Come un parco solare ha ridotto il rischio di guasti alle stringhe del 60% con un quadro combinatore da 1.000 V CC con isolatore 2 ingressi e 1 uscita

Sfondo del cliente

Un operatore di un parco solare di medie dimensioni nel sud-ovest degli Stati Uniti gestisce un impianto fotovoltaico da 50 MW. La struttura utilizza stringhe da 1.500 V CC, ma a causa dell'infrastruttura preesistente, i quadri elettrici funzionano a 1.000 V CC. Il sito dispone di oltre 200 box combinatori, ciascuno dei quali gestisce più stringhe. Il team di manutenzione ha dovuto far fronte a frequenti guasti agli isolatori e ad archi elettrici, che causavano tempi di inattività non pianificati e rischi per la sicurezza.

Sfide con le scatole combinatrici esistenti

Le scatole combinatrici esistenti utilizzavano interruttori rotativi che richiedevano l'isolamento manuale. I tecnici hanno dovuto spegnere gli inverter a monte durante la manutenzione, con conseguenti perdite di produzione fino al 2% mensile. Anche gli interruttori di isolamento si sono deteriorati dopo un uso ripetuto, causando resistenza di contatto che ha provocato il surriscaldamento. L'anno scorso, cinque scatole hanno subito archi elettrici minori, ferendo un tecnico (non grave). Il design obsoleto non disponeva del rilevamento dei guasti da arco elettrico e l'involucro non soddisfaceva i più recenti standard IP65 per l'ingresso di polvere e umidità esterne.

L'operatore ha provato a sostituire gli interruttori con unità di qualità superiore di un fornitore diverso, ma i problemi di montaggio e l'incompatibilità con la configurazione 2-in-1-out esistente (due stringhe di ingresso, un'uscita) hanno causato ritardi. La scatola combinatrice di un concorrente con isolatore integrato si è guastata entro sei mesi a causa di una tensione CC inadeguata a 1.000 V a pieno carico.

Perché l'isolatore 2 ingressi e 1 uscita della scatola combinatrice CC da 1000 V Soutya?

Il team tecnico ha valutato tre fornitori. Il prodotto di Soutya si è distinto per due motivi: l'interruttore di isolamento è stato testato a 1.000 V CC a 32 A di corrente continua, superando i requisiti di 25 A per stringa del sito. La scatola offriva una vera configurazione 2-in-1-out con terminali etichettati, riducendo gli errori di installazione. L'involucro con grado di protezione IP65 e la protezione integrata contro i guasti da arco elettrico CC (conforme a UL 1699B) hanno risolto i problemi di sicurezza. L'unità includeva un dispositivo di protezione da sovratensione valutato per 1.000 V CC secondo IEC 61643-11, proteggendo dai transitori indotti dai fulmini.

La decisione è stata influenzata anche dalla garanzia di 5 anni di Soutya e dalla disponibilità di magazzino locale. Il prezzo per unità era inferiore del 15% rispetto al concorrente più vicino con specifiche simili.

Processo di implementazione

Il progetto ha sostituito 50 quadri combinati invecchiati nell'arco di due mesi. Ogni sostituzione ha richiesto due ore per un team di due persone, comprese la diseccitazione, il trasferimento del cablaggio e il test. Il design iso-intor ha consentito una rapida procedura di lockout/tagout senza arresto a monte. Una sfida era che il layout del condotto esistente non era allineato con i fori della nuova scatola; il team ha utilizzato adattatori per condotti flessibili invece di praticare nuovi fori, preservando il grado di protezione IP dell'involucro. Dopo l'installazione, ogni scatola è stata testata per la resistenza di isolamento e la polarità. Un problema tipico erano le viti dei terminali allentate, risolte utilizzando un cacciavite dinamometrico impostato su 5 Nm secondo le istruzioni di Soutya. Nessun guasto si è verificato durante la fase di messa in servizio.

Risultati quantificabili

Dopo sei mesi di funzionamento:

• I tempi di inattività non pianificati sono diminuiti del 60%, da 12 ore al mese a meno di 5 ore.
• I costi di manutenzione sono diminuiti di 8.000 dollari all'anno grazie alla riduzione delle sostituzioni degli interruttori.
• La perdita di produzione di energia dovuta agli arresti manuali è diminuita dell’1,5%, aggiungendo 12.000 dollari di entrate all’anno.
• Gli episodi di arco elettrico si sono interrotti del tutto; nessun evento di sicurezza segnalato.
• L'efficienza dell'inverter è migliorata dello 0,3% perché la tensione costante della stringa ha ridotto le perdite dovute all'ombra parziale.

Il periodo di rimborso complessivo per le 50 unità è stato di 11 mesi.

Testimonianza del cliente

"Il passaggio alla scatola combinatrice Soutya è stato un gioco da ragazzi. L'isolatore integrato e l'SPD ci hanno salvato da un potenziale incendio la scorsa estate durante un temporale. I nostri tecnici si sentono più sicuri e non perdiamo più mezza giornata di produzione per la manutenzione ordinaria." — Responsabile delle operazioni della struttura

Lezioni e raccomandazioni

1. Dare priorità alla sicurezza dell'isolamento:Per i sistemi esistenti da 1.000 V CC, è possibile passare a quadri elettrici con isolatori integrati per ridurre il rischio di archi elettrici. Il grado di rottura del carico dell'unità Soutya garantisce una disconnessione sicura sotto corrente.
2. Includi protezione contro le sovratensioni:Anche in aree con scarsa illuminazione, gli SPD prevengono danni cumulativi derivanti dalla commutazione dei transitori. L'SPD conforme alla norma IEC 61643-11 contenuto in questa scatola ha già assorbito due picchi di tensione senza guasti.
3. Verificare tempestivamente la compatibilità:Ordinare campioni per testare l'adattamento, i fori e i connettori del condotto. L'adattamento sul campo con il condotto flessibile era minore ma richiedeva la previa approvazione degli ingegneri.

Riferimenti: IEC 62548:2016 Gruppi fotovoltaici (FV) – Requisiti di progettazione (sezione sul cablaggio della scatola combinatrice e sulla protezione da sovracorrente). IEC 61643-11:2011 Dispositivi di protezione da sovratensione a bassa tensione (parte 11, che copre gli SPD CC per il fotovoltaico). UL 1699B:2018 Protezione del circuito fotovoltaico (PV) contro i guasti da arco elettrico CC (per il rilevamento dei guasti da arco elettrico nelle scatole combinate).