Como um EPC solar comercial reduziu o tempo de instalação de desligamento rápido em 40%

Histórico do cliente

Com sede em Austin, Texas, esta empresa de engenharia, aquisição e construção solar (EPC) é especializada em sistemas fotovoltaicos para telhados para centros de distribuição e armazéns logísticos. A empresa instala de 20 a 30 sistemas por ano, variando de 300 kW a 800 kW. A maioria desses telhados está em jurisdições que adotaram a revisão de 2020 do Código Elétrico Nacional, o que significa que cada sistema deve ter uma solução de desligamento rápido listada que reduza a tensão dentro do conjunto para ≤80 V dentro de 30 segundos após o início.

Com uma equipe de campo de 14 pessoas em tempo integral e um ciclo de projeto médio de dois meses, a equipe precisava de uma abordagem de encerramento rápido que fosse compatível com o código e simples o suficiente para manter a instalação em movimento em vários locais de trabalho. A solução anterior funcionou, mas trazia custos ocultos que só apareciam na lista de materiais no final do cronograma.

Desafios com o layout anterior de desligamento rápido

A empresa especificou um sistema otimizador de energia em nível de módulo para desligamento rápido. Cada caixa precisava de um link de comunicação proprietário para um gateway central, e o gateway exigia um cabo Ethernet separado e uma linha de controle de 24 V CC de volta à área do inversor. Em um rooftop de 400 kW com mais de 900 módulos, isso significava instalar fiação extra de baixa tensão ao longo de cada fileira de módulos e terminá-la em três locais de gateway separados.

Os técnicos de campo gastaram mais tempo instalando e solucionando problemas nesses links de comunicação do que na fiação da cadeia CC. Fios longos passam ocasionalmente sinais, fazendo com que o controlador de desligamento do inversor relate uma falha. Mesmo quando o conjunto era seguro, falhas intermitentes de comunicação acionavam alarmes falsos e falhas nas inspeções. Um projeto exigiu quatro visitas ao local antes que a autoridade competente local aceitasse o teste de tempo de desligamento. A mão de obra extra, o retrabalho e os atrasos na inspeção acrescentaram US$ 0,045 por watt ao custo instalado da empresa.

Por que o dispositivo de desligamento rápido de controle de linha de energia Soutya 24V DC?

Ao avaliar alternativas, a equipe EPC comparou três opções:

• Mudar para microinversores com desligamento rápido integrado exigiu a substituição de toda a plataforma do inversor e aumentou o custo dos componentes em uma grande margem.
• Manter os otimizadores de energia, mas contratar uma equipe elétrica maior, não resolveu o problema fundamental de confiabilidade dos fios de comunicação.
• Usando o dispositivo de desligamento rápido de controle de linha de energia Soutya 24 V DC - eliminou totalmente o barramento de comunicação separado.

O dispositivo Soutya envia o comando de desligamento pelo cabo de alimentação CC existente, usando um sinal de linha de alimentação de 24 V CC para se comunicar com os transmissores de nível de módulo. Não há passagem Ethernet adicional nem linha de sensor de baixa tensão separada. O gabinete é montado em cada ponto do combinador de string e se conecta a um inversor de string padrão. Um único controlador pode lidar com vários strings, o que reduz o número de caixas de controle necessárias por rooftop.

Outro fator decisivo foi a compatibilidade. O EPC já foi padronizado em uma marca de inversores string, e o dispositivo Soutya funciona com inversores que não possuem desligamento rápido integrado. Isso permitiu que a empresa mantivesse o estoque existente de inversores e o projeto de transformadores, evitando uma dispendiosa religação de cada projeto.

Implementação e implantação

A primeira implantação aconteceu em um telhado comercial plano de 410 kW em Dallas. O lançamento durou duas fases ao longo de três semanas:

• Fase um: Substituição dos três sistemas de gateway estilo otimizador por duas caixas de controle Soutya nos painéis combinadores CC principais.
• Fase dois: Instalou transmissores de nível de módulo Soutya correspondentes e terminou-os nos terminais de cabo CC existentes sem puxar uma nova linha de comunicação.
• Em seguida, a equipe conectou o intertravamento de desconexão CA, que aciona o desligamento sempre que o lado CA do inversor é desenergizado.

Um obstáculo apareceu durante o teste inicial de desligamento. Uma conexão de aterramento fraca fez com que o sinal de controle da linha de alimentação CC perdesse força próximo ao final de uma longa sequência. O engenheiro de aplicação de Soutya aconselhou a instalação de um filtro de sinal integrado de 10 m na extremidade dessa cadeia. Isso resolveu o problema em menos de uma hora. Após o ajuste, o teste de desligamento mediu 8 V no conector principal do módulo em 22 segundos, confortavelmente abaixo do limite de 80 V.

Resultados Quantificados

A empresa rastreou 18 sistemas de telhado concluídos após o primeiro ano de uso do dispositivo de desligamento rápido Soutya. Resultados medidos versus a abordagem anterior:

• Tempo de instalação caiu 43%- a média de horas de trabalho para instalação de desligamento rápido passou de 21 horas por projeto de 400 kW para 12 horas, cortando um dia inteiro do cronograma.
• Falhas de retrabalho e inspeção até zero- as anteriores 1,4 inspeções falhadas por sistema, atribuíveis a erros de comunicação, caíram para zero em todos os 18 sistemas.
• Custo instalado caiu 35%- o total de peças e mão de obra para conformidade com desligamento rápido caiu de US$ 0,048 por watt para US$ 0,031 por watt. Em um projeto de 400 kW, isso se traduziu em uma grande economia de US$ 6.800.

Esses ganhos permitiram ao EPC absorver um aumento posterior no preço dos materiais sem alterar o seu preço de proposta, e o calendário de construção mais curto melhorou a entrega atempada para os inquilinos dos armazéns que precisavam dos seus telhados em funcionamento .

Depoimento do cliente

“O desligamento rápido em nível de módulo costumava ser nossa maior área de trabalho sujo”, disse o vice-presidente de operações da empresa. "O dispositivo de controle de linha de energia de 24 V CC Soutya eliminou uma camada de complexidade de todo o sistema. Não extraímos mais fios de dados extras e não tivemos uma única falha de comunicação de desligamento desde que trocamos."

Lições e recomendações

Três lições deste projeto se destacam para outros instaladores:

• Procure uma solução que reutilize a fiação existente.O controle da linha de energia evita cabos de comunicação dedicados, o que é valioso para projetos de modernização e longos vãos de telhado.
• Confirme antecipadamente a compatibilidade com a marca específica do seu inversor.O primeiro teste piloto antes de se comprometer com uma compra completa poupou à equipe meses de solução de problemas depois.
• Meça o custo total da conformidade, não o preço parcial.A economia de US$ 6.800 em mão de obra e retrabalho por projeto foi maior do que toda a diferença no custo dos componentes.

Se a equipe pudesse reiniciar o projeto, eles colocariam o filtro de intensidade do sinal no desenho do projeto desde o início para qualquer sequência com comprimento superior a 300 m. Ainda assim, o pequeno ajuste foi o único problema encontrado em todas as 18 instalações.

Referências

• NEC 690.12 (NFPA 70), Desligamento rápido de sistemas fotovoltaicos em edifícios, edição de 2020.https://www.nfpa.org/70
• IEC 60947-1, Equipamento de manobra e controle de baixa tensão - Parte 1: Regras gerais.https://webstore.iec.ch/publication/6123