กรณีศึกษา: กล่อง Combiner 1000V DC 6 ใน 2 ออก ลดต้นทุนอาร์เรย์พลังงานแสงอาทิตย์ลง 15%

ความเป็นมาของลูกค้า

บริษัทวิศวกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ การจัดซื้อ และการก่อสร้าง (EPC) ขนาดกลางที่ตั้งอยู่ทางตอนใต้ของสเปน บริหารจัดการการติดตั้งภาคพื้นดินระดับสาธารณูปโภคทั่วคาบสมุทรไอบีเรีย ด้วยพนักงาน 200 คนและท่อส่งก๊าซ 80 เมกะวัตต์ต่อปี บริษัทจึงทำงานเป็นประจำในโครงการที่มีการจัดพื้นที่ที่ดิน เส้นทางเคเบิล และอินเวอร์เตอร์ในพื้นที่แคบ

ธุรกิจดังกล่าวได้รับสัญญาในการปรับปรุงพลังงานและขยายโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 1.6 เมกะวัตต์ที่มีอยู่โดยการเพิ่มกำลังการผลิตใหม่ 0.8 เมกะวัตต์ โรงงานไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านความปลอดภัยและประสิทธิภาพที่เข้มงวดยิ่งขึ้นของอุปกรณ์ DC ในปัจจุบันได้อีกต่อไป ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเปลี่ยนกล่องอาเรย์และสายเคเบิลแบบเก่า ทีมวิศวกรมองหาโซลูชันที่จะลดต้นทุนด้านความสมดุลของระบบ ในขณะเดียวกันก็รักษาการติดตั้งให้ปลอดภัยและการหยุดทำงานน้อยที่สุด

ความท้าทายและจุดปวด

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เดิมใช้กล่องรวมกำลังไฟ 600 V จับคู่กับสายอินเวอร์เตอร์ 380 V ทุก ๆ วงจรสายสี่เส้นถูกรวมเข้าด้วยกันเป็นตัวป้อนเดียว ซึ่งต้องใช้สายเคเบิลแรงดันต่ำที่ยาว ในส่วนใหม่ ทีมงานวางแผนที่จะใช้โมดูลแสงอาทิตย์ 1000 V และอินเวอร์เตอร์ส่วนกลางที่รองรับ 1000 V เพื่อลดหน้าตัดของสายเคเบิลและปรับปรุงประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์

ปัญหาคือกล่องรวมมาตรฐาน 600 V ไม่สามารถยอมรับแรงดันไฟฟ้าสตริงที่สูงกว่าได้ ดังนั้นผู้จัดการโครงการจึงจำเป็นต้องมีกล่องรวมที่สามารถจัดการ 1000 V DC ในขณะที่ป้อนอินพุตอินเวอร์เตอร์อิสระสองตัว ถาดเคเบิลและร่องลึกสายเคเบิลที่มีอยู่ไม่สามารถรองรับเส้นทางใหม่ที่สำคัญได้ ดังนั้นโครงการจึงจำเป็นต้องมีกล่องขนาดกะทัดรัดที่อนุญาตให้มีสายหกสายเข้าและเอาต์พุตกลุ่มสองกลุ่มออกไปได้ ซึ่งจำกัดการดึงสายเคเบิลใหม่และลดความยาวของตัวป้อนให้สั้นลง

อีกหนึ่งอาการปวดหัวมาจากการบำรุงรักษา ในการติดตั้งแบบเก่า การลัดวงจรหรือความล้มเหลวของสายอักขระถูกแยกออกด้วยฟิวส์เชิงกลที่ช้า ซึ่งทำให้เกิดการสืบค้นข้อบกพร่องที่ใช้เวลานานและการสูญเสียการผลิตโดยไม่ได้วางแผนทุกๆ สองสามเดือน เมื่อมีการปรับปรุงโรงงาน EPC พยายามหลีกเลี่ยงการสูญเสียเหล่านั้น

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

ทีมวิศวกรได้ประเมินทางเลือกสามทาง ได้แก่ กล่องรวมสัญญาณแบบมาตรฐานที่ผลิตเองพร้อมตัวยึดฟิวส์ กล่องรวมไฟฟ้าแรงสูงนำเข้าที่เสนอโดยพันธมิตรโมดูล และกล่องรวมสัญญาณ Soutya 1000V DC วิธีแก้ปัญหาแรกถูกตัดออกเนื่องจากกล่องที่สร้างขึ้นภาคสนามขาดกล่องหุ้มที่ได้รับการจัดอันดับ IP และเบรกเกอร์วงจรที่ได้รับการจัดอันดับ DC ที่เหมาะสม ตัวเลือกที่สองมีราคาแพงกว่าและมีเวลารอคอยมากกว่าสิบสัปดาห์

กล่องรวมเครื่อง Soutya 1000V DC โดดเด่นด้วยคุณสมบัติสามประการของผลิตภัณฑ์ที่ตรงกับความต้องการของโครงการทุกประการ

• อินพุต DC หกช่องและเอาต์พุตสองช่อง ช่วยให้การออกแบบสามารถป้อนอินพุต MPPT อินเวอร์เตอร์แยกกันสองตัวโดยไม่ต้องเพิ่มแผงย่อย
• การป้องกันแบบ MCB แทนตัวยึดฟิวส์ ทำให้สามารถรีเซ็ตและแก้ไขปัญหาได้ง่ายโดยไม่ต้องใช้ฟิวส์สำรอง
• อัตรากระแสไฟ 1000 V DC ต่อรูปแบบแรงดันไฟฟ้าของโปรเจ็กต์ จึงสามารถวางกล่องไว้ใกล้กับอาเรย์ได้และยังคงเป็นไปตามเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าที่ปลอดภัยของโรงงาน

นอกจากนี้ กล่องยังมาจากซัพพลายเออร์ในพื้นที่ซึ่งมีระยะเวลารอสินค้าสั้นเพียงสองสัปดาห์ ผู้จัดการฝ่ายจัดซื้อเปรียบเทียบต้นทุนของหน่วย Soutya กับคู่แข่ง และคำนวณการประหยัด 22% ต่อตู้ ก่อนที่จะพิจารณาการเดินสายไฟและการประหยัดแรงงาน

การดำเนินการและกระบวนการสมัคร

โปรเจ็กต์นี้ดำเนินการจ่ายไฟใหม่และขยายขนาดได้อย่างสมบูรณ์ในระหว่างกรอบเวลาการก่อสร้างสามเดือน การติดตั้งกล่อง Combiner ขนาด 1000V DC ใช้เวลาหกวันกับอาร์เรย์ใหม่และอาร์เรย์ทดแทนสิบชุด

ทีมงานได้ปฏิบัติตามลำดับที่ชัดเจน:

1. หลังจากยึดชั้นวางสำหรับติดตั้งแล้ว ช่างเทคนิคได้ติดตั้งสาย DC ไว้ที่ตำแหน่งกล่องรวมโดยมีการทดสอบแรงดันไฟฟ้าที่ 1000 V DC
2. กล่องรวม Soutya 1000V DC แต่ละกล่องถูกติดตั้งเข้ากับชั้นวางโดยคว่ำทางเข้าที่เป็นกลางและท่อร้อยสายลง เพื่อปกป้องช่อง MCB จากฝนที่เข้ามา
3. ตัวนำสายหกเส้นถูกตัดปลายในแต่ละกล่องและตรวจสอบแรงบิดตามค่าฉลาก
4. ฟีดเอาท์พุตสองตัวถูกส่งไปยังส่วนอินพุต MPPT ของอินเวอร์เตอร์ และเบรกเกอร์กระแสตรงจะทำงานหลังจากตรวจสอบการเชื่อมต่อทั้งหมดแล้วเท่านั้น

ปัญหาสำคัญเกิดขึ้นกับหลังคาเหล็กซึ่งไม่สามารถยึดแผ่นกราวด์ของตู้ได้ วิศวกรฝ่ายพรีเซลล์ของผู้ผลิตแนะนำให้ใช้ชุดดึงสายดินที่มีขั้วต่อแบบรูเดียว เจ้าหน้าที่ไซต์งานใช้เครื่องมือย้ำที่แนะนำและผ่านการทดสอบความต่อเนื่อง ซึ่งช่วยลดความล่าช้าที่อาจเกิดขึ้นถึงสองวัน

ผลลัพธ์เชิงปริมาณ

หลังจากการทดสอบเดินเครื่องและการดำเนินงานเต็มฤดูกาลในช่วงฤดูร้อน EPC ได้เปรียบเทียบประสิทธิภาพของโรงงานที่ได้รับการปรับปรุงใหม่กับส่วนที่เก่าซึ่งใช้อินเวอร์เตอร์ประเภทเดียวกัน

• น้ำหนักทองแดงของสายเคเบิลต่อตัวป้อนสตริงลดลง 35% เนื่องจากสตริง 1000 V ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าสูงกว่าและกระแสไฟฟ้าต่ำกว่า ในขณะที่ยังคงขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าตกเท่าเดิม
• ต้นทุนวัสดุระบบสมดุลโดยรวมสำหรับส่วนที่เพิ่ม 0.8 MW ลดลง 15% เมื่อเทียบกับการออกแบบพื้นฐาน 600 V รวมถึงราคาที่มีประสิทธิภาพของกล่อง Combiner Soutya 1000V DC
• เวลารีเซ็ตข้อผิดพลาดเปลี่ยนจากโดยเฉลี่ย 55 นาทีเป็น 8 นาที เนื่องจากมีเบรกเกอร์ประเภท MCB และการจัดเรียงแบบ 6-in-2-out ที่เข้าถึงได้ง่าย
• ความพร้อมใช้งานของเจนเนอเรชั่นดีขึ้น 3.4% ในช่วงสามเดือนแรก เมื่อเทียบกับประสิทธิภาพที่ผ่านมาของอาเรย์บ็อกซ์รุ่นเก่าที่มีการป้องกันแบบฟิวส์

เนื่องจากจำเป็นต้องใช้ตัวป้อนย่อยน้อยลง ความยาวในร่องลึกจึงสั้นลง 18% เช่นกัน ซึ่งช่วยประหยัดเวลาในการขุดค้นได้หนึ่งสัปดาห์และลดงานบดอัดก่อนที่จะติดตั้งอินเวอร์เตอร์

มุมมองลูกค้า

หัวหน้าฝ่ายวิศวกรรมไฟฟ้าของ EPC กล่าวว่า:

“กล่องรวมไฟ 1000V DC ให้รูปแบบเอาต์พุตคู่ที่เราต้องการโดยไม่ต้องมีการผลิตแบบพิเศษ เราได้ลดต้นทุนวัสดุ และยิ่งกว่านั้น เมื่อเชือกสะดุด ทีมงานจะกู้คืนได้ภายในไม่กี่นาที แทนที่จะใช้เวลาหลายชั่วโมงเพื่อค้นหาฟิวส์ที่ขาด”

เจ้าของโรงงานสะท้อนมุมมองดังกล่าว โดยสังเกตว่าการกำหนดค่าใหม่ช่วยให้สามารถขยายได้ในอนาคตโดยไม่ต้องเปลี่ยนโครงสร้างพื้นฐาน DC เดิม

บทเรียนและคำแนะนำ

สำหรับบริษัท EPC อื่นๆ ที่วางแผนงานพลังงานแสงอาทิตย์ DC ไฟฟ้าแรงสูงที่คล้ายกัน มีสามประเด็นที่โดดเด่น:

• เลือกกล่องรวมที่มีจำนวนอินพุตและเอาต์พุตที่เหมาะสมสำหรับโทโพโลยีอินเวอร์เตอร์ก่อนเริ่มโครงร่าง หน่วย 6-in-2-out สามารถลดจำนวนตัวป้อนและแผงกระจายรองได้อย่างมาก
• การป้องกันที่ใช้ MCB นั้นคุ้มค่ากับต้นทุนเริ่มแรกที่สูงขึ้นเล็กน้อย เนื่องจากการหยุดทำงานของการปฏิบัติงานนั้นถูกประเมินต่ำเกินไปในกรณีทางธุรกิจ การหลีกเลี่ยงการหยุดทำงานครึ่งวันสามารถหลีกเลี่ยงค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมได้
• ยืนยันข้อกำหนดการต่อสายดินและการป้องกัน IP กับซัพพลายเออร์ก่อนจัดส่ง รายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ เช่น ชุดสายดินอาจส่งผลต่อความเร็วและความน่าเชื่อถือในการติดตั้งสำหรับบริเวณหลังคายกระดับ

หากโครงการได้รับการปรับปรุงใหม่ ทีมงานจะสั่งชุดต่อมที่เจาะไว้ล่วงหน้าและท่อมาร์กเกอร์ตัวนำที่มีป้ายกำกับพร้อมกับกล่อง การเปลี่ยนแปลงง่ายๆ ดังกล่าวจะลดเวลาในการตรวจสอบการปิดโรงงานลงอีกสองวันทั่วทั้งโรงงาน

การอ้างอิงมาตรฐานอุตสาหกรรม

การติดตั้งและการเลือกกล่องรวมสัญญาณ 1000V DC ที่ใช้นั้นเป็นไปตามข้อกำหนด IEC ที่เกี่ยวข้อง: IEC 62548:2016 สำหรับข้อกำหนดการออกแบบอาร์เรย์ PV และข้อกำหนดด้านโครงสร้าง และ IEC 61643-11:2011 สำหรับการประสานงานการป้องกันไฟกระชากที่ฝั่ง DC

• IEC 62548:2016 — อาร์เรย์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ (PV) — ข้อกำหนดการออกแบบhttps://webstore.iec.ch/publication/62548
• IEC 61643-11:2011 - อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันต่ำ - SPD ที่เชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าแรงดันต่ำhttps://webstore.iec.ch/publication/61643-11