Come un EPC solare commerciale riduce del 40% i tempi di installazione per lo spegnimento rapido

Sfondo del cliente

Con sede ad Austin, in Texas, questa società di ingegneria, approvvigionamento e costruzione solare (EPC) è specializzata in sistemi fotovoltaici su tetto per centri di distribuzione e magazzini logistici. L'azienda installa dai 20 ai 30 sistemi ogni anno, da 300 kW a 800 kW. La maggior parte di questi tetti si trova in giurisdizioni che hanno adottato la revisione del 2020 del Codice elettrico nazionale, il che significa che ogni sistema deve avere una soluzione di spegnimento rapido elencata che riduca la tensione all’interno dell’array a ≤80 V entro 30 secondi dall’avvio.

Con un personale sul campo a tempo pieno di 14 persone e un ciclo di progetto medio di due mesi, il team aveva bisogno di un approccio di arresto rapido che fosse allo stesso tempo conforme al codice e sufficientemente semplice da mantenere l'installazione in movimento su più siti di lavoro. La soluzione precedente ha funzionato, ma comportava costi nascosti che non venivano visualizzati nella distinta base fino alla fine del programma.

Sfide con il precedente layout di spegnimento rapido

L'azienda ha richiesto un sistema di ottimizzazione della potenza a livello di modulo per uno spegnimento rapido. Ciascuna scatola necessitava di un collegamento di comunicazione proprietario con un gateway centrale e il gateway richiedeva un cavo Ethernet separato e una linea di controllo a 24 V CC per l'area dell'inverter. Su un tetto da 400 kW con più di 900 moduli, ciò significava collegare ulteriori cavi a bassa tensione lungo ogni fila di moduli e terminarli in tre posizioni gateway separate.

I tecnici sul campo hanno dedicato più tempo all'installazione e alla risoluzione dei problemi di questi collegamenti di comunicazione rispetto al cablaggio della stringa CC. I cavi lunghi occasionalmente lasciano cadere i segnali, causando la segnalazione di un guasto da parte del controller di spegnimento dell'inverter. Anche quando l'array era sicuro, errori di comunicazione intermittenti innescavano falsi allarmi e ispezioni fallite. Un progetto ha richiesto quattro visite in loco prima che l'AHJ locale accettasse il test sui tempi di spegnimento. I ritardi aggiuntivi in ​​termini di manodopera, rilavorazione e ispezione hanno aggiunto 0,045 dollari per watt al costo di installazione dell'azienda.

Perché il dispositivo di spegnimento rapido con controllo della linea di alimentazione CC Soutya da 24 V?

Durante la valutazione delle alternative, il team EPC ha confrontato tre opzioni:

• Il passaggio ai microinverter con spegnimento rapido integrato ha comportato la sostituzione dell'intera piattaforma inverter e un aumento significativo dei costi dei componenti.
• Mantenere gli ottimizzatori di potenza ma assumere una squadra elettrica più numerosa non ha risolto il problema fondamentale dell'affidabilità del cavo di comunicazione.
• Utilizzando il dispositivo di arresto rapido per il controllo della linea elettrica da 24 V CC Soutya, è stato eliminato completamente il bus di comunicazione separato.

Il dispositivo Soutya invia il comando di spegnimento sul cavo di alimentazione CC esistente, utilizzando un segnale della linea di alimentazione CC a 24 V per comunicare con i trasmettitori a livello di modulo. Non è presente alcun collegamento Ethernet aggiuntivo né una linea separata di sensori a bassa tensione. L'armadio si monta su ogni punto di combinazione di stringhe e si collega a un inverter di stringa standard. Un singolo controller può gestire più stringhe, riducendo il numero di centraline di controllo necessarie per ogni tetto.

Un altro fattore decisivo è stata la compatibilità. L'EPC era già standardizzato su una marca di inverter di stringa e il dispositivo Soutya funziona con inverter che non dispongono di uno spegnimento rapido integrato. Ciò ha consentito all'azienda di mantenere l'inventario degli inverter e la progettazione dei trasformatori esistenti, evitando un costoso ricablaggio di ogni progetto.

Implementazione e distribuzione

La prima implementazione è avvenuta su un tetto piano commerciale da 410 kW a Dallas. Il lancio si è articolato in due fasi nell'arco di tre settimane:

• Fase uno: sostituzione dei tre sistemi gateway in stile ottimizzatore con due scatole di controllo Soutya sui principali pannelli combinatori CC.
• Fase due: installazione di trasmettitori a livello di modulo Soutya corrispondenti e loro terminazione sui capicorda CC esistenti senza tirare una nuova linea di comunicazione.
• Quindi il team ha cablato l'interblocco di disconnessione CA, che attiva l'arresto ogni volta che il lato CA dell'inverter viene diseccitato.

Durante il test di spegnimento iniziale è apparso un ostacolo. Un collegamento a terra debole ha causato la perdita di potenza del segnale di controllo della linea di alimentazione CC in prossimità dell'estremità di una lunga stringa. L'ingegnere applicativo di Soutya ha consigliato di installare un filtro di segnale integrato da 10 m all'estremità di quella stringa. Ciò ha risolto il problema in meno di un'ora. Dopo la regolazione, il test di spegnimento ha misurato 8 V sul connettore principale del modulo entro 22 secondi, comodamente sotto il limite di 80 V.

Risultati quantificati

L'azienda ha monitorato 18 sistemi su tetto completati dopo il primo anno di utilizzo del dispositivo di spegnimento rapido Soutya. Risultati misurati rispetto all’approccio precedente:

• Tempo di installazione ridotto del 43%- le ore medie di manodopera per l'installazione con spegnimento rapido sono passate da 21 ore per un progetto da 400 kW a 12 ore, riducendo un giorno intero dal programma.
• Errori di rilavorazione e ispezione ridotti a zero- le precedenti 1,4 ispezioni fallite per sistema attribuibili a errori di comunicazione sono scese a zero su tutti i 18 sistemi.
• Costo di installazione ridotto del 35%- il totale delle parti e della manodopera per la conformità allo spegnimento rapido è sceso da 0,048 dollari per watt a 0,031 dollari per watt. Su un progetto da 400 kW che si è tradotto in un notevole risparmio di $ 6.800.

Questi guadagni hanno consentito all'EPC di assorbire un successivo aumento del prezzo dei materiali senza modificare il prezzo di offerta, e il programma di costruzione ridotto ha migliorato le consegne puntuali per gli inquilini dei magazzini che avevano bisogno di far funzionare i loro tetti.

Testimonianza del cliente

"L'arresto rapido a livello di modulo era la nostra più grande area di lavoro sporco", ha affermato il vicepresidente delle operazioni dell'azienda. "Il dispositivo di controllo della linea di alimentazione a 24 V CC Soutya ha eliminato un livello di complessità dall'intero sistema. Non utilizziamo più cavi dati aggiuntivi e non abbiamo avuto un singolo errore di comunicazione interrotto da quando abbiamo cambiato."

Lezioni e raccomandazioni

Tre lezioni da questo progetto risaltano per gli altri installatori:

• Cerca una soluzione che riutilizzi il cablaggio esistente.Il controllo della linea elettrica evita l'uso di cavi di comunicazione dedicati, utili per progetti di retrofit e campate lunghe del tetto.
• Conferma tempestivamente la compatibilità con la marca specifica del tuo inverter.Il primo test pilota prima di impegnarsi in un acquisto completo ha risparmiato al team mesi di risoluzione dei problemi successivi.
• Misura il costo totale della conformità, non il prezzo parziale.Il risparmio di 6.800 dollari su manodopera e rilavorazioni per progetto è stato superiore all'intera differenza nel costo dei componenti.

Se il team potesse riavviare il progetto, inserirebbe il filtro dell'intensità del segnale sul disegno di progetto fin dall'inizio per qualsiasi stringa più lunga di 300 m. Tuttavia, il piccolo aggiustamento è stato l’unico problema riscontrato in tutte le 18 installazioni.

Riferimenti

• NEC 690.12 (NFPA 70), Spegnimento rapido degli impianti fotovoltaici sugli edifici, edizione 2020.https://www.nfpa.org/70
• IEC 60947-1, Apparecchiature di manovra e controllo a bassa tensione - Parte 1: Regole generali.https://webstore.iec.ch/publication/6123