Cách một EPC năng lượng mặt trời thương mại cắt giảm 40% thời gian lắp đặt tắt máy nhanh chóng

Bối cảnh khách hàng

Có trụ sở tại Austin, Texas, công ty kỹ thuật, mua sắm và xây dựng năng lượng mặt trời (EPC) này chuyên về hệ thống quang điện trên mái nhà cho các trung tâm phân phối và kho hậu cần. Công ty lắp đặt 20 đến 30 hệ thống mỗi năm, có công suất từ ​​300 kW đến 800 kW. Hầu hết những mái nhà đó đều thuộc các khu vực pháp lý đã áp dụng bản sửa đổi năm 2020 của Bộ luật Điện quốc gia, nghĩa là mọi hệ thống phải có giải pháp tắt nhanh được liệt kê để giảm điện áp trong mảng xuống 80 V trong vòng 30 giây kể từ khi bắt đầu.

Với đội ngũ làm việc toàn thời gian gồm 14 người và chu kỳ dự án trung bình là hai tháng, nhóm cần một phương pháp ngừng hoạt động nhanh chóng, vừa tuân thủ quy tắc vừa đủ đơn giản để duy trì quá trình cài đặt diễn ra trên nhiều địa điểm làm việc. Giải pháp trước đó có hiệu quả nhưng nó đi kèm với những chi phí tiềm ẩn không được hiển thị trong hóa đơn nguyên vật liệu cho đến cuối lịch trình.

Những thách thức với bố cục tắt máy nhanh trước đó

Công ty đã chỉ định một hệ thống tối ưu hóa năng lượng ở cấp độ mô-đun để tắt máy nhanh chóng. Mỗi hộp cần một liên kết giao tiếp độc quyền đến cổng trung tâm và cổng này yêu cầu cáp Ethernet riêng và đường dây điều khiển 24 V DC quay trở lại khu vực biến tần. Trên mái nhà công suất 400 kW với hơn 900 mô-đun, điều đó có nghĩa là kéo thêm dây điện áp thấp dọc theo mỗi hàng mô-đun và kết thúc tại ba vị trí cổng riêng biệt.

Các kỹ thuật viên hiện trường đã dành nhiều thời gian hơn để cài đặt và khắc phục sự cố các liên kết truyền thông này so với việc thực hiện nối dây DC. Chạy dây dài thỉnh thoảng bị rớt tín hiệu khiến bộ điều khiển tắt biến tần báo lỗi. Ngay cả khi mảng an toàn, lỗi liên lạc không liên tục đã gây ra cảnh báo sai và không thể kiểm tra. Một dự án yêu cầu bốn chuyến thăm hiện trường trước khi AHJ địa phương chấp nhận thử nghiệm thời gian ngừng hoạt động. Sự chậm trễ về nhân công, làm lại và kiểm tra đã làm tăng thêm 0,045 USD mỗi watt vào chi phí lắp đặt của công ty.

Tại sao nên sử dụng Thiết bị tắt nhanh điều khiển đường dây nguồn DC Soutya 24V?

Trong khi đánh giá các lựa chọn thay thế, nhóm EPC đã so sánh ba lựa chọn:

• Chuyển sang bộ biến tần vi mô có tích hợp tắt máy nhanh - yêu cầu thay thế toàn bộ nền tảng bộ biến tần và tăng chi phí linh kiện lên một mức lớn.
• Giữ lại các bộ tối ưu hóa năng lượng nhưng thuê một đội điện lớn hơn - không giải quyết được vấn đề cơ bản về độ tin cậy của dây truyền thông.
• Sử dụng thiết bị tắt nhanh điều khiển đường dây nguồn Soutya 24 V DC - loại bỏ hoàn toàn bus truyền thông riêng biệt.

Thiết bị Soutya gửi lệnh tắt máy qua cáp nguồn DC hiện có, sử dụng tín hiệu đường dây nguồn 24 V DC để liên lạc với các bộ phát cấp mô-đun. Không có đường truyền Ethernet bổ sung và không có đường dây cảm biến điện áp thấp riêng biệt. Vỏ được gắn ở mọi điểm của bộ kết hợp chuỗi và kết nối với bộ biến tần chuỗi tiêu chuẩn. Một bộ điều khiển duy nhất có thể xử lý nhiều chuỗi, giúp giảm số lượng hộp điều khiển cần thiết trên mỗi mái nhà.

Một yếu tố quyết định khác là khả năng tương thích. EPC đã được tiêu chuẩn hóa trên một thương hiệu bộ biến tần chuỗi và thiết bị Soutya hoạt động với các bộ biến tần không có tính năng tắt nhanh tích hợp. Điều đó cho phép công ty duy trì thiết kế máy biến áp và kho biến tần hiện có, tránh việc đi lại dây điện tốn kém cho mọi dự án.

Triển khai và triển khai

Việc triển khai đầu tiên diễn ra trên mái nhà thương mại phẳng công suất 410 kW ở Dallas. Việc triển khai kéo dài hai giai đoạn trong ba tuần:

• Giai đoạn một: Thay thế ba hệ thống cổng kiểu tối ưu hóa bằng hai hộp điều khiển Soutya ở bảng điều khiển bộ kết hợp DC chính.
• Giai đoạn hai: Lắp đặt các bộ phát cấp mô-đun Soutya phù hợp và kết nối chúng trên các vấu cáp DC hiện có mà không cần kéo đường dây liên lạc mới.
• Sau đó, nhóm nối dây cho khóa liên động ngắt kết nối AC, khóa này sẽ kích hoạt tắt máy bất cứ khi nào phía AC của biến tần bị mất điện.

Một trở ngại đã xuất hiện trong quá trình thử nghiệm tắt máy ban đầu. Kết nối đất yếu khiến tín hiệu điều khiển đường dây nguồn DC bị mất cường độ ở gần cuối một chuỗi dài. Kỹ sư ứng dụng của Soutya khuyên nên lắp bộ lọc tín hiệu tích hợp dài 10 m ở cuối chuỗi đó. Điều đó đã giải quyết vấn đề trong vòng chưa đầy một giờ. Sau khi điều chỉnh, thử nghiệm tắt máy đo được 8 V tại đầu nối chính của mô-đun trong vòng 22 giây, ở mức thoải mái dưới giới hạn 80 V.

Kết quả định lượng

Công ty đã theo dõi 18 hệ thống mái nhà đã hoàn thiện sau năm đầu tiên sử dụng thiết bị tắt nhanh Soutya. Kết quả được đo lường so với phương pháp trước đó:

• Thời gian cài đặt giảm 43%- giờ lao động trung bình để lắp đặt tắt máy nhanh đã tăng từ 21 giờ cho mỗi dự án 400 kW xuống còn 12 giờ, cắt giảm cả ngày so với tiến độ.
• Làm lại và kiểm tra lỗi xuống bằng không- 1,4 lần kiểm tra không thành công trước đó trên mỗi hệ thống do lỗi giao tiếp đã giảm xuống 0 trên tất cả 18 hệ thống.
• Chi phí lắp đặt giảm 35%- tổng số bộ phận và nhân công để tuân thủ việc tắt máy nhanh đã giảm từ 0,048 USD mỗi watt xuống còn 0,031 USD mỗi watt. Trên một dự án 400 kW đã tiết kiệm được 6.800 đô la.

Những lợi ích đó cho phép EPC chấp nhận mức tăng giá vật liệu sau này mà không thay đổi giá thầu, đồng thời tiến độ xây dựng được rút ngắn đã cải thiện thời gian giao hàng đúng hạn cho những người thuê kho cần vận hành mái nhà của họ.

Lời chứng thực của khách hàng

Phó Giám đốc Điều hành của công ty cho biết: “Tắt máy nhanh chóng ở cấp độ mô-đun từng là khu vực làm việc bẩn thỉu nhất của chúng tôi”. "Thiết bị điều khiển đường dây nguồn Soutya 24 V DC đã loại bỏ một lớp phức tạp ra khỏi toàn bộ hệ thống. Chúng tôi không kéo thêm dây dữ liệu nữa và chúng tôi chưa gặp phải một lần tắt liên lạc nào kể từ khi chuyển đổi."

Bài học và khuyến nghị

Ba bài học từ dự án này nổi bật đối với những người cài đặt khác:

• Hãy tìm giải pháp tái sử dụng hệ thống dây điện hiện có.Điều khiển đường dây điện tránh được cáp truyền thông chuyên dụng, rất có giá trị cho các dự án trang bị thêm và nhịp mái dài.
• Xác nhận khả năng tương thích sớm với nhãn hiệu biến tần cụ thể của bạn.Cuộc thử nghiệm thí điểm đầu tiên trước khi quyết định mua toàn bộ đã giúp nhóm tránh được nhiều tháng khắc phục sự cố sau đó.
• Đo lường tổng chi phí tuân thủ chứ không phải giá một phần.Khoản tiết kiệm 6.800 USD cho lao động và làm lại cho mỗi dự án lớn hơn toàn bộ sự khác biệt về chi phí thành phần.

Nếu nhóm có thể khởi động lại dự án, họ sẽ đưa bộ lọc cường độ tín hiệu vào bản vẽ thiết kế ngay từ đầu cho bất kỳ chuỗi nào dài hơn 300 m. Tuy nhiên, điều chỉnh nhỏ là vấn đề duy nhất gặp phải trong tất cả 18 bản cài đặt.

Tài liệu tham khảo

• NEC 690.12 (NFPA 70), Tắt nhanh hệ thống quang điện trên các tòa nhà, Phiên bản 2020.https://www.nfpa.org/70
• IEC 60947-1, Thiết bị đóng cắt và điều khiển điện áp thấp - Phần 1: Quy tắc chung.https://webstore.iec.ch/publication/6123