Come un Solar EPC riduce i costi legati ai guasti da arco CC del 35% con il combinatore Soutya AFCI

Sfondo del cliente

Azienda di medie dimensioni di EPC solare con sede a Stoccarda, in Germania, progetta e installa sistemi fotovoltaici commerciali su tetto in tutta Europa. Con un portafoglio di 80 MW nell'ambito di contratti O&M a lungo termine, l'azienda serve impianti di produzione, centri logistici e operatori di celle frigorifere. Ogni progetto varia da 500 kW a 2 MW e l'azienda è responsabile sia della costruzione che della manutenzione continua.

Il team O&M dell'azienda aveva a che fare con un numero crescente di scatti degli inverter ed eventi termici causati da guasti dell'arco CC. I principali colpevoli erano connettori invecchiati, sfregamento dei cavi e terminazioni allentate nei circuiti delle stringhe. Con l’espansione del portafoglio, il costo della manutenzione reattiva ha cominciato a erodere i margini di profitto.

La sfida: guasti dell'arco CC non rilevati

I guasti dell'arco CC sono pericolosi perché si protraggono senza assorbire corrente sufficiente per attivare un fusibile o un interruttore automatico standard. Nei quadri elettrici esistenti dell'azienda sono stati installati solo fusibili di stringa e dispositivi di protezione contro le sovratensioni. Questi fornivano protezione da sovracorrente e sovratensione, ma non erano in grado di rilevare guasti da arco in serie che si verificano in cavi danneggiati o connessioni allentate.

Le conseguenze furono tangibili. Nei 12 mesi precedenti l'inizio del progetto, il team è intervenuto in 14 interventi dell'inverter riconducibili a connettori danneggiati. Ogni viaggio richiedeva una visita in loco, scansioni di immagini termiche e un'ispezione manuale di ogni connessione nella stringa. Una singola sessione di risoluzione dei problemi durava in media otto ore. Inoltre, sono stati segnalati due incidenti mancati in cui un arco elettrico aveva sciolto l'isolamento di un connettore, provocando fumo e rischiando un incendio. Il costo stimato per tale evento, se non rilevato, potrebbe superare i 50.000 dollari in danni alle risorse e tempi di inattività.

Perché la scatola combinatrice Soutya DC AFCI?

L'azienda ha valutato tre opzioni. Il primo consisteva nell'aggiungere moduli AFCI all'ingresso dell'inverter, ma questo monitorava solo l'uscita combinata di tutte le stringhe e non era in grado di identificare quale stringa presenta un guasto. La seconda opzione era sostituire tutti i connettori dei cavi con connettori di qualità superiore, che non avrebbero risolto il problema del degrado futuro. La terza opzione era il combinatore Soutya DC AFCI con una configurazione 12 in 1.

La decisione si è ridotta a tre vantaggi chiave. Innanzitutto, la scatola combinatrice Soutya fornisce il rilevamento dei guasti da arco elettrico per stringa. Ciascuno dei 12 ingressi è monitorato in modo indipendente, quindi un guasto viene immediatamente localizzato. In secondo luogo, l'unità integra sia la protezione AFCI che quella da sovracorrente in un unico involucro, semplificando l'installazione e riducendo il numero di componenti da ispezionare. In terzo luogo, è conforme allo standard UL 1699B e supporta i requisiti di progettazione dello standard IEC 62548, garantendo all'EPC la fiducia sia per i mercati europei che per quelli di esportazione.

Processo di implementazione e applicazione

Il progetto è stato implementato su tre array commerciali su tetto, ciascuno con da 8 a 10 stringhe. L'intero progetto ha richiesto sei settimane, dalla pianificazione alla messa in servizio. I combinatori esistenti sono stati rimossi e sostituiti con il combinatore Soutya DC AFCI. Poiché il layout 12 in 1 corrispondeva al percorso delle stringhe esistente, il team ha riutilizzato la maggior parte dei cavi CC, risparmiando sui costi dei materiali e sui tempi di installazione.

Una difficoltà tipica era l'adeguamento in spazi ristretti. La nuova scatola combinatrice ha un ingombro maggiore rispetto a una semplice unità con solo fusibili, quindi è stato necessario regolare le staffe di montaggio su un tetto. Il team ha risolto questo problema utilizzando una piastra posteriore in acciaio inossidabile e un condotto flessibile, completando il retrofit senza modificare la disposizione strutturale.

Dopo l'installazione, il team ha collegato l'uscita Modbus RTU al sistema SCADA esistente. La scatola combinatrice trasmetteva corrente, tensione e stato di guasto dell'arco per stringa al centro di monitoraggio remoto. I test di messa in servizio includevano un guasto ad arco simulato, che l'unità ha risolto in meno di 0,5 secondi identificando la stringa esatta.

Risultati quantificabili

• Tempo di risoluzione dei problemi ridotto del 90%:Il tempo medio di risposta al guasto è sceso da 8 ore a 45 minuti perché la casella AFCI identifica immediatamente la stringa difettosa.
• Riduzione dei costi di O&M del 35%:I tre siti ora richiedono meno chiamate di emergenza. Il risparmio annuale ammonta a $ 18.000 in tutto il portafoglio.
• Diminuzione dei tempi di inattività dell'inverter del 60%:Evitando la formazione di archi prolungati che potrebbero causare l'intervento dell'inverter, i siti hanno registrato il 60% in meno di disconnessioni non pianificate.
• Rilevati due guasti d'arco in anticipo:Durante i primi 12 mesi, l'unità ha rilevato due archi elettrici in serie nella fase iniziale, prevenendo potenziali incendi e danni.

L’impatto complessivo è andato oltre i numeri. Il team O&M è passato dalla riparazione reattiva all'ispezione proattiva. I dati raccolti dalla scatola combinatrice hanno consentito loro di programmare la sostituzione dei cavi durante le finestre di manutenzione pianificate piuttosto che in caso di emergenza.

Testimonianza del cliente

"La scatola combinatrice Soutya DC AFCI ha dato al nostro personale la possibilità di identificare un connettore guasto prima che diventasse un incendio. L'allarme per stringa e la registrazione dei dati hanno cambiato il modo in cui gestiamo il nostro portafoglio fotovoltaico."

Lezioni e raccomandazioni

1. Posizionare il rilevamento dei guasti da arco a livello di stringa. Il rilevamento a livello di inverter non è in grado di localizzare i guasti e lascia i lunghi cavi CC non protetti.
2. Combina il monitoraggio con la protezione. Una scatola di combinazione che riporta la corrente e lo stato di ogni stringa crea dati utilizzabili per la manutenzione predittiva.
3. Budget per la formazione. I sintomi dei guasti da arco differiscono dagli eventi di sovracorrente e i tecnici devono comprendere la tecnologia per rispondere.

Se l'azienda dovesse eseguire nuovamente questo progetto, installerebbe le scatole Soutya AFCI su tutti i nuovi progetti fin dall'inizio, invece di eseguire il retrofit. La standardizzazione sulla configurazione 12 in 1 semplificherebbe l’inventario dei pezzi di ricambio e renderebbe la diagnostica remota più coerente tra i siti.

Riferimenti

1. UL 1699B:2018 Protezione del circuito contro i guasti da arco elettrico CC fotovoltaico (PV).Collegamento
2. IEC 62548:2016 Gruppi fotovoltaici (PV) — Requisiti di progettazione.Collegamento
3. IEC 60364-7-712:2017 Impianti elettrici a bassa tensione - Parte 7-712: Sistemi di alimentazione solare fotovoltaica.Collegamento