Nghiên cứu điển hình: Hộp kết hợp 1000V DC 6 trong 2 đầu ra giúp giảm 15% chi phí cho mảng năng lượng mặt trời

Bối cảnh khách hàng

Một công ty kỹ thuật, mua sắm và xây dựng năng lượng mặt trời (EPC) cỡ trung nằm ở miền nam Tây Ban Nha quản lý việc lắp đặt trên mặt đất quy mô tiện ích trên khắp Bán đảo Iberia. Với 200 nhân viên và công suất 80 MW hàng năm, công ty thường xuyên thực hiện các dự án có diện tích đất, tuyến cáp và bộ biến tần được bố trí ở những khu vực địa lý chật hẹp.

Doanh nghiệp này đã giành được hợp đồng cung cấp năng lượng lại và mở rộng nhà máy năng lượng mặt trời 1,6 MW hiện có bằng cách bổ sung thêm 0,8 MW công suất mới. Nhà máy không còn đáp ứng được các nhu cầu khắt khe về an toàn và hiệu suất của thiết bị DC ngày nay, do đó, các hộp mảng và hệ thống cáp cũ phải được thay thế. Nhóm kỹ thuật đã tìm kiếm một giải pháp có thể giảm chi phí cân bằng của hệ thống trong khi vẫn duy trì việc lắp đặt an toàn và giảm thiểu tình trạng ngừng hoạt động.

Những thách thức và điểm đau

Nhà máy năng lượng mặt trời ban đầu sử dụng hộp tổ hợp định mức 600 V kết hợp với đường dây biến tần 380 V. Cứ bốn mạch dây được kết hợp thành một bộ cấp nguồn, đòi hỏi phải chạy cáp điện áp thấp dài. Ở phần mới, nhóm đã lên kế hoạch sử dụng mô-đun năng lượng mặt trời 1000 V và bộ biến tần trung tâm có khả năng 1000 V để giảm tiết diện cáp và cải thiện hiệu suất của bộ biến tần.

Vấn đề là các hộp tổ hợp 600 V tiêu chuẩn không thể chấp nhận điện áp dây cao hơn. Do đó, những người quản lý dự án cần một hộp tổ hợp có khả năng xử lý 1000 V DC trong khi cấp hai đầu vào biến tần độc lập. Máng cáp và rãnh cáp hiện tại không đủ khả năng cung cấp các đường dẫn mới đáng kể, vì vậy dự án cần một hộp nhỏ gọn cho phép sáu dây đi vào và hai nhóm đầu ra rời ra, hạn chế việc kéo cáp mới và rút ngắn chiều dài bộ cấp nguồn.

Thêm một cơn đau đầu nữa đến từ việc bảo trì. Trong hệ thống lắp đặt cũ, hiện tượng đoản mạch hoặc đứt dây được cách ly bằng cầu chì cơ chậm. Điều đó gây ra việc tốn thời gian tìm kiếm lỗi và tổn thất phát điện ngoài dự kiến ​​cứ sau vài tháng. Với việc cải tạo lại nhà máy, EPC đang tìm cách tránh những tổn thất đó.

Tại sao nên sử dụng Hộp kết hợp Soutya 1000V DC 6 In 2 Out MCB?

Nhóm kỹ thuật đã đánh giá ba phương án thay thế: hộp nối tiêu chuẩn trồng tại nhà có giá đỡ cầu chì, hộp tổ hợp điện áp cao nhập khẩu do đối tác mô-đun cung cấp và hộp tổ hợp Soutya 1000V DC. Giải pháp đầu tiên đã bị loại trừ vì các hộp được chế tạo tại hiện trường thiếu vỏ bọc được xếp hạng IP thích hợp và bộ ngắt mạch được xếp hạng DC. Lựa chọn thứ hai đắt hơn và có thời gian thực hiện hơn 10 tuần.

Hộp kết hợp Soutya 1000V DC nổi bật nhờ ba tính năng sản phẩm phù hợp chính xác với yêu cầu của dự án.

• Sáu đầu vào DC và hai đầu ra, giúp thiết kế có khả năng cấp nguồn cho hai đầu vào MPPT biến tần riêng biệt mà không cần thêm bảng phụ.
• Bảo vệ loại MCB thay vì giá đỡ cầu chì. Điều này cho phép dễ dàng thiết lập lại và khắc phục sự cố mà không cần cầu chì dự phòng.
• Được định mức 1000 V DC theo cách bố trí điện áp chuỗi của dự án, do đó, hộp có thể được đặt gần mảng mà vẫn tuân thủ ngưỡng điện áp an toàn của nhà máy.

Ngoài ra, hộp hàng còn được cung cấp từ một nhà cung cấp địa phương với thời gian giao hàng ngắn là hai tuần. Người quản lý mua hàng đã so sánh chi phí của thiết bị Soutya với đối thủ cạnh tranh và tính toán mức tiết kiệm 22% cho mỗi vỏ bọc, trước khi xem xét tiết kiệm hệ thống dây điện và nhân công.

Quy trình thực hiện và ứng dụng

Dự án đã thực hiện việc cải tạo và mở rộng toàn bộ nguồn điện trong thời gian xây dựng kéo dài ba tháng. Việc lắp đặt các hộp tổ hợp 1000V DC mất sáu ngày trên mười mảng mới và mảng thay thế.

Nhóm đã tuân theo một trình tự rõ ràng:

1. Sau khi cố định các giá đỡ, các kỹ thuật viên lắp các đường dây DC vào các vị trí hộp tổ hợp bằng điện áp thử nghiệm ở mức 1000 V DC.
2. Mỗi hộp tổ hợp DC Soutya 1000V được gắn vào giá đỡ với các đầu nối trung tính và ống dẫn hướng xuống dưới, bảo vệ ngăn MCB khỏi sự xâm nhập của mưa.
3. Sáu dây dẫn được nối bên trong mỗi hộp và kiểm tra mô-men xoắn theo các giá trị trên nhãn.
4. Hai nguồn cấp dữ liệu đầu ra đã được định tuyến đến các phần đầu vào MPPT của biến tần và bộ ngắt DC chỉ được kích hoạt sau khi tất cả các kết nối được xác minh.

Một khó khăn chính nảy sinh trên những mái nhà được viền bằng thép, nơi không thể bắt vít tấm tiếp đất của vỏ bọc. Kỹ sư bán trước của nhà sản xuất đã đề xuất sử dụng bộ vấu nối đất có đầu cuối nén một lỗ. Đội ngũ công trường đã áp dụng công cụ uốn được khuyến nghị và đã vượt qua bài kiểm tra tính liên tục. Điều đó đã loại bỏ khả năng trì hoãn hai ngày.

Kết quả định lượng

Sau khi vận hành thử và vận hành trọn mùa hè, EPC đã so sánh hiệu suất của nhà máy được cấp điện lại với khu vực cũ hơn đang hoạt động với cùng loại biến tần.

• Trọng lượng cáp đồng trên mỗi bộ cấp dây giảm 35% do dây 1000 V chạy ở điện áp cao hơn và dòng điện thấp hơn trong khi vẫn duy trì cùng giới hạn sụt áp.
• Chi phí vật liệu cân bằng tổng thể của hệ thống cho phần 0,8 MW bổ sung đã giảm 15% so với thiết kế cơ bản 600 V, bao gồm cả giá thực tế của hộp tổ hợp Soutya 1000V DC.
• Thời gian đặt lại lỗi tăng từ trung bình 55 phút lên 8 phút nhờ cầu dao loại MCB và cách bố trí 6 đầu vào 2 đầu ra dễ tiếp cận.
• Khả năng sẵn sàng của thế hệ đã cải thiện 3,4% trong ba tháng đầu tiên so với hiệu suất trước đây của các hộp mảng cũ hơn có bảo vệ dựa trên cầu chì.

Do cần ít máy cấp liệu phụ hơn nên chiều dài đào rãnh cũng được rút ngắn 18%. Điều đó giúp tiết kiệm một tuần đào và giảm công việc đầm nén trước khi lắp bộ biến tần.

Quan điểm khách hàng

Người đứng đầu bộ phận kỹ thuật điện tại EPC cho biết:

"Hộp kết hợp 1000V DC mang đến cho chúng tôi bố cục đầu ra kép mà chúng tôi cần mà không cần chế tạo đặc biệt. Chúng tôi đã cắt giảm chi phí vật liệu và hơn thế nữa, khi một dây bị đứt, đội ngũ sẽ khôi phục nó trong vài phút thay vì mất hàng giờ để tìm cầu chì bị đứt."

Chủ nhà máy lặp lại quan điểm đó, lưu ý rằng cấu hình mới cho phép mở rộng trong tương lai mà không cần thay thế cơ sở hạ tầng DC ban đầu.

Bài học và khuyến nghị

Đối với các công ty EPC khác đang lên kế hoạch cho công trình năng lượng mặt trời DC điện áp cao tương tự, có ba điểm nổi bật:

• Chọn hộp kết hợp có số lượng đầu vào và đầu ra phù hợp cho cấu trúc liên kết biến tần trước khi bắt đầu bố trí. Bộ 6 trong 2 đầu ra có thể giảm đáng kể số lượng bộ cấp nguồn và bảng phân phối thứ cấp.
• Bảo vệ dựa trên MCB có giá trị cao hơn một chút so với chi phí ban đầu vì thời gian ngừng hoạt động được đánh giá thấp trong một trường hợp kinh doanh. Nếu tránh được nửa ngày ngừng hoạt động, bạn có thể phải trả thêm phí.
• Xác nhận các yêu cầu nối đất và bảo vệ IP với nhà cung cấp trước khi giao hàng. Một chi tiết nhỏ như bộ tiếp đất có thể ảnh hưởng đến tốc độ và độ tin cậy lắp đặt đối với những nơi có mái nhà trên cao.

Nếu dự án được làm lại, nhóm sẽ đặt hàng các bộ dụng cụ tuyến được khoan trước và dán nhãn các ống đánh dấu dây dẫn cùng lúc với các hộp. Sự thay đổi đơn giản đó sẽ cắt giảm thời gian kiểm tra cuối kỳ thêm hai ngày nữa trên toàn bộ nhà máy.

Tài liệu tham khảo tiêu chuẩn ngành

Việc lắp đặt và lựa chọn áp dụng hộp tổ hợp 1000V DC tuân theo các yêu cầu liên quan của IEC: IEC 62548:2016 đối với các yêu cầu về cấu trúc và thiết kế mảng quang điện, và IEC 61643-11:2011 đối với việc phối hợp chống đột biến điện ở phía DC.

• IEC 62548:2016 – Mảng quang điện (PV) – Yêu cầu thiết kế.https://webstore.iec.ch/publication/62548
• IEC 61643-11:2011 – Thiết bị bảo vệ chống đột biến điện áp thấp – SPD được kết nối với hệ thống điện hạ áp.https://webstore.iec.ch/publication/61643-11