Fallstudie: 1000-V-DC-Sammelbox 6 in 2 Out senkt die Kosten für Solaranlagen um 15 %

Kundenhintergrund

Ein mittelständisches Solartechnik-, Beschaffungs- und Bauunternehmen (EPC) mit Sitz in Südspanien verwaltet großflächige Freilandanlagen auf der gesamten Iberischen Halbinsel. Mit 200 Mitarbeitern und einer jährlichen Pipeline von 80 MW arbeitet das Unternehmen regelmäßig an Projekten, bei denen Grundstücksfläche, Kabeltrassen und Wechselrichter eng geographisch angeordnet sind.

Das Unternehmen hatte einen Auftrag zur Umrüstung und Erweiterung einer bestehenden 1,6-MW-Solaranlage durch die Hinzufügung von 0,8 MW neuer Kapazität erhalten. Die Anlage erfüllte nicht mehr die strengeren Sicherheits- und Leistungsanforderungen heutiger DC-Geräte, daher mussten die alten Array-Boxen und die Verkabelung ersetzt werden. Das Ingenieurteam suchte nach einer Lösung, die die Systemkosten senken und gleichzeitig die Installationssicherheit und die minimalen Unterbrechungen gewährleisten würde.

Herausforderungen und Schmerzpunkte

Die ursprüngliche Solaranlage verwendete 600-V-Anschlusskästen gepaart mit einer 380-V-Wechselrichterleitung. Alle vier Stringstromkreise wurden zu einer Einspeisung zusammengefasst, was lange Niederspannungskabelwege erforderte. Auf dem neuen Abschnitt plante das Team den Einsatz von 1000-V-Solarmodulen und einem 1000-V-fähigen Zentralwechselrichter, um die Kabelquerschnitte zu reduzieren und die Wechselrichtereffizienz zu verbessern.

Das Problem bestand darin, dass Standard-600-V-Sammelboxen die höheren Stringspannungen nicht akzeptieren konnten. Die Projektmanager benötigten daher einen Anschlusskasten, der 1000 V DC verarbeiten und gleichzeitig zwei unabhängige Wechselrichtereingänge versorgen kann. Die vorhandenen Kabelrinnen und -gräben konnten keine nennenswerten neuen Wege ermöglichen, daher benötigte das Projekt einen kompakten Kasten, der den Eintritt von sechs Strängen und den Ausgang von zwei Gruppenausgängen ermöglichte, wodurch neue Kabelzüge begrenzt und die Längen der Einspeisungen verkürzt wurden.

Weitere Kopfschmerzen kamen von der Wartung. In der Altanlage wurden Kurzschlüsse oder Stringausfälle mit trägen mechanischen Sicherungen isoliert. Dies führte alle paar Monate zu einer zeitaufwändigen Fehlersuche und zu ungeplanten Stromausfällen. Mit der Umrüstung der Anlage wollte das EPC diese Verluste vermeiden.

Warum der Soutya 1000 V DC Combiner Box 6 In 2 Out MCB-Typ?

Das Ingenieurteam bewertete drei Alternativen: selbstgebaute Standard-Anschlusskästen mit Sicherungshaltern, importierte Hochspannungs-Sammelboxen eines Modulpartners und die 1000-V-DC-Sammelbox von Soutya. Die erste Lösung wurde ausgeschlossen, da vor Ort gebaute Boxen keine geeigneten IP-geschützten Gehäuse und DC-Schutzschalter haben. Die zweite Option war teurer und hatte eine Vorlaufzeit von mehr als zehn Wochen.

Der Soutya 1000V DC Combiner Box zeichnete sich durch drei Produktmerkmale aus, die genau den Projektanforderungen entsprachen.

• Sechs DC-Eingänge und zwei Ausgänge geben dem Design die Möglichkeit, zwei separate MPPT-Eingänge des Wechselrichters ohne zusätzliches Unterpanel zu versorgen.
• MCB-Schutz anstelle von Sicherungshaltern. Dies ermöglichte ein einfaches Zurücksetzen und eine Fehlerbehebung, ohne dass Ersatzsicherungen erforderlich waren.
• Ausgelegt für 1000 V DC gemäß der String-Spannungsanordnung des Projekts, sodass die Box in der Nähe des Arrays platziert werden kann und dennoch die sicheren Spannungsschwellenwerte der Anlage einhält.

Zudem kam die Box mit einer kurzen Lieferzeit von zwei Wochen von einem lokalen Lieferanten. Einkaufsmanager verglichen die Kosten der Soutya-Einheit mit denen der Konkurrenz und berechneten eine Einsparung von 22 % pro Gehäuse, bevor sie Einsparungen bei der Verkabelung und beim Arbeitsaufwand berücksichtigten.

Implementierungs- und Bewerbungsprozess

Das Projekt umfasste die komplette Erneuerung und Erweiterung während eines dreimonatigen Baufensters. Die Installation der 1000-V-DC-Sammelkästen in zehn neuen und Ersatzfeldern dauerte sechs Tage.

Das Team folgte einer klaren Reihenfolge:

1. Nach der Befestigung der Montagegestelle installierten die Techniker die DC-Strangleitungen an den Positionen des Generatoranschlusskastens mit einem Spannungstest bei 1000 V DC.
2. Jeder 1000-V-DC-Sammelkasten von Soutya wurde mit den Neutralleiter- und Leitungseinführungen nach unten am Rack montiert, um das MCB-Fach vor dem Eindringen von Regen zu schützen.
3. Sechs Strangleiter wurden in jedem Kasten angeschlossen und gemäß den auf dem Etikett angegebenen Werten auf Drehmoment geprüft.
4. Die beiden Ausgangseinspeisungen wurden zu den MPPT-Eingangsabschnitten des Wechselrichters geleitet und die DC-Leistungsschalter wurden erst aktiviert, nachdem alle Verbindungen überprüft worden waren.

Eine wesentliche Schwierigkeit ergab sich bei Dächern mit Stahlverkleidung, bei denen die Erdungsplatte des Gehäuses nicht verschraubt werden konnte. Der Vorverkaufstechniker des Herstellers schlug die Verwendung eines Erdungskabelsatzes mit Einloch-Kompressionsklemmen vor. Das Team vor Ort setzte das empfohlene Crimpwerkzeug ein und bestand einen Durchgangstest. Dadurch entfiel eine mögliche Verzögerung von zwei Tagen.

Quantifizierte Ergebnisse

Nach der Inbetriebnahme und einer kompletten Sommerbetriebssaison verglich das EPC die Leistung der umgerüsteten Anlage mit der des älteren Abschnitts, der mit derselben Wechselrichterklasse betrieben wurde.

• Das Kabelkupfergewicht pro Strangeinspeisung sank um 35 %, da die 1000-V-Stränge mit einer höheren Spannung und einem niedrigeren Strom betrieben wurden, während der Spannungsabfallgrenzwert gleich blieb.
• Die gesamten Systemmaterialkosten für den zusätzlichen 0,8-MW-Anteil wurden im Vergleich zu einem 600-V-Basisdesign um 15 % gesenkt, einschließlich des effektiven Preises des Soutya 1000-V-Gleichstrom-Sammelkastens.
• Dank der MCB-Leistungsschalter und der leicht zugänglichen 6-in-2-out-Anordnung konnte die Fehlerrücksetzzeit von durchschnittlich 55 Minuten auf 8 Minuten gesenkt werden.
• Die Erzeugungsverfügbarkeit verbesserte sich in den ersten drei Monaten um 3,4 % im Vergleich zur historischen Leistung der älteren Array-Boxen mit sicherungsbasiertem Schutz.

Da weniger Unterverteiler benötigt wurden, verkürzte sich auch die Grabenlänge um 18 %. Das sparte eine Woche Aushub und reduzierte die Verdichtungsarbeiten vor der Montage der Wechselrichter.

Kundenperspektive

Der Leiter der Elektrotechnik am EPC erklärte:

„Der 1000-V-Gleichstrom-Kombinationskasten ermöglichte uns das Dual-Output-Layout, das wir brauchten, ohne dass eine spezielle Fertigung erforderlich war. Wir haben unsere Materialkosten gesenkt und, was noch wichtiger ist: Wenn ein Strang auslöst, kann das Team ihn jetzt in wenigen Minuten wiederherstellen, anstatt stundenlang nach einer durchgebrannten Sicherung zu suchen.“

Der Anlagenbesitzer teilte diese Ansicht und stellte fest, dass die neue Konfiguration zukünftige Erweiterungen ermöglichte, ohne die ursprüngliche DC-Infrastruktur zu ersetzen.

Lektionen und Empfehlungen

Für andere EPC-Unternehmen, die ähnliche Hochspannungs-Gleichstrom-Solararbeiten planen, fallen drei Punkte auf:

• Wählen Sie einen Anschlusskasten mit der richtigen Anzahl an Ein- und Ausgängen für die Wechselrichtertopologie, bevor Sie mit der Auslegung beginnen. Eine 6-in-2-out-Einheit kann die Anzahl der Einspeisungen und sekundären Verteilerfelder erheblich reduzieren.
• Der MCB-basierte Schutz ist die etwas höheren Anschaffungskosten wert, da betriebliche Ausfallzeiten im Geschäftsfall unterschätzt werden. Ein vermiedener halbtägiger Ausfall kann für den Aufpreis aufkommen.
• Bestätigen Sie vor dem Versand die Erdungs- und IP-Schutzanforderungen mit dem Lieferanten. Ein kleines Detail wie ein Erdungsset kann die Installationsgeschwindigkeit und -zuverlässigkeit bei Hochdachstandorten beeinflussen.

Wenn das Projekt erneuert würde, würde das Team gleichzeitig mit den Kästen vorgebohrte Verschraubungssätze und beschriftete Leitermarkierungsrohre bestellen. Diese einfache Änderung würde die Zeit für die Abschlussinspektionen im gesamten Werk um weitere zwei Tage verkürzen.

Referenzen zu Industriestandards

Die angewandte Installation und Auswahl des 1000-V-DC-Sammelkastens folgen den relevanten IEC-Anforderungen: IEC 62548:2016 für PV-Array-Design und strukturelle Anforderungen und IEC 61643-11:2011 für die Überspannungsschutzkoordination auf der DC-Seite.

• IEC 62548:2016 – Photovoltaik (PV)-Arrays – Designanforderungen.https://webstore.iec.ch/publication/62548
• IEC 61643-11:2011 – Niederspannungs-Überspannungsschutzgeräte – SPDs, die an Niederspannungsnetze angeschlossen sind.https://webstore.iec.ch/publication/61643-11