Wie ein kommerzieller Solar-EPC die Installationszeit für schnelle Abschaltungen um 40 % verkürzte

Kundenhintergrund

Das in Austin, Texas, ansässige Unternehmen für Solartechnik, Beschaffung und Bau (EPC) ist auf PV-Dachsysteme für Vertriebszentren und Logistiklager spezialisiert. Das Unternehmen installiert jedes Jahr 20 bis 30 Anlagen mit einer Leistung von 300 kW bis 800 kW. Die meisten dieser Dächer befinden sich in Gerichtsbarkeiten, die die Überarbeitung des National Electrical Code aus dem Jahr 2020 übernommen haben. Das bedeutet, dass jedes System über eine gelistete Schnellabschaltlösung verfügen muss, die die Spannung innerhalb der Anlage innerhalb von 30 Sekunden nach der Inbetriebnahme auf ≤80 V reduziert.

Mit einem Vollzeit-Außendienstteam von 14 Mitarbeitern und einem durchschnittlichen Projektzyklus von zwei Monaten benötigte das Team einen schnellen Abschaltansatz, der sowohl den Vorschriften entspricht als auch einfach genug ist, um die Installation über mehrere Baustellen hinweg fortzusetzen. Die vorherige Lösung funktionierte, war jedoch mit versteckten Kosten verbunden, die erst spät im Zeitplan in der Stückliste auftauchten.

Herausforderungen mit dem bisherigen Rapid-Shutdown-Layout

Das Unternehmen spezifizierte ein Leistungsoptimierungssystem auf Modulebene für eine schnelle Abschaltung. Jede Box benötigte eine proprietäre Kommunikationsverbindung zu einem zentralen Gateway, und das Gateway erforderte ein separates Ethernet-Kabel und eine 24-V-DC-Steuerleitung zurück zum Wechselrichterbereich. Auf einem 400-kW-Dach mit mehr als 900 Modulen bedeutete das, dass entlang jeder Modulreihe zusätzliche Niederspannungskabel verlegt und an drei separaten Gateway-Standorten abgeschlossen werden mussten.

Die Außendiensttechniker verbrachten mehr Zeit mit der Installation und Fehlerbehebung dieser Kommunikationsverbindungen als mit der DC-Strangverkabelung. Bei langen Kabelstrecken fallen gelegentlich Signale aus, was dazu führt, dass die Abschaltsteuerung des Wechselrichters einen Fehler meldet. Auch wenn das Array sicher war, führten zeitweilige Kommunikationsausfälle zu Fehlalarmen und fehlgeschlagenen Inspektionen. Bei einem Projekt waren vier Besuche vor Ort erforderlich, bevor die örtliche AHJ den Abschaltzeitpunkttest akzeptierte. Die zusätzlichen Arbeits-, Nacharbeits- und Inspektionsverzögerungen erhöhten die Installationskosten des Unternehmens um 0,045 US-Dollar pro Watt.

Warum das Soutya 24V DC Power Line Control Schnellabschaltgerät?

Bei der Bewertung von Alternativen verglich das EPC-Team drei Optionen:

• Der Wechsel zu Mikrowechselrichtern mit integrierter Schnellabschaltung erforderte den Austausch der gesamten Wechselrichterplattform und erhöhte die Komponentenkosten erheblich.
• Die Beibehaltung von Leistungsoptimierern, aber die Einstellung eines größeren Elektrikerteams löste das grundlegende Problem der Zuverlässigkeit der Kommunikationskabel nicht.
• Durch den Einsatz des Soutya 24 V DC Power Line Control-Schnellabschaltgeräts entfällt der separate Kommunikationsbus vollständig.

Das Soutya-Gerät sendet den Abschaltbefehl über das vorhandene Gleichstromkabel und verwendet dabei ein 24-V-Gleichstromleitungssignal, um mit Sendern auf Modulebene zu kommunizieren. Es gibt keine zusätzliche Ethernet-Leitung und keine separate Niederspannungs-Sensorleitung. Das Gehäuse wird an jedem String-Kombinationspunkt montiert und an einen Standard-String-Wechselrichter angeschlossen. Ein einzelner Controller kann mehrere Strings verwalten, wodurch die Anzahl der pro Dach benötigten Steuerkästen reduziert wird.

Ein weiterer entscheidender Faktor war die Kompatibilität. Der EPC wurde bereits für eine Marke von String-Wechselrichtern standardisiert, und das Soutya-Gerät funktioniert mit Wechselrichtern, die nicht über eine integrierte Schnellabschaltung verfügen. Dadurch konnte das Unternehmen seinen bestehenden Wechselrichterbestand und sein Transformatordesign beibehalten und eine kostspielige Neuverkabelung bei jedem Projekt vermeiden.

Implementierung und Bereitstellung

Der erste Einsatz erfolgte auf einem 410-kW-Flachdach in Dallas. Der Rollout erstreckte sich über zwei Phasen über drei Wochen:

• Phase eins: Ersetzen der drei Gateway-Systeme im Optimierer-Stil durch zwei Soutya-Steuerkästen an den Haupt-DC-Combiner-Panels.
• Phase zwei: Passende Soutya-Transmitter auf Modulebene installiert und an den vorhandenen DC-Kabelschuhen angeschlossen, ohne eine neue Kommunikationsleitung zu ziehen.
• Anschließend verkabelte das Team die AC-Trennsperre, die eine Abschaltung auslöst, wenn die AC-Seite des Wechselrichters stromlos ist.

Beim ersten Abschalttest trat ein Hindernis auf. Eine schwache Erdungsverbindung führte dazu, dass das Steuersignal der Gleichstromleitung am Ende eines langen Strangs an Stärke verlor. Der Anwendungstechniker von Soutya empfahl die Installation eines 10 m langen integrierten Signalfilters am Ende dieses Strangs. Dadurch wurde das Problem in weniger als einer Stunde gelöst. Nach der Anpassung wurden beim Abschalttest innerhalb von 22 Sekunden 8 V am Hauptanschluss des Moduls gemessen, deutlich unter der 80-V-Grenze.

Quantifizierte Ergebnisse

Das Unternehmen verfolgte 18 fertiggestellte Dachsysteme nach dem ersten Jahr der Verwendung des Soutya-Schnellabschaltgeräts. Gemessene Ergebnisse im Vergleich zum vorherigen Ansatz:

• Installationszeit um 43 % verkürzt- Die durchschnittlichen Arbeitsstunden für die Schnellabschaltungsinstallation stiegen von 21 Stunden pro 400-kW-Projekt auf 12 Stunden, wodurch der Zeitplan um einen ganzen Tag verkürzt wurde.
• Nacharbeits- und Inspektionsausfälle gehen auf null zurück- Die bisher 1,4 fehlgeschlagenen Inspektionen pro System, die auf Kommunikationsfehler zurückzuführen sind, sind in allen 18 Systemen auf Null gesunken.
• Installationskosten um 35 % gesunken- Der Gesamtaufwand an Teilen und Arbeitsaufwand für die Einhaltung der Schnellabschaltung sank von 0,048 US-Dollar pro Watt auf 0,031 US-Dollar pro Watt. Bei einem 400-kW-Projekt bedeutete dies erhebliche Einsparungen in Höhe von 6.800 US-Dollar.

Diese Gewinne ermöglichten es dem EPC, einen späteren Materialpreisanstieg zu verkraften, ohne seinen Angebotspreis zu ändern, und der verkürzte Bauzeitplan verbesserte die pünktliche Lieferung für Lagermieter, die ihre Dächer in Betrieb nehmen mussten.

Kundenreferenz

„Früher war die schnelle Abschaltung auf Modulebene unser größter schmutziger Arbeitsbereich“, sagte der VP of Operations des Unternehmens. „Das 24-V-DC-Stromleitungssteuergerät von Soutya hat das gesamte System um eine Ebene komplexer gemacht. Wir ziehen keine zusätzlichen Datenkabel mehr und hatten seit der Umstellung keinen einzigen Kommunikationsfehler beim Herunterfahren.“

Lektionen und Empfehlungen

Drei Erkenntnisse aus diesem Projekt sind für andere Installateure besonders hervorzuheben:

• Suchen Sie nach einer Lösung, die die vorhandene Verkabelung wiederverwendet.Die Stromleitungssteuerung vermeidet dedizierte Kommunikationskabel, was bei Nachrüstungsprojekten und langen Dachspannweiten wertvoll ist.
• Bestätigen Sie frühzeitig die Kompatibilität mit Ihrer spezifischen Wechselrichtermarke.Der erste Pilottest vor der Entscheidung zum vollständigen Kauf ersparte dem Team später Monate der Fehlerbehebung.
• Messen Sie die Gesamtkosten der Compliance, nicht den Teilpreis.Die Einsparung von 6.800 US-Dollar an Arbeitsaufwand und Nacharbeit pro Projekt war mehr als der gesamte Unterschied bei den Komponentenkosten.

Wenn das Team das Projekt neu starten könnte, würde es den Signalstärkefilter von Anfang an für jede Zeichenfolge mit mehr als 300 m Länge in die Konstruktionszeichnung aufnehmen. Dennoch war die geringfügige Anpassung das einzige Problem, das bei allen 18 Installationen auftrat.

Referenzen

• NEC 690.12 (NFPA 70), Schnelle Abschaltung von PV-Systemen in Gebäuden, Ausgabe 2020.https://www.nfpa.org/70
• IEC 60947-1, Niederspannungsschaltgeräte und -steuergeräte – Teil 1: Allgemeine Regeln.https://webstore.iec.ch/publication/6123