DC-1500-V-Sicherungshalter reduziert Ausfallzeiten von Solaranlagen um 60 %

Welchen Hintergrund hatte der Kunde?

Ein 50-MW-Solarkraftwerk im Südwesten der USA betreibt über 200.000 Photovoltaikmodule, die über String-Combiner-Boxen verbunden sind. Die Anlage wurde vor acht Jahren in Betrieb genommen und verzeichnete in den Hochsommermonaten, wenn die Umgebungstemperaturen 45 °C überstiegen, steigende Ausfallraten in ihren Sicherungssystemen.

Vor welchen Herausforderungen standen sie?

Die ursprünglichen Sicherungshalter waren für 1000 V DC ausgelegt. Mit der Erweiterung der Anlage erreichten die Stringspannungen 1500 V DC, um Kabelverluste zu reduzieren. Die älteren Sicherungshalter waren der höheren Spannung nicht gewachsen, was bei Überlastung zu häufigen Lichtbogenfehlern führte. Die Wärmebildaufnahme ergab Kontakttemperaturen von über 110 °C bei Nennstrom. In der Anlage kam es durchschnittlich zu 12 sicherungsbedingten Ausfällen pro Monat, deren Diagnose und Austausch jeweils 4 Stunden in Anspruch nahmen. Dies führte zu monatlichen Wartungskosten in Höhe von 15.000 US-Dollar und einem Verlust an Erzeugungseinnahmen in Höhe von 8.000 US-Dollar pro Ausfall.

Es wurden alternative Lösungen bewertet, darunter Gleichstrom-Leistungsschalter und der Austausch elektronischer Sicherungen. Leistungsschalter führten bei 1500 V zu Selektivitätsproblemen und kosteten 250 US-Dollar pro Einheit, während elektronische Sicherungen Fehlermodi in den Erkennungsschaltkreisen einführten.

Warum haben sie sich für den DC-1500-V-Sicherungshalter von Soutya entschieden?

Das Auswahlteam testete 1500-V-Sicherungshalter von drei Herstellern. Das Modell von Soutya hat den Temperaturanstiegstest bei 150 % des Nennstroms mit einer Abweichung von 15 °C über dem Grenzwert bestanden. Seine versilberten Kontakte hielten den Kontaktwiderstand nach 500 mechanischen Betätigungen unter 0,5 mΩ. Das IP65-Gehäusedesign ermöglichte die Installation im Freien ohne zusätzlichen Wetterschutz. Die Einhaltung von IEC 60269-1:2020 für Niederspannungssicherungen und UL 1699B:2018 für DC-Lichtbogenfehlerschutz gab dem Ingenieurteam Vertrauen. Der Stückpreis von 45 US-Dollar war 10 % niedriger als der des nächsten Konkurrenten.

Wie wurde das Produkt implementiert?

Die Anlage ersetzte 520 Sicherungshalter in 65 String-Sammelkästen. Das Projekt dauerte 2 Wochen mit einem Team von 5 Elektrikern. Zu den wichtigsten Schritten gehörten:

• Trennen Sie alle Strings und überprüfen Sie die Nullspannung mit einem 1500-V-Multimeter.
• Alte Sicherungshalter entfernen und Stromschienen auf Korrosion prüfen.
• Installieren Sie neue Soutya-Halter mit einem kalibrierten Drehmomentschlüssel, der auf die angegebenen 6 N·m eingestellt ist.
• Durchführung von Isolationswiderstandstests (500-V-Megaohmmeter) an jedem Anschlusskasten.
• Reaktivieren der Saiten und Aufzeichnen der konstanten Temperaturen für 24 Stunden.

Die größte Herausforderung war der beengte Platz für die Verkabelung in den Anschlusskästen. Das Team verwendete flexible Kupfergeflechtbrücken, um den minimalen Biegeradius einzuhalten, eine Lösung, die es für zukünftige Wartungsarbeiten dokumentierte.

Welche quantifizierbaren Ergebnisse wurden erzielt?

• Sicherungsbedingte Ausfälle sanken von 12 pro Monat auf 2 pro Monat – eine Reduzierung um 60 %.
• Die monatlichen Wartungskosten sanken von 15.000 US-Dollar auf 5.000 US-Dollar, wodurch jährlich 120.000 US-Dollar eingespart wurden.
• Der durch Ausfallzeiten entgangene Stromerzeugungsumsatz wurde von 8.000 $ auf 1.300 $ pro Monat reduziert.
• Die Wärmebildaufnahme nach 6 Monaten zeigte, dass alle Anschlüsse bei Volllast unter 70 °C lagen.
• In den 18 Betriebsmonaten wurden keine Störlichtbogenvorfälle gemeldet.

Die Gesamtanlagenverfügbarkeit verbesserte sich von 98,2 % auf 99,4 % und erhöhte die jährliche Energieproduktion um 540 MWh.

Was hat der Kunde gesagt?

Der Wartungsleiter der Anlage kommentierte: „Durch die Umstellung auf die 1500-V-Sicherungshalter von Soutya wurde ein chronisches Zuverlässigkeitsproblem gelöst. Wir müssen uns keine Sorgen mehr machen, dass die Sommerhitze zu Sicherungsausfällen führt, und die Kosteneinsparungen rechtfertigten die Aufrüstung innerhalb von 9 Monaten.“ Der Elektrotechniker ergänzte: „Durch die kompakte Bauweise war die Nachrüstung einfacher als erwartet. Wir haben uns bei allen zukünftigen Erweiterungen auf diese Halter geeinigt.“

Welche Lektionen können andere Kunden lernen?

1. Überprüfen Sie die Spannungswerte sorgfältig.Für 1000 V ausgelegte Sicherungshalter sollten niemals in 1500 V-Systemen verwendet werden, auch nicht bei niedrigeren Strömen. Die Lichtbogenlöschfähigkeit ist spannungsabhängig.
2. Messen Sie den Übergangswiderstand während der Installation.Eine Basislinie unter 0,5 mΩ gewährleistet langfristige Zuverlässigkeit. Verwenden Sie für genaue Messwerte ein Mikroohmmeter.
3. Planen Sie das Wärmemanagement.Reduzieren Sie in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur die Leistung des Sicherungshalters basierend auf den Kurven des Herstellers. Der Soutya-Halter ermöglicht 100 % Nennstrom bis zu 50 °C ohne Leistungsminderung.

Wenn das Projekt erneut gestartet würde, würde das Team vor dem Austausch einen thermischen Scan aller vorhandenen Verbindungen durchführen, um potenzielle Hotspots zu identifizieren, die gleichzeitig behoben werden könnten.

Referenzen

• IEC 60269-1. Niederspannungssicherungen – Teil 1: Allgemeine Anforderungen [S]. 2020.
• UL 1699B:2018 Photovoltaik (PV) Gleichstrom-Lichtbogenschutz.
• IEC 62606:2013 Allgemeine Anforderungen für Lichtbogenfehlererkennungsgeräte (AFDDs).