Πώς ένα Commercial Solar EPC μειώνει τον χρόνο εγκατάστασης ταχείας απενεργοποίησης κατά 40%

Υπόβαθρο πελατών

Με έδρα το Ώστιν του Τέξας, αυτή η εταιρεία ηλιακής μηχανικής, προμηθειών και κατασκευών (EPC) ειδικεύεται σε συστήματα φωτοβολταϊκών ταράτσας για κέντρα διανομής και αποθήκες logistics. Η εταιρεία εγκαθιστά 20 έως 30 συστήματα κάθε χρόνο, που κυμαίνονται από 300 kW έως 800 kW. Οι περισσότερες από αυτές τις στέγες βρίσκονται σε δικαιοδοσίες που έχουν υιοθετήσει την αναθεώρηση του 2020 του Εθνικού Ηλεκτρικού Κώδικα, πράγμα που σημαίνει ότι κάθε σύστημα πρέπει να έχει μια λίστα ταχείας απενεργοποίησης που μειώνει την τάση εντός της συστοιχίας σε ≤80 V εντός 30 δευτερολέπτων από την εκκίνηση.

Με πλήρωμα πλήρους απασχόλησης 14 ατόμων και μέσο κύκλο έργου δύο μηνών, η ομάδα χρειαζόταν μια προσέγγιση ταχείας διακοπής λειτουργίας που να ήταν συμβατή με τον κώδικα και αρκετά απλή ώστε η εγκατάσταση να κινείται σε πολλές τοποθεσίες εργασίας. Η προηγούμενη λύση λειτούργησε, αλλά ήρθε με κρυφά κόστη που δεν εμφανίζονταν στον λογαριασμό των υλικών μέχρι αργά το χρονοδιάγραμμα.

Προκλήσεις με την προηγούμενη διάταξη ταχείας απενεργοποίησης

Η εταιρεία καθόρισε ένα σύστημα βελτιστοποίησης ισχύος σε επίπεδο μονάδας για γρήγορο τερματισμό λειτουργίας. Κάθε κουτί χρειαζόταν μια αποκλειστική σύνδεση επικοινωνίας με μια κεντρική πύλη και η πύλη απαιτούσε ξεχωριστό καλώδιο Ethernet και μια γραμμή ελέγχου 24 V DC πίσω στην περιοχή του μετατροπέα. Σε μια ταράτσα 400 kW με περισσότερες από 900 μονάδες, αυτό σήμαινε την έλξη επιπλέον καλωδίωσης χαμηλής τάσης κατά μήκος κάθε σειράς μονάδων και τον τερματισμό της σε τρεις ξεχωριστές θέσεις πύλης.

Οι τεχνικοί πεδίου αφιέρωσαν περισσότερο χρόνο στην εγκατάσταση και την αντιμετώπιση προβλημάτων αυτών των συνδέσμων επικοινωνίας από ό,τι στην καλωδίωση στοιχειοσειρών DC. Το μακρύ καλώδιο εκπέμπει περιστασιακά πεσμένα σήματα, με αποτέλεσμα ο ελεγκτής απενεργοποίησης του μετατροπέα να αναφέρει σφάλμα. Ακόμη και όταν η συστοιχία ήταν ασφαλής, οι διακοπτόμενες αποτυχίες επικοινωνίας προκάλεσαν ψευδείς συναγερμούς και αποτυχημένες επιθεωρήσεις. Ένα έργο απαιτούσε τέσσερις επιτόπιες επισκέψεις προτού το τοπικό AHJ αποδεχτεί τη δοκιμή χρονισμού διακοπής λειτουργίας. Η πρόσθετη εργασία, η επανεπεξεργασία και οι καθυστερήσεις επιθεώρησης πρόσθεσαν 0,045 $ ανά watt στο κόστος εγκατάστασης της εταιρείας.

Γιατί η συσκευή ταχείας απενεργοποίησης ελέγχου γραμμής τροφοδοσίας 24 V DC Soutya;

Κατά την αξιολόγηση εναλλακτικών λύσεων, η ομάδα EPC συνέκρινε τρεις επιλογές:

• Η μετάβαση σε μικρομετατροπείς με ενσωματωμένη ταχεία απενεργοποίηση - απαιτούσε αντικατάσταση ολόκληρης της πλατφόρμας μετατροπέα και αύξησε το κόστος εξαρτημάτων κατά ένα μεγάλο περιθώριο.
• Η διατήρηση των βελτιστοποιητών ισχύος, αλλά η πρόσληψη μεγαλύτερου ηλεκτρολογικού συνεργείου - δεν έλυσε το θεμελιώδες ζήτημα αξιοπιστίας του καλωδίου επικοινωνίας.
• Η χρήση της συσκευής ταχείας απενεργοποίησης ελέγχου γραμμής ρεύματος 24 V DC Soutya - εξαλείφθηκε εντελώς ο ξεχωριστός δίαυλος επικοινωνίας.

Η συσκευή Soutya στέλνει την εντολή τερματισμού λειτουργίας μέσω του υπάρχοντος καλωδίου τροφοδοσίας DC, χρησιμοποιώντας ένα σήμα γραμμής τροφοδοσίας 24 V DC για επικοινωνία με πομπούς σε επίπεδο μονάδας. Δεν υπάρχει πρόσθετη λειτουργία Ethernet και δεν υπάρχει ξεχωριστή γραμμή αισθητήρα χαμηλής τάσης. Το περίβλημα τοποθετείται σε κάθε σημείο συνδυασμού στοιχειοσειρών και συνδέεται με έναν τυπικό μετατροπέα στοιχειοσειρών. Ένας μόνο ελεγκτής μπορεί να χειριστεί πολλές χορδές, γεγονός που μειώνει τον αριθμό των κουτιών ελέγχου που απαιτούνται ανά ταράτσα.

Ένας άλλος καθοριστικός παράγοντας ήταν η συμβατότητα. Το EPC ήταν ήδη τυποποιημένο σε μία μάρκα μετατροπέων στοιχειοσειρών και η συσκευή Soutya λειτουργεί με μετατροπείς που δεν διαθέτουν ενσωματωμένο ταχεία απενεργοποίηση. Αυτό επιτρέπει στην εταιρεία να διατηρεί το υπάρχον απόθεμα μετατροπέων και το σχεδιασμό μετασχηματιστή, αποφεύγοντας μια δαπανηρή επανακαλωδίωση κάθε έργου.

Υλοποίηση και Ανάπτυξη

Η πρώτη εγκατάσταση έγινε σε μια επίπεδη εμπορική στέγη 410 kW στο Ντάλας. Η διάθεση διήρκεσε δύο φάσεις σε τρεις εβδομάδες:

• Φάση 1: Αντικατάσταση των τριών συστημάτων πύλης τύπου βελτιστοποίησης με δύο κουτιά ελέγχου Soutya στους κύριους πίνακες συνδυασμού DC.
• Φάση δεύτερη: Εγκατάσταση ταιριαστών πομπών σε επίπεδο μονάδας Soutya και τερματισμός τους στις υπάρχουσες ωτίδες καλωδίου DC χωρίς να τραβήξετε νέα γραμμή επικοινωνίας.
• Στη συνέχεια, η ομάδα καλωδίωνε την ασφάλιση αποσύνδεσης AC, η οποία ενεργοποιεί τη διακοπή λειτουργίας κάθε φορά που η πλευρά AC του μετατροπέα απενεργοποιείται.

Ένα εμπόδιο εμφανίστηκε κατά την αρχική δοκιμή τερματισμού λειτουργίας. Μια αδύναμη σύνδεση γείωσης έκανε το σήμα ελέγχου της γραμμής ρεύματος συνεχούς ρεύματος να χάσει την ισχύ κοντά στο άκρο μιας μεγάλης χορδής. Ο μηχανικός εφαρμογών της Soutya συμβούλεψε την εγκατάσταση ενός ενσωματωμένου φίλτρου σήματος 10 μέτρων στο τέλος αυτής της συμβολοσειράς. Αυτό έλυσε το πρόβλημα σε λιγότερο από μία ώρα. Μετά τη ρύθμιση, η δοκιμή απενεργοποίησης μέτρησε 8 V στον κύριο σύνδεσμο της μονάδας μέσα σε 22 δευτερόλεπτα, άνετα κάτω από το όριο των 80 V.

Ποσοτικοποιημένα αποτελέσματα

Η εταιρεία παρακολούθησε 18 ολοκληρωμένα συστήματα ταράτσας μετά τον πρώτο χρόνο χρήσης της συσκευής ταχείας διακοπής λειτουργίας Soutya. Μετρημένα αποτελέσματα σε σχέση με την προηγούμενη προσέγγιση:

• Μείωση χρόνου εγκατάστασης 43%- ο μέσος όρος ωρών εργασίας για την εγκατάσταση ταχείας διακοπής λειτουργίας αυξήθηκε από 21 ώρες ανά έργο 400 kW σε 12 ώρες, μειώνοντας μια ολόκληρη ημέρα από το χρονοδιάγραμμα.
• Βλάβες επανεπεξεργασίας και επιθεώρησης μέχρι το μηδέν- οι προηγούμενες 1,4 αποτυχημένες επιθεωρήσεις ανά σύστημα που αποδίδονται σε σφάλματα επικοινωνίας μειώθηκαν στο μηδέν και στα 18 συστήματα.
• Το κόστος εγκατάστασης μειώνεται κατά 35%- το σύνολο των ανταλλακτικών και της εργασίας για τη συμμόρφωση με τον γρήγορο τερματισμό λειτουργίας μειώθηκε από 0,048 $ ανά watt σε 0,031 $ ανά watt. Σε ένα έργο 400 kW που μεταφράστηκε σε 6.800 $ σε σκληρή εξοικονόμηση.

Αυτά τα κέρδη επέτρεψαν στο EPC να απορροφήσει μια μεταγενέστερη αύξηση της τιμής των υλικών χωρίς να αλλάξει την τιμή προσφοράς και το συντομευμένο χρονοδιάγραμμα κατασκευής βελτίωσε την έγκαιρη παράδοση για τους ενοικιαστές αποθήκης που χρειάζονταν να λειτουργήσουν οι στέγες τους.

Μαρτυρία Πελατών

"Η ταχεία διακοπή λειτουργίας σε επίπεδο μονάδας ήταν ο μεγαλύτερος βρώμικος χώρος εργασίας μας", δήλωσε ο Αντιπρόεδρος Επιχειρήσεων της εταιρείας. "Η συσκευή ελέγχου γραμμής ηλεκτρικού ρεύματος 24 V DC Soutya αφαίρεσε ένα επίπεδο πολυπλοκότητας από ολόκληρο το σύστημα. Δεν τραβάμε πια επιπλέον καλώδιο δεδομένων και δεν είχαμε ούτε μία αποτυχία τερματισμού της επικοινωνίας από τότε που αλλάξαμε."

Μαθήματα και συστάσεις

Τρία μαθήματα από αυτό το έργο ξεχωρίζουν για άλλους εγκαταστάτες:

• Αναζητήστε μια λύση που επαναχρησιμοποιεί την υπάρχουσα καλωδίωση.Ο έλεγχος της γραμμής τροφοδοσίας αποφεύγει το αποκλειστικό καλώδιο επικοινωνίας, το οποίο είναι πολύτιμο για έργα μετασκευής και μεγάλα ανοίγματα οροφής.
• Επιβεβαιώστε έγκαιρα τη συμβατότητα με τη συγκεκριμένη μάρκα μετατροπέα σας.Η πρώτη πιλοτική δοκιμή πριν από τη δέσμευση για μια πλήρη αγορά έσωσε την ομάδα από μήνες αντιμετώπισης προβλημάτων αργότερα.
• Μετρήστε το συνολικό κόστος συμμόρφωσης, όχι την τιμή ανταλλακτικού.Η εξοικονόμηση 6.800 δολαρίων στην εργασία και την επανάληψη ανά έργο ήταν μεγαλύτερη από τη συνολική διαφορά στο κόστος εξαρτημάτων.

Εάν η ομάδα μπορούσε να ξαναρχίσει το έργο, θα έβαζε το φίλτρο ισχύος σήματος στο σχέδιο σχεδιασμού από την αρχή για οποιαδήποτε χορδή μεγαλύτερη από 300 m. Ωστόσο, η μικρή προσαρμογή ήταν το μόνο πρόβλημα που αντιμετωπίστηκε και στις 18 εγκαταστάσεις.

Αναφορές

• NEC 690.12 (NFPA 70), Rapid Shutdown of PV Systems on Buildings, Έκδοση 2020.https://www.nfpa.org/70
• IEC 60947-1, Συσκευές διακοπής και ελέγχου χαμηλής τάσης - Μέρος 1: Γενικοί κανόνες.https://webstore.iec.ch/publication/6123