In che modo il quadro combinato 4 ingressi e 1 uscita CA da 690 V riduce i guasti sul lato CA di un impianto solare del 78%

Un operatore di asset solari su scala commerciale nell’Europa meridionale gestisce 85 MW di capacità fotovoltaica montata a terra in dodici siti. Ogni sito utilizza inverter di stringa ad alta potenza che emettono 690 V CA. Prima dell'aggiornamento, il collegamento lato AC tra quattro inverter e un trasformatore elevatore era il punto più soggetto a guasti dell'intero impianto. Dopo l'aggiornamento con il Combiner Box 4 In 1 Out Soutya da 690 V CA, l'operatore ha ridotto i tempi di inattività per guasto lato CA del 78% in sei mesi.

Qual era il background e la situazione operativa del cliente?

L'azienda gestisce diversi impianti fotovoltaici da 5 MW a 10 MW costruiti tra il 2017 e il 2020. In ciascun impianto, gruppi di quattro inverter forniscono 690 V CA attraverso scatole di giunzione separate e quadri individuali prima di entrare in un trasformatore di media tensione.

Il cablaggio obsoleto e i dispositivi di protezione non integrati erano diventati un problema di affidabilità. Gli impianti erano gestiti da un piccolo team O&M e il tempo medio per diagnosticare un problema sul lato CA superava la mezza giornata. Con la regione che si sta spostando verso finestre di tariffa feed-in più brevi, il proprietario aveva bisogno di una maggiore disponibilità e di costi di servizio inferiori per kilowattora.

Che cosa ha reso esattamente il cablaggio lato CA un collo di bottiglia ricorrente?

Prima del retrofit, l'uscita di ogni inverter era collegata a una generica scatola di giunzione da 690 V CA dotata di interruttori scatolati separati, scaricatori di sovratensione imbullonati e morsettiere. Queste scatole non fornivano la stessa spaziatura di fase o un'adeguata dissipazione del calore. I guasti si sono verificati in tre forme principali:

• I terminali allentati sugli alimentatori da 690 V hanno causato surriscaldamento e scatti intermittenti.
• Gli scaricatori sono stati montati senza un adeguato coordinamento di tipo 2, quindi i transitori indotti dai fulmini hanno danneggiato gli stadi di potenza dell'inverter due volte in un anno.
• Poiché la manutenzione su un inverter richiedeva l’apertura di un involucro sotto tensione, i lavoratori hanno dovuto spegnere l’intero gruppo di quattro inverter, producendo perdite di generazione di circa 920 dollari l’ora per impianto.

Il costo annuale totale di questi guasti sul lato CA, inclusi materiali di riparazione, manodopera e mancate entrate, è stato di 23.000 dollari per sito da 10 MW.

Perché scegliere il combinatore Soutya 690V AC 4 In 1 Out?

L'operatore ha esaminato tre alternative: quadri di distribuzione CA standard di un quadrista locale, sezionatori commerciali con fusibili e la scatola Soutya. Il quadrista non è riuscito a fornire un quadro elettrico da 690 V CA che superasse i test di protezione da sovratensione di tipo 2 richiesti dalla norma IEC 61643-11. I dispositivi di disconnessione con fusibile mancavano di un adeguato coordinamento del cortocircuito con il trasformatore a valle.

Il Combiner Box 4 In 1 Out Soutya 690 V AC si adattava perfettamente alla topologia elettrica esistente. Unisce quattro ingressi da 690 V CA in un'unica uscita protetta con quattro interruttori automatici di ingresso e un unico interruttore di uscita. Il dispositivo di protezione contro le sovratensioni integrato è classificato secondo la norma IEC 61643-11 e il layout dell'involucro prevede scomparti separati per cavi e sbarre sotto tensione. Ciò ha ridotto l'ingombro necessario di oltre il 60% rispetto al quadro precedente.

Come è stata distribuita la soluzione su più siti?

Il progetto di installazione si è svolto in tre fasi nell'arco di quattro mesi. Il team ha selezionato come sito pilota l'impianto con il maggior numero di guasti.

I passaggi principali sono stati:

1. Diseccitato il lato CA di un gruppo di quattro inverter e rimosso l'armadio esistente.
2. Ho montato la scatola Soutya su un telaio unistrut esistente vicino al trasformatore.
3. Terminare quattro cavi in ​​rame da 185 mm² dagli inverter e un cavo da 300 mm² al trasformatore.
4. Configurare i valori nominali dell'interruttore di ingresso in modo che corrispondano alla protezione di uscita dell'inverter e impostare l'SPD sulla tensione di sistema di 690 V CA.
5. Messa in servizio dell'uscita di monitoraggio su RS485 e verificata le soglie di intervento rispetto allo SCADA dell'impianto.

Una difficoltà tipica era che i cavi di uscita esistenti dei quattro inverter avevano lunghezze diverse e giacevano in percorsi diversi. Ciò ha causato impedenze di linea leggermente sbilanciate. La soluzione è stata quella di installare collegamenti equalizzatori di sbarre collettrici e tagliare la lunghezza dei cavi all'interno di ciascun gruppo; la temperatura del terminale è rimasta uniforme dopo una giornata di funzionamento a pieno carico.

Quali risultati misurabili ha ottenuto la pianta?

Sei mesi dopo la prima installazione, l'operatore ha confrontato il sito pilota con la sua performance storica:

• La frequenza dei guasti sul lato CA è scesa da dodici incidenti all'anno a meno di tre, con una riduzione del 75%.
• I tempi di inattività non programmati dovuti a guasti a 690 V CA sono diminuiti del 78%, ovvero 11,5 ore aggiuntive di funzionamento a pieno carico per gruppo di inverter all'anno.
• Il costo annuale dei guasti lato AC, compresa la perdita di produzione, è diminuito da 21.000 a 5.500 dollari per impianto da 10 MW.
• Il tempo di installazione per ciascun gruppo di inverter è sceso da due giorni interi a quattro ore, con un risparmio di 1.600 dollari in manodopera per sito.
• L'isolamento di un singolo inverter per manutenzione non richiede più lo spegnimento dell'intero gruppo; il gruppo rimane online al 75% della capacità.

Cosa dice il direttore dello stabilimento?

Il responsabile tecnico dell'impianto dell'operatore ha descritto l'effetto: "Il quadro combinatore Soutya da 690 V CA ha eliminato i peggiori guasti termici e da sovracorrente che abbiamo avuto a 690 volt. In dodici mesi, non abbiamo serrato nuovamente un terminale di alimentazione e possiamo isolare un singolo inverter senza interrompere la produzione per l'intero blocco. Questo cambiamento si è ripagato da solo in questo progetto."

Cosa possono imparare gli altri operatori industriali e solari da questo retrofit?

Questo caso suggerisce diverse lezioni, non limitate alla pianta originale.

• La protezione lato CA merita lo stesso rigore delle specifiche della protezione delle stringhe lato CC. Gli SPD testati di tipo 2 IEC 61643-11 e le pratiche di progettazione degli array IEC 62548 devono essere rispecchiate sull'uscita CA.
• Una scatola combinatrice completa 4 in 1 riduce la manodopera di installazione e i tempi di ricerca dei guasti negli impianti di retrofit in cui lo spazio fisico è fisso.
• Prima di scegliere una scatola, ispezionare la lunghezza dei cavi, l'isolamento e il percorso del vassoio; la stessa impedenza di blocco ridurrà il rischio di hotspot.

Se l'operatore dovesse ripetere il progetto, ordinerebbe una scatola di riserva nel lotto iniziale ed eseguirebbe scansioni di immagini termiche durante la messa in servizio, perché tali scansioni renderebbero tracciabili i controlli finali del terminale. Da allora l'azienda ha applicato lo stesso combiner box da 690 V CA ai suoi vecchi impianti da 10 MW e prevede lo stesso miglioramento della disponibilità per l'intero portafoglio da 85 MW.

Riferimenti del settore:

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