Практический пример: сумматорный блок 1000 В постоянного тока 6 на 2 выхода сокращает затраты на солнечную батарею на 15 %

Информация о клиенте

Компания среднего размера по проектированию, закупкам и строительству солнечной энергии (EPC), расположенная на юге Испании, управляет наземными установками коммунального хозяйства по всему Пиренейскому полуострову. Имея 200 сотрудников и ежегодный трубопровод мощностью 80 МВт, компания регулярно работает над проектами, в которых земельные участки, кабельные трассы и инверторы расположены в ограниченном географическом пространстве.

Компания выиграла контракт на модернизацию и расширение существующей солнечной электростанции мощностью 1,6 МВт за счет добавления 0,8 МВт новой мощности. Завод больше не отвечал более строгим требованиям безопасности и производительности, предъявляемым к современному оборудованию постоянного тока, поэтому пришлось заменить старые массивные коробки и кабели. Команда инженеров искала решение, которое позволило бы снизить затраты на баланс системы, сохраняя при этом безопасность установки и минимальные простои.

Проблемы и болевые точки

В оригинальной солнечной электростанции использовались сумматоры на 600 В в сочетании с инверторной линией на 380 В. Каждые четыре струнные цепи были объединены в один фидер, что требовало длинных низковольтных кабелей. На новом участке команда планировала использовать солнечные модули на 1000 В и центральный инвертор на 1000 В, чтобы уменьшить поперечное сечение кабелей и повысить эффективность инвертора.

Проблема заключалась в том, что стандартные сумматоры на 600 В не могли выдерживать более высокие напряжения цепочки. Поэтому руководителям проекта требовался блок сумматора, способный выдерживать напряжение 1000 В постоянного тока и одновременно питать два независимых входа инвертора. Существующие кабельные лотки и траншеи не позволяли проложить значительные новые пути, поэтому для проекта требовалась компактная коробка, которая позволяла бы вводить шесть нитей и выводить два групповых выхода, что ограничивало бы протяжку новых кабелей и сокращало длину фидеров.

Еще одна головная боль возникла с обслуживанием. В старой установке короткие замыкания или отказы цепей изолировались с помощью инерционных механических предохранителей. Это приводило к трудоемкому поиску неисправностей и незапланированным потерям электроэнергии каждые несколько месяцев. Благодаря модернизации станции EPC стремилась избежать этих потерь.

Почему объединительный блок Soutya 1000 В постоянного тока с 6 входами и 2 выходами типа MCB?

Команда инженеров оценила три альтернативы: стандартные распределительные коробки отечественного производства с держателями предохранителей, импортные высоковольтные сумматоры, предлагаемые партнером по модулю, и объединительную коробку Soutya 1000 В постоянного тока. Первое решение было исключено, поскольку в коробках, изготовленных на месте, отсутствуют соответствующие корпуса со степенью защиты IP и автоматические выключатели, рассчитанные на постоянный ток. Второй вариант был более дорогим и требовал более десяти недель.

Комбинатор Soutya 1000 В постоянного тока выделялся тремя особенностями продукта, которые точно соответствовали требованиям проекта.

• Шесть входов постоянного тока и два выхода, что дает возможность запитывать два отдельных входа MPPT инвертора без дополнительной панели.
• Защита типа MCB вместо держателей предохранителей. Это позволило легко выполнить сброс и устранить неполадки без необходимости использования запасных предохранителей.
• Рассчитан на 1000 В постоянного тока в соответствии со схемой напряжения цепочки проекта, поэтому коробку можно разместить рядом с массивом и при этом соответствовать пороговым значениям безопасного напряжения электростанции.

Кроме того, коробка пришла от местного поставщика с коротким сроком поставки — две недели. Менеджеры по закупкам сравнили стоимость устройства Soutya со стоимостью устройства конкурентов и подсчитали экономию в 22 % на каждый корпус, прежде чем принять во внимание экономию на проводке и трудозатратах.

Процесс реализации и применения

В рамках проекта была произведена полная замена электропитания и расширение в течение трехмесячного периода строительства. Установка объединительных коробок постоянного тока на 1000 В заняла шесть дней в десяти новых и замененных массивах.

Команда следовала четкой последовательности:

1. После закрепления монтажных стоек технические специалисты установили линии постоянного тока в места объединительной коробки, проверив их напряжением 1000 В постоянного тока.
2. Каждый распределительный блок Soutya 1000 В постоянного тока устанавливался в стойку нейтральным и кабелепроводным вводами вниз, что защищало отсек MCB от проникновения дождя.
3. Шесть струнных проводников были подключены внутри каждой коробки и проверены крутящим моментом в соответствии со значениями, указанными на этикетке.
4. Два выходных канала были подведены к входным секциям MPPT инвертора, а прерыватели постоянного тока включались только после проверки всех соединений.

Основная трудность возникла на крышах со стальной отделкой, где пластину заземления корпуса нельзя было закрепить болтами. Инженер по предпродажной подготовке производителя предложил использовать комплект заземляющих наконечников с обжимными клеммами с одним отверстием. Бригада на объекте применила рекомендованный обжимной инструмент и прошла проверку целостности. Это исключило потенциальную задержку на два дня.

Количественные результаты

После ввода в эксплуатацию и полного летнего сезона работы EPC сравнил производительность модернизированной электростанции с производительностью старой секции, работающей с инвертором того же класса.

• Вес меди в кабеле на один фидер снизился на 35%, поскольку цепочки на 1000 В работали при более высоком напряжении и меньшем токе, сохраняя при этом тот же предел падения напряжения.
• Общая стоимость материалов балансовой системы для добавленной части мощностью 0,8 МВт была снижена на 15% по сравнению с базовой конструкцией на 600 В, включая фактическую цену сумматора Soutya 1000 В постоянного тока.
• Время сброса неисправности сократилось в среднем с 55 минут до 8 минут благодаря выключателям типа MCB и легкодоступной схеме «6 входов 2 выхода».
• Доступность генерации улучшилась на 3,4% за первые три месяца по сравнению с историческими показателями старых блоков массивов с защитой на основе предохранителей.

Поскольку потребовалось меньше дополнительных питателей, длина траншеи также сократилась на 18%. Это сэкономило неделю раскопок и сократило объем работ по уплотнению грунта перед установкой инверторов.

Перспектива клиента

Глава электротехнического отдела EPC заявил:

"Блок сумматора постоянного тока на 1000 В позволил нам получить необходимую схему с двумя выходами без специального изготовления. Мы сократили затраты на материалы, и, более того, теперь, когда струна отключается, бригада восстанавливает ее за считанные минуты, а не тратит часы на поиск перегоревшего предохранителя".

Владелец завода поддержал эту точку зрения, отметив, что новая конфигурация допускает дальнейшее расширение без замены исходной инфраструктуры постоянного тока.

Уроки и рекомендации

Для других EPC-компаний, планирующих аналогичные работы по производству солнечной энергии постоянного тока высокого напряжения, следует выделить три момента:

• Прежде чем приступать к компоновке, выберите блок сумматора с нужным количеством входов и выходов для топологии инвертора. Устройство 6-в-2-вых может значительно сократить количество фидеров и вторичных распределительных панелей.
• Защита на основе MCB стоит несколько более высоких первоначальных затрат, поскольку в экономическом обосновании время простоя недооценивается. Если избежать простоя на полдня, можно заплатить за дополнительную плату.
• Перед отправкой уточните у поставщика требования к заземлению и защите IP. Небольшая деталь, такая как комплект заземления, может повлиять на скорость и надежность установки на возвышенных крышах.

Если бы проект был переработан, команда заказала бы комплекты сальников с предварительно просверленными отверстиями и маркированные трубки для маркировки проводников одновременно с коробками. Это простое изменение позволит сократить время заключительного контроля на всем заводе еще на два дня.

Ссылки на отраслевые стандарты

Применяемая установка и выбор блока сумматора постоянного тока 1000 В соответствуют соответствующим требованиям IEC: IEC 62548:2016 для проектирования фотоэлектрических массивов и конструктивных требований и IEC 61643-11:2011 для координации защиты от перенапряжения на стороне постоянного тока.

• МЭК 62548:2016 — Фотоэлектрические (ФЭ) батареи. Требования к проектированию.https://webstore.iec.ch/publication/62548
• МЭК 61643-11:2011 — Устройства защиты от перенапряжения низкого напряжения. УЗИП, подключенные к низковольтным энергосистемам.https://webstore.iec.ch/publication/61643-11