مطالعه موردی: جعبه کمباین 6 در 2 خروجی 1000 ولت DC هزینه های آرایه خورشیدی را تا 15 درصد کاهش می دهد

پیشینه مشتری

یک شرکت مهندسی، تدارکات و ساخت و ساز خورشیدی (EPC) با اندازه متوسط ​​واقع در جنوب اسپانیا، تاسیسات نصب شده روی زمین در مقیاس کاربردی را در سراسر شبه جزیره ایبری مدیریت می کند. این شرکت با 200 کارمند و خط لوله سالانه 80 مگاوات، به طور معمول روی پروژه‌هایی کار می‌کند که در آن مساحت زمین، مسیرهای کابلی و اینورترها در مناطق جغرافیایی تنگ چیده شده‌اند.

این تجارت با افزودن 0.8 مگاوات ظرفیت جدید، قراردادی را برای تجدید نیرو و توسعه یک نیروگاه خورشیدی 1.6 مگاواتی موجود برنده شده بود. این کارخانه دیگر نیازهای سختگیرانه‌تر ایمنی و عملکرد تجهیزات DC امروزی را برآورده نمی‌کرد، بنابراین جعبه‌های آرایه قدیمی و کابل‌کشی باید جایگزین می‌شد. تیم مهندسی به دنبال راه حلی بودند که هزینه های تعادل سیستم را کاهش دهد و در عین حال نصب را ایمن نگه دارد و توقف را به حداقل برساند.

چالش ها و نکات دردناک

نیروگاه خورشیدی اصلی از جعبه های ترکیبی با رتبه 600 ولت استفاده می کرد که با یک خط اینورتر 380 ولت جفت می شد. هر چهار مدار رشته‌ای در یک فیدر ترکیب می‌شدند که به کابل‌های کم ولتاژ طولانی نیاز داشت. در بخش جدید، تیم برنامه ریزی کرد که از ماژول های خورشیدی 1000 ولت و یک اینورتر مرکزی با قابلیت 1000 ولت برای کاهش سطح مقطع کابل و بهبود کارایی اینورتر استفاده کند.

مشکل این بود که جعبه های ترکیبی استاندارد 600 ولت نمی توانستند ولتاژهای رشته ای بالاتر را بپذیرند. بنابراین، مدیران پروژه به یک جعبه ترکیبی نیاز داشتند که بتواند ولتاژ 1000 ولت DC را در حالی که دو ورودی اینورتر مستقل را تغذیه می‌کند، مدیریت کند. سینی‌های کابل و ترانشه‌های موجود نمی‌توانستند مسیرهای جدید قابل توجهی را بپذیرند، بنابراین پروژه به یک جعبه فشرده نیاز داشت که به شش سیم اجازه ورود و دو خروجی گروهی را می‌داد، که کشش کابل‌های جدید را محدود می‌کرد و طول فیدر را کوتاه می‌کرد.

یک سردرد دیگر از نگهداری ناشی شد. در نصب قدیمی، اتصال کوتاه یا خرابی رشته با فیوزهای مکانیکی کند جدا می شد. این امر باعث ردیابی خطای زمان بر و تلفات تولید ناخواسته هر چند ماه یکبار شد. با تقویت نیروگاه، EPC به دنبال جلوگیری از این ضررها بود.

چرا Soutya 1000V DC Combiner Box 6 In 2 Out MCB Type?

تیم مهندسی سه گزینه را ارزیابی کرد: جعبه‌های اتصال استاندارد خانگی با نگهدارنده فیوز، جعبه‌های ترکیبی ولتاژ بالا وارداتی که توسط یک شریک ماژول ارائه شده است، و جعبه ترکیبی DC 1000 ولت Soutya. راه حل اول رد شد زیرا جعبه های ساخت میدان فاقد محفظه های دارای رتبه IP مناسب و قطع کننده های مدار دارای رتبه DC هستند. گزینه دوم گرانتر بود و زمان تحویل بیش از ده هفته داشت.

جعبه ترکیبی DC 1000 ولت Soutya به دلیل سه ویژگی محصول که دقیقاً با نیازهای پروژه مطابقت داشت، متمایز بود.

• شش ورودی DC و دو خروجی، که به طراحی این امکان را می دهد که دو ورودی MPPT اینورتر مجزا را بدون پنل فرعی اضافه کند.
• حفاظت از نوع MCB به جای نگهدارنده فیوز. این امکان بازنشانی و عیب یابی آسان را بدون نیاز به فیوز یدکی فراهم می کرد.
• برای 1000 ولت DC بر اساس طرح ولتاژ رشته پروژه رتبه بندی شده است، بنابراین جعبه می تواند نزدیک به آرایه قرار گیرد و همچنان با آستانه ولتاژ ایمن نیروگاه مطابقت داشته باشد.

علاوه بر این، جعبه از یک تامین کننده محلی با مدت زمان کوتاه دو هفته ارائه شد. مدیران خرید قبل از در نظر گرفتن صرفه جویی در سیم کشی و نیروی کار، هزینه واحد Soutya را با رقابت مقایسه کردند و 22 درصد صرفه جویی در هر محوطه را محاسبه کردند.

فرآیند پیاده سازی و کاربرد

این پروژه در طول یک پنجره سه ماهه ساخت و ساز، قدرت مجدد و گسترش کامل را ارائه کرد. نصب جعبه های ترکیب کننده 1000 ولت DC شش روز در ده آرایه جدید و جایگزین به طول انجامید.

تیم یک توالی واضح را دنبال کرد:

1. پس از تعمیر قفسه های نصب، تکنسین ها با آزمایش ولتاژ در 1000 ولت DC، خطوط رشته DC را در موقعیت های جعبه ترکیب کننده نصب کردند.
2. هر جعبه ترکیب کننده 1000 ولت DC Soutya با ورودی های خنثی و مجرای آن رو به پایین روی قفسه نصب می شد و از محفظه MCB در برابر نفوذ باران محافظت می کرد.
3. شش هادی رشته در داخل هر جعبه خاتمه داده شد و گشتاور مطابق با مقادیر برچسب بررسی شد.
4. دو فید خروجی به بخش های ورودی MPPT اینورتر هدایت شدند و قطع کننده های DC تنها پس از تأیید همه اتصالات درگیر شدند.

یک مشکل کلیدی در سقف‌های فولادی به وجود آمد که در آن صفحه زمین محفظه نمی‌توانست پیچ شود. مهندس پیش فروش سازنده پیشنهاد استفاده از کیت گیره اتصال زمین با پایانه های فشرده سازی یک سوراخ را داده است. خدمه سایت از ابزار پر کردن توصیه شده استفاده کردند و آزمایش تداوم را گذراندند. که تاخیر احتمالی دو روزه را از بین برد.

نتایج کمی

پس از راه اندازی و یک فصل کامل عملیات تابستانی، EPC عملکرد نیروگاه تجدید نیرو را با بخش قدیمی تر که با همان کلاس اینورتر کار می کرد مقایسه کرد.

• وزن مس کابل به ازای هر فیدر رشته تا 35 درصد کاهش یافت، زیرا رشته‌های 1000 ولتی با ولتاژ بالاتر و جریان کمتری کار می‌کردند و در عین حال همان حد افت ولتاژ را حفظ می‌کردند.
• هزینه کلی مواد توازن سیستم برای بخش 0.8 مگاواتی اضافه شده در مقایسه با طراحی پایه 600 ولت، 15 درصد کاهش یافته است، از جمله قیمت موثر جعبه ترکیبی 1000 ولت DC Soutya.
• زمان بازنشانی خطا به لطف بریکرهای نوع MCB و چیدمان 6 در 2 خروجی با دسترسی آسان، از میانگین 55 دقیقه به 8 دقیقه رسید.
• در دسترس بودن نسل در طول سه ماه اول در مقایسه با عملکرد تاریخی جعبه‌های آرایه قدیمی با محافظت مبتنی بر فیوز، 3.4 درصد بهبود یافته است.

از آنجایی که به تغذیه کننده های فرعی کمتری نیاز بود، طول ترانشه نیز 18 درصد کوتاه شد. این باعث صرفه جویی در یک هفته حفاری و کاهش کار تراکم قبل از نصب اینورترها شد.

دیدگاه مشتری

رئیس مهندسی برق EPC بیان کرد:

"جعبه ترکیب کننده 1000 ولت DC طرح خروجی دوگانه مورد نیاز ما را بدون ساخت خاصی به ما داد. ما هزینه های مواد خود را کاهش داده ایم و بیشتر از آن، وقتی یک رشته حرکت می کند اکنون خدمه آن را در عرض چند دقیقه ترمیم می کنند تا ساعت ها به دنبال فیوز سوخته باشند."

مالک کارخانه این دیدگاه را تکرار کرد و خاطرنشان کرد که پیکربندی جدید امکان گسترش آینده را بدون جایگزینی زیرساخت اصلی DC فراهم می کند.

درس ها و توصیه ها

برای سایر شرکت‌های EPC که در حال برنامه‌ریزی کار خورشیدی با ولتاژ بالا DC مشابه هستند، سه نکته برجسته است:

• قبل از شروع طرح، یک جعبه ترکیبی با تعداد ورودی و خروجی مناسب برای توپولوژی اینورتر انتخاب کنید. یک واحد 6 در 2 خروجی می تواند تعداد فیدرها و پانل های توزیع ثانویه را تا حد زیادی کاهش دهد.
• حفاظت مبتنی بر MCB ارزش هزینه اولیه کمی بالاتر را دارد، زیرا زمان توقف عملیات در یک مورد تجاری دست کم گرفته می شود. یکی از قطعی های نیمه روز اجتناب شده می تواند هزینه اضافی را بپردازد.
• قبل از ارسال، الزامات اتصال زمین و حفاظت IP را با تامین کننده تأیید کنید. جزئیات کوچکی مانند کیت زمین می تواند بر سرعت و قابلیت اطمینان نصب برای سایت های سقف مرتفع تأثیر بگذارد.

اگر پروژه دوباره انجام می شد، تیم کیت های غدد از پیش حفاری شده و لوله های نشانگر هادی برچسب گذاری شده را همزمان با جعبه ها سفارش می داد. این تغییر ساده زمان بازرسی بسته را دو روز دیگر در کل کارخانه کاهش می دهد.

مراجع استانداردهای صنعت

نصب و انتخاب جعبه ترکیب کننده 1000 ولت DC از الزامات IEC مربوطه پیروی می کند: IEC 62548:2016 برای طراحی آرایه PV و الزامات ساختاری، و IEC 61643-11:2011 برای هماهنگی حفاظت از نوسانات در سمت DC.

• IEC 62548:2016 — آرایه های فتوولتائیک (PV) — الزامات طراحی.https://webstore.iec.ch/publication/62548
• IEC 61643-11:2011 - دستگاه های حفاظتی ولتاژ پایین - SPD های متصل به سیستم های قدرت ولتاژ پایین.https://webstore.iec.ch/publication/61643-11