, la scatola proveniva da un fornitore locale con un tempo di consegna breve di due settimane. I responsabili degli acquisti hanno confrontato il costo dell'unità Soutya con quello della concorrenza e hanno calcolato un risparmio del 22% per armadio, prima di considerare il risparmio di cablaggio e manodopera.

Processo di implementazione e applicazione

Il progetto ha previsto il ripotenziamento e l'espansione completi durante un periodo di costruzione di tre mesi. L'installazione dei quadri di connessione da 1.000 V CC ha richiesto sei giorni su dieci array nuovi e sostitutivi.

La squadra ha seguito una sequenza chiara:

1. Dopo aver fissato i rack di montaggio, i tecnici hanno installato le linee delle stringhe CC nelle posizioni del quadro combinato con un test di tensione a 1000 V CC.
2. Ogni scatola combinatrice Soutya da 1.000 V CC è stata montata sul rack con gli ingressi del neutro e del condotto rivolti verso il basso, proteggendo il compartimento MCB dalle infiltrazioni di pioggia.
3. Sei conduttori di stringa sono stati terminati all'interno di ciascuna scatola e sottoposti a controllo della coppia in base ai valori dell'etichetta.
4. Le due alimentazioni di uscita sono state instradate alle sezioni di ingresso MPPT dell'inverter e gli interruttori CC sono stati attivati ​​solo dopo aver verificato tutte le connessioni.

Una difficoltà fondamentale è emersa sui tetti con rifiniture in acciaio dove la piastra di messa a terra dell'involucro non poteva essere imbullonata. L'ingegnere prevendita del produttore ha suggerito di utilizzare un kit di capicorda di messa a terra con terminali di compressione a un foro. Il personale del sito ha applicato lo strumento di crimpatura consigliato e ha superato un test di continuità. Ciò ha eliminato un potenziale ritardo di due giorni.

Risultati quantificati

Dopo la messa in servizio e un’intera stagione operativa estiva, l’EPC ha confrontato le prestazioni dell’impianto ripotenziato con quelle della sezione più vecchia funzionante con la stessa classe di inverter.

• Il peso del cavo in rame per alimentatore di stringa è diminuito del 35%, poiché le stringhe da 1.000 V funzionavano a una tensione più elevata e a una corrente inferiore mantenendo lo stesso limite di caduta di tensione.
• Il costo complessivo dei materiali di bilancio del sistema per la porzione aggiuntiva di 0,8 MW è stato ridotto del 15% rispetto a un progetto di base da 600 V, compreso il prezzo effettivo del quadro combinatore Soutya da 1.000 V CC.
• Il tempo di ripristino dei guasti è passato da una media di 55 minuti a 8 minuti grazie agli interruttori di tipo MCB e alla disposizione 6-in-2-out di facile accesso.
• La disponibilità della generazione è migliorata del 3,4% nei primi tre mesi rispetto alla performance storica dei vecchi array box con protezione basata su fusibili.

Poiché erano necessari meno alimentatori secondari, anche la lunghezza dello scavo è stata ridotta del 18%. Ciò ha consentito di risparmiare una settimana di scavi e di ridurre il lavoro di compattazione prima del montaggio degli inverter.

Prospettiva del cliente

Il capo dell’ingegneria elettrica dell’EPC ha dichiarato:

"La scatola combinatrice da 1.000 V CC ci ha fornito il layout a doppia uscita di cui avevamo bisogno senza lavorazioni speciali. Abbiamo ridotto i costi dei materiali e, inoltre, quando una stringa scatta, ora la squadra la ripristina in pochi minuti invece di passare ore a cercare un fusibile bruciato."

Il proprietario dell'impianto ha fatto eco a questo punto di vista, sottolineando che la nuova configurazione ha consentito un'espansione futura senza sostituire l'infrastruttura DC originale.

Lezioni e raccomandazioni

Per altre società EPC che pianificano lavori solari CC ad alta tensione simili, emergono tre punti:

• Scegli un quadro di combinazione con il giusto numero di ingressi e uscite per la topologia dell'inverter prima di iniziare il layout. Un'unità 6-in-2-out può ridurre notevolmente il numero di alimentatori e pannelli di distribuzione secondari.
• La protezione basata su MCB vale il costo iniziale leggermente più elevato, poiché i tempi di inattività operativa sono sottovalutati in un caso aziendale. Un'interruzione di mezza giornata evitata può pagare un extra.
• Confermare i requisiti di messa a terra e di protezione IP con il fornitore prima della spedizione. Un piccolo dettaglio come un kit di messa a terra può influenzare la velocità e l'affidabilità dell'installazione, per i siti su tetti sopraelevati.

Se il progetto venisse rifatto, il team ordinerebbe kit di pressacavi preforati e tubi segnaletici per conduttori etichettati insieme alle scatole. Questo semplice cambiamento ridurrebbe i tempi di ispezione di chiusura di altri due giorni in tutto l'impianto.

Riferimenti agli standard di settore

L'installazione applicata e la selezione del quadro combinatore da 1.000 V CC seguono i requisiti IEC pertinenti: IEC 62548:2016 per la progettazione dell'array fotovoltaico e i requisiti strutturali e IEC 61643-11:2011 per il coordinamento della protezione da sovratensione sul lato CC.

• IEC 62548:2016 — Gruppi fotovoltaici (PV) — Requisiti di progettazione.https://webstore.iec.ch/publication/62548
• IEC 61643-11:2011 — Dispositivi di protezione da sovratensione a bassa tensione — SPD collegati a sistemi di alimentazione a bassa tensione.https://webstore.iec.ch/publication/61643-11