사례 연구: 1000V DC 결합기 상자 6개 입력 2개 출력으로 태양광 어레이 비용 15% 절감

고객 배경

스페인 남부에 위치한 중간 규모의 태양광 엔지니어링, 조달 및 건설(EPC) 회사는 이베리아 반도 전역에 걸쳐 유틸리티 규모의 지상 장착 설치를 관리합니다. 200명의 직원과 80MW의 연간 파이프라인을 갖춘 이 회사는 토지 면적, 케이블 경로 및 인버터가 좁은 지리적 위치에 배열된 프로젝트를 일상적으로 수행합니다.

이 회사는 0.8MW의 신규 용량을 추가하여 기존 1.6MW 태양광 발전소에 전력을 공급하고 확장하는 계약을 체결했습니다. 공장은 오늘날 DC 장비의 더욱 엄격한 안전 및 성능 요구 사항을 더 이상 충족할 수 없었기 때문에 오래된 어레이 박스와 케이블을 교체해야 했습니다. 엔지니어링 팀은 설치를 안전하게 유지하고 가동 중단을 최소화하면서 시스템 균형 비용을 낮추는 솔루션을 찾았습니다.

과제와 문제점

원래 태양광 발전소는 380V 인버터 라인과 쌍을 이루는 600V 정격 결합기 박스를 사용했습니다. 4개의 스트링 회로가 모두 하나의 피더로 결합되었으므로 긴 저전압 케이블 연결이 필요했습니다. 새로운 구간에서 팀은 1000V 태양광 모듈과 1000V 지원 중앙 인버터를 사용하여 케이블 단면적을 줄이고 인버터 효율을 향상시킬 계획이었습니다.

문제는 표준 600V 결합기 박스가 더 높은 스트링 전압을 수용할 수 없다는 것이었습니다. 따라서 프로젝트 관리자는 두 개의 독립적인 인버터 입력을 공급하면서 1000V DC를 처리할 수 있는 결합기 박스가 필요했습니다. 기존 케이블 트레이와 트렌치는 상당한 새로운 경로를 감당할 수 없었기 때문에 프로젝트에는 6개의 스트링이 들어가고 2개의 그룹 출력이 나가도록 허용하여 새로운 케이블 당김을 제한하고 피더 길이를 단축할 수 있는 소형 상자가 필요했습니다.

유지 관리로 인해 또 다른 골치 아픈 문제가 발생했습니다. 이전 설치에서는 단락이나 스트링 오류가 느린 기계식 퓨즈로 격리되었습니다. 이로 인해 몇 달에 한 번씩 오류 추적에 시간이 많이 걸리고 계획되지 않은 발전 손실이 발생했습니다. 발전소 재가동을 통해 EPC는 이러한 손실을 방지할 방안을 모색하고 있었습니다.

Soutya 1000V DC 결합기 상자 6 In 2 Out MCB 유형이 필요한 이유는 무엇입니까?

엔지니어링 팀은 퓨즈 홀더가 있는 표준 자체 제작 정션 박스, 모듈 파트너가 제공하는 수입 고전압 결합 박스, Soutya 1000V DC 결합 박스 등 세 가지 대안을 평가했습니다. 첫 번째 솔루션은 현장 제작 상자에 적절한 IP 등급 인클로저와 DC 등급 회로 차단기가 부족하기 때문에 제외되었습니다. 두 번째 옵션은 가격이 더 비싸고 리드 타임이 10주 이상 걸렸습니다.

Soutya 1000V DC 결합기 박스는 프로젝트 요구 사항과 정확하게 일치하는 세 가지 제품 기능으로 인해 두각을 나타냈습니다.

• 6개의 DC 입력과 2개의 출력을 통해 추가 하위 패널 없이 2개의 별도 인버터 MPPT 입력을 공급할 수 있는 기능을 설계에 제공합니다.
• 퓨즈 홀더 대신 MCB 유형 보호. 이를 통해 예비 퓨즈가 필요 없이 쉽게 재설정하고 문제를 해결할 수 있었습니다.
• 프로젝트의 스트링 전압 레이아웃에 따라 1000V DC 정격이므로 상자를 어레이에 가깝게 배치하면서도 플랜트의 안전한 전압 임계값을 계속 준수할 수 있습니다.

게다가 상자는 2주라는 짧은 리드 타임으로 현지 공급업체로부터 배송되었습니다. 구매 관리자는 Soutya 장치의 비용을 경쟁 제품과 비교하여 배선 및 인건비 절감을 고려하기 전에 인클로저당 22%의 절감 효과를 계산했습니다.

구현 및 적용 프로세스

이 프로젝트는 3개월의 건설 기간 동안 완전한 재전원 공급 및 확장을 제공했으며, 10개의 신규 및 교체 어레이에 걸쳐 1000V DC 결합기 박스를 설치하는 데 6일이 걸렸습니다.

팀은 다음과 같은 명확한 순서를 따랐습니다.

1. 장착 랙을 고정한 후 기술자는 1000V DC에서 전압 테스트를 통해 DC 스트링 라인을 결합기 박스 위치에 설치했습니다.
2. 각 Soutya 1000V DC 결합기 상자는 중립 및 도관 입구가 아래를 향하도록 랙에 장착되어 MCB 구획을 빗물 침입으로부터 보호합니다.
3. 6개의 스트링 도체를 각 상자 내부에서 종단하고 라벨 값에 따라 토크를 확인했습니다.
4. 2개의 출력 피드는 인버터의 MPPT 입력 섹션으로 라우팅되었으며 모든 연결이 검증된 후에만 DC 차단기가 작동되었습니다.

인클로저의 접지판을 볼트로 고정할 수 없는 강철 트림 지붕에서 주요 문제가 발생했습니다. 제조업체의 사전 판매 엔지니어는 구멍이 하나인 압축 단자가 있는 접지 러그 키트를 사용할 것을 제안했습니다. 현장 직원은 권장 압착 도구를 적용하고 연속성 테스트를 통과했습니다. 이로써 잠재적인 이틀 지연이 제거되었습니다.

정량화된 결과

커미셔닝과 여름 전체 운영 시즌을 마친 후 EPC는 동일한 인버터 등급으로 운영되는 기존 섹션과 재전력 발전소의 성능을 비교했습니다.

• 1000V 스트링이 동일한 전압 강하 한계를 유지하면서 더 높은 전압과 더 낮은 전류에서 작동했기 때문에 스트링 피더당 케이블 구리 무게가 35% 감소했습니다.
• 추가된 0.8MW 부분에 대한 전체 시스템 균형 자재 비용은 Soutya 1000V DC 결합기 박스의 유효 가격을 포함하여 기본 600V 설계에 비해 15% 감소했습니다.
• MCB형 차단기와 접근이 용이한 6-in-2-out 배열 덕분에 고장 재설정 시간이 평균 55분에서 8분으로 단축되었습니다.
• 세대 가용성은 퓨즈 기반 보호 기능을 갖춘 기존 어레이 박스의 과거 성능과 비교하여 처음 3개월 동안 3.4% 향상되었습니다.

더 적은 수의 서브 피더가 필요했기 때문에 트렌칭 길이도 18% 단축되었습니다. 이를 통해 일주일 간의 굴착 작업을 절약하고 인버터를 장착하기 전 다짐 작업을 줄였습니다.

고객 관점

EPC의 전기 엔지니어링 책임자는 다음과 같이 말했습니다.

"1000V DC 결합기 박스는 특별한 제작 없이 우리에게 필요한 이중 출력 레이아웃을 제공했습니다. 우리는 재료비를 절감했으며, 더 나아가 스트링이 트립될 때 직원이 끊어진 퓨즈를 찾는 데 몇 시간을 소비하는 대신 몇 분 만에 복원할 수 있게 되었습니다."

공장 소유자는 새로운 구성을 통해 원래 DC 인프라를 교체하지 않고도 향후 확장이 가능하다는 점을 언급하면서 이러한 견해를 반영했습니다.

교훈과 권고사항

유사한 고전압 DC 태양광 발전 사업을 계획하고 있는 다른 EPC 회사의 경우 다음 세 가지 사항이 눈에 띕니다.

• 레이아웃을 시작하기 전에 인버터 토폴로지에 적합한 입력 및 출력 수를 갖춘 결합기 박스를 선택하십시오. 6-in-2-out 장치는 피더 수와 2차 분배 패널을 크게 줄일 수 있습니다.
• MCB 기반 보호는 비즈니스 사례에서 운영 중단 시간이 과소평가되기 때문에 약간 더 높은 초기 비용만큼 가치가 있습니다. 반나절의 정전을 피하면 추가 비용을 지불할 수 있습니다.
• 배송 전에 공급업체에 접지 및 IP 보호 요구 사항을 확인하십시오. 접지 키트와 같은 작은 세부 사항은 높은 지붕 현장의 설치 속도와 신뢰성에 영향을 미칠 수 있습니다.

프로젝트가 다시 수행되면 팀은 사전 드릴링된 글랜드 키트와 라벨이 붙은 도체 마커 튜브를 상자와 동시에 주문할 것입니다. 이러한 간단한 변경으로 공장 전체에 걸쳐 정밀 검사 시간이 이틀 더 단축됩니다.

업계 표준 참조

1000V DC 결합기 박스의 적용 설치 및 선택은 관련 IEC 요구 사항을 따릅니다. 즉, PV 어레이 설계 및 구조 요구 사항은 IEC 62548:2016, DC 측 서지 보호 조정은 IEC 61643-11:2011을 따릅니다.

• IEC 62548:2016 — 광전지(PV) 어레이 — 설계 요구 사항.https://webstore.iec.ch/publication/62548
• IEC 61643-11:2011 - 저전압 서지 보호 장치 - 저전압 전력 시스템에 연결된 SPD.https://webstore.iec.ch/publication/61643-11