Estudo de caso: Caixa combinadora de 1000 Vcc 6 entradas 2 saídas reduz os custos de painéis solares em 15%

Histórico do cliente

Uma empresa de média dimensão de engenharia, aquisição e construção (EPC) solar localizada no sul de Espanha gere instalações terrestres de grande escala em toda a Península Ibérica. Com 200 funcionários e um pipeline anual de 80 MW, a empresa trabalha rotineiramente em projetos onde áreas terrestres, rotas de cabos e inversores estão dispostos em áreas geográficas restritas.

A empresa ganhou um contrato para repotenciar e expandir uma usina solar existente de 1,6 MW, adicionando 0,8 MW de nova capacidade. A planta não atendia mais às necessidades mais rigorosas de segurança e desempenho dos equipamentos atuais de CC, então as antigas caixas de array e cabeamento tiveram que ser substituídos. A equipe de engenharia procurou uma solução que reduzisse os custos de equilíbrio do sistema e ao mesmo tempo mantivesse a instalação segura e as paradas mínimas.

Desafios e pontos problemáticos

A usina solar original usava caixas combinadoras com classificação de 600 V emparelhadas com uma linha inversora de 380 V. Cada quatro circuitos de string foram combinados em um alimentador, exigindo longos cabos de baixa tensão. Na nova seção, a equipe planejou usar módulos solares de 1.000 V e um inversor central com capacidade de 1.000 V para reduzir as seções transversais dos cabos e melhorar a eficiência do inversor.

O problema era que as caixas combinadoras padrão de 600 V não podiam aceitar as tensões mais altas dos strings. Os gerentes de projeto, portanto, precisavam de uma caixa combinadora capaz de lidar com 1.000 V CC enquanto alimentava duas entradas independentes do inversor. As bandejas de cabos e valas existentes não podiam permitir novos caminhos significativos, por isso o projeto precisava de uma caixa compacta que permitisse a entrada de seis colunas e a saída de dois grupos, limitando novas trações de cabos e encurtando o comprimento dos alimentadores.

Mais uma dor de cabeça veio da manutenção. Na instalação antiga, curtos-circuitos ou falhas de strings eram isolados com fusíveis mecânicos lentos. Isso causava um rastreamento demorado de falhas e perdas de geração não planejadas a cada poucos meses. Com a repotenciação da usina, a EPC buscava evitar essas perdas.

Por que a caixa combinadora Soutya 1000V DC tipo MCB de 6 entradas e 2 saídas?

A equipe de engenharia avaliou três alternativas: caixas de junção padrão caseiras com porta-fusíveis, caixas combinadoras de alta tensão importadas oferecidas por um parceiro de módulo e a caixa combinadora Soutya 1000V DC. A primeira solução foi descartada porque as caixas construídas em campo não possuem gabinetes adequados com classificação IP e disjuntores com classificação CC. A segunda opção era mais cara e tinha prazos de entrega superiores a dez semanas.

A caixa combinadora Soutya 1000V DC se destacou por três características do produto que atendem exatamente aos requisitos do projeto.

• Seis entradas CC e duas saídas, dando ao projeto a capacidade de alimentar duas entradas MPPT separadas do inversor sem um subpainel adicional.
• Proteção tipo MCB em vez de porta-fusíveis. Isso permitiu fácil reinicialização e solução de problemas, sem a necessidade de fusíveis sobressalentes.
• Classificado para 1.000 V CC de acordo com o layout de tensão do string do projeto, de modo que a caixa possa ser colocada próxima ao array e ainda atender aos limites de tensão seguros da planta.

Além disso, a caixa veio de um fornecedor local com um prazo de entrega curto de duas semanas. Os gerentes de compras compararam o custo da unidade Soutya com o da concorrência e calcularam uma economia de 22% por gabinete, antes de considerar a economia de fiação e mão de obra.

Processo de Implementação e Aplicação

O projeto entregou a repotenciação e expansão completas durante um período de construção de três meses. A instalação das caixas combinadoras de 1.000 Vcc levou seis dias em dez matrizes novas e de reposição.

A equipe seguiu uma sequência clara:

1. Depois de fixar os racks de montagem, os técnicos instalaram as linhas CC nas posições da caixa combinadora com um teste de tensão de 1000 V CC.
2. Cada caixa combinadora Soutya 1000V DC foi montada no rack com suas entradas de neutro e conduíte voltadas para baixo, protegendo o compartimento MCB da intrusão de chuva.
3. Seis condutores de corda foram terminados dentro de cada caixa e verificados o torque de acordo com os valores da etiqueta.
4. As duas alimentações de saída foram roteadas para as seções de entrada MPPT do inversor, e os disjuntores CC foram acionados somente após todas as conexões terem sido verificadas.

Uma dificuldade importante surgiu em telhados com acabamento em aço, onde a placa de aterramento do gabinete não podia ser aparafusada. O engenheiro de pré-venda do fabricante sugeriu o uso de um kit de terminais de aterramento com terminais de compressão de um furo. A equipe do local aplicou a ferramenta de crimpagem recomendada e passou no teste de continuidade. Isso eliminou um atraso potencial de dois dias.

Resultados Quantificados

Após o comissionamento e uma temporada completa de operação no verão, o EPC comparou o desempenho da usina repotenciada com a seção mais antiga operando com a mesma classe de inversores.

• O peso do cobre do cabo por alimentador de string caiu 35%, porque os strings de 1000 V funcionavam com uma tensão mais alta e uma corrente mais baixa, mantendo o mesmo limite de queda de tensão.
• O custo geral dos materiais de equilíbrio do sistema para a porção adicional de 0,8 MW foi reduzido em 15% em comparação com um projeto de linha de base de 600 V, incluindo o preço efetivo da caixa combinadora Soutya 1000V DC.
• O tempo de reinicialização de falhas passou de uma média de 55 minutos para 8 minutos graças aos disjuntores do tipo MCB e ao arranjo 6 entradas 2 saídas de fácil acesso.
• A disponibilidade de geração melhorou 3,4% durante os primeiros três meses em comparação com o desempenho histórico das caixas de array mais antigas com proteção baseada em fusíveis.

Como foram necessários menos subalimentadores, o comprimento da abertura de valas também foi reduzido em 18%. Isso economizou uma semana de escavação e reduziu o trabalho de compactação antes da montagem dos inversores.

Perspectiva do Cliente

O chefe de engenharia elétrica da EPC afirmou:

"A caixa combinadora de 1000 Vcc nos deu o layout de saída dupla que precisávamos, sem fabricação especial. Reduzimos nossos custos de material e, mais ainda, quando uma corda dispara, a equipe a restaura em minutos, em vez de passar horas procurando um fusível queimado."

O proprietário da usina concordou com essa visão, observando que a nova configuração permitiu expansão futura sem substituir a infraestrutura original de DC.

Lições e recomendações

Para outras empresas EPC que planejam trabalhos solares CC de alta tensão semelhantes, três pontos se destacam:

• Escolha uma caixa combinadora com o número certo de entradas e saídas para a topologia do inversor antes de iniciar o layout. Uma unidade 6 entradas 2 saídas pode reduzir bastante a contagem de alimentadores e painéis de distribuição secundários.
• A proteção baseada em MCB compensa o custo inicial ligeiramente mais elevado, porque o tempo de inatividade operacional é subestimado num caso de negócio. Uma interrupção evitada de meio dia pode pagar o extra.
• Confirme os requisitos de aterramento e proteção IP com o fornecedor antes do envio. Um pequeno detalhe como um kit de aterramento pode influenciar a velocidade e a confiabilidade da instalação em telhados elevados.

Se o projeto fosse refeito, a equipe encomendaria kits de buchas pré-perfuradas e tubos marcadores condutores rotulados junto com as caixas. Essa simples mudança reduziria o tempo de inspeção final em mais dois dias em toda a fábrica.

Referências de padrões da indústria

A instalação aplicada e a seleção da caixa combinadora de 1000 Vcc seguem os requisitos relevantes da IEC: IEC 62548:2016 para projeto de arranjo fotovoltaico e requisitos estruturais, e IEC 61643-11:2011 para coordenação de proteção contra surtos no lado CC.

• IEC 62548:2016 — Matrizes fotovoltaicas (PV) — Requisitos de projeto.https://webstore.iec.ch/publication/62548
• IEC 61643-11:2011 — Dispositivos de proteção contra surtos de baixa tensão — SPDs conectados a sistemas de energia de baixa tensão.https://webstore.iec.ch/publication/61643-11