Cómo un EPC solar comercial redujo el tiempo de instalación de apagado rápido en un 40%

Antecedentes del cliente

Con sede en Austin, Texas, esta empresa de ingeniería, adquisición y construcción (EPC) solar se especializa en sistemas fotovoltaicos sobre tejados para centros de distribución y almacenes logísticos. La empresa instala entre 20 y 30 sistemas cada año, con potencias comprendidas entre 300 kW y 800 kW. La mayoría de esos tejados se encuentran en jurisdicciones que han adoptado la revisión de 2020 del Código Eléctrico Nacional, lo que significa que cada sistema debe tener una solución de apagado rápido listada que reduzca el voltaje dentro del conjunto a ≤80 V dentro de los 30 segundos posteriores al inicio.

Con un equipo de campo de 14 personas a tiempo completo y un ciclo de proyecto promedio de dos meses, el equipo necesitaba un enfoque de cierre rápido que cumpliera con el código y fuera lo suficientemente simple como para mantener la instalación en movimiento en múltiples sitios de trabajo. La solución anterior funcionó, pero conllevaba costos ocultos que no aparecían en la lista de materiales hasta finales del cronograma.

Desafíos con el diseño de apagado rápido anterior

La empresa especificó un sistema optimizador de energía a nivel de módulo para un apagado rápido. Cada caja necesitaba un enlace de comunicación propietario a una puerta de enlace central, y la puerta de enlace requería un cable Ethernet independiente y una línea de control de 24 V CC de regreso al área del inversor. En un tejado de 400 kW con más de 900 módulos, eso significaba tender cableado de voltaje extra bajo a lo largo de cada fila de módulos y terminarlo en tres ubicaciones de puerta de enlace separadas.

Los técnicos de campo dedicaron más tiempo a instalar y solucionar problemas de estos enlaces de comunicación que al cableado de la cadena de CC. Los cables largos ocasionalmente dejaban caer señales, lo que provocaba que el controlador de apagado del inversor informara una falla. Incluso cuando el conjunto era seguro, los fallos de comunicación intermitentes desencadenaban falsas alarmas e inspecciones fallidas. Un proyecto requirió cuatro visitas al sitio antes de que la autoridad competente local aceptara la prueba de tiempo de cierre. Los retrasos adicionales en mano de obra, retrabajo e inspección agregaron $0,045 por vatio al costo de instalación de la empresa.

¿Por qué el dispositivo de apagado rápido de control de línea eléctrica de 24 VCC de Soutya?

Mientras evaluaba alternativas, el equipo de EPC comparó tres opciones:

• El cambio a microinversores con apagado rápido integrado requirió reemplazar toda la plataforma del inversor y aumentó el costo de los componentes en un gran margen.
• Mantener los optimizadores de energía pero contratar un equipo eléctrico más grande no resolvió el problema fundamental de confiabilidad de los cables de comunicación.
• El uso del dispositivo de apagado rápido del control de la línea de alimentación de 24 V CC de Soutya eliminó por completo el bus de comunicación independiente.

El dispositivo Soutya envía el comando de apagado a través del cable de alimentación de CC existente, utilizando una señal de línea de alimentación de 24 V CC para comunicarse con los transmisores a nivel de módulo. No hay un recorrido Ethernet adicional ni una línea de sensor de bajo voltaje separada. El gabinete se monta en cada punto del combinador de cadenas y se conecta a un inversor de cadena estándar. Un solo controlador puede manejar múltiples cadenas, lo que reduce la cantidad de cajas de control necesarias por techo.

Otro factor decisivo fue la compatibilidad. El EPC ya estaba estandarizado en una marca de inversores string y el dispositivo Soutya funciona con inversores que no tienen apagado rápido incorporado. Esto permitió a la empresa mantener su inventario de inversores y diseño de transformadores existentes, evitando un costoso recableado de cada proyecto.

Implementación y despliegue

La primera implementación se realizó en un techo comercial plano de 410 kW en Dallas. El lanzamiento abarcó dos fases durante tres semanas:

• Fase uno: se reemplazaron los tres sistemas de puerta de enlace estilo optimizador con dos cajas de control Soutya en los paneles principales del combinador de CC.
• Fase dos: Se instalaron transmisores a nivel de módulo Soutya compatibles y se terminaron en los terminales de cable de CC existentes sin necesidad de instalar una nueva línea de comunicación.
• Luego, el equipo conectó el enclavamiento de desconexión de CA, que activa el apagado cada vez que se desenergiza el lado de CA del inversor.

Durante la prueba de parada inicial apareció un obstáculo. Una conexión a tierra débil provocó que la señal de control de la línea de alimentación de CC perdiera fuerza cerca del final de una larga cadena. El ingeniero de aplicaciones de Soutya recomendó instalar un filtro de señal integrado de 10 m al final de esa cadena. Eso resolvió el problema en menos de una hora. Después del ajuste, la prueba de apagado midió 8 V en el conector principal del módulo en 22 segundos, cómodamente por debajo del límite de 80 V.

Resultados cuantificados

La empresa realizó un seguimiento de 18 sistemas de tejados terminados después del primer año de uso del dispositivo de apagado rápido de Soutya. Resultados medidos versus el enfoque anterior:

• El tiempo de instalación bajó un 43%- el promedio de horas de mano de obra para la instalación de parada rápida pasó de 21 horas por proyecto de 400 kW a 12 horas, recortando un día completo del cronograma.
• Fallos de retrabajo e inspección reducidos a cero- las anteriores 1,4 inspecciones fallidas por sistema atribuibles a errores de comunicación se redujeron a cero en los 18 sistemas.
• El costo instalado bajó un 35%- el total de piezas y mano de obra para el cumplimiento del apagado rápido cayó de $0,048 por vatio a $0,031 por vatio. En un proyecto de 400 kW que se tradujo en $6,800 en grandes ahorros.

Esas ganancias permitieron al EPC absorber un aumento posterior en el precio de los materiales sin cambiar su precio de oferta, y el cronograma de construcción más corto mejoró la entrega a tiempo para los inquilinos del almacén que necesitaban que sus techos estuvieran en funcionamiento.

Testimonio del cliente

"El apagado rápido a nivel de módulo solía ser nuestra mayor área de trabajo sucio", afirmó el vicepresidente de operaciones de la empresa. "El dispositivo de control de línea eléctrica de 24 V CC de Soutya eliminó una capa de complejidad de todo el sistema. Ya no utilizamos cables de datos adicionales y no hemos tenido ni un solo fallo de comunicación desde que cambiamos".

Lecciones y recomendaciones

Tres lecciones de este proyecto destacan para otros instaladores:

• Busque una solución que reutilice el cableado existente.El control de la línea eléctrica evita el uso de cables de comunicación dedicados, lo cual es valioso para proyectos de modernización y grandes luces de techo.
• Confirme la compatibilidad con anticipación con su marca de inversor específica.La primera prueba piloto antes de comprometerse con una compra completa le ahorró al equipo meses de resolución de problemas.
• Mida el costo total del cumplimiento, no el precio parcial.El ahorro de $6,800 en mano de obra y retrabajo por proyecto fue más que la diferencia total en el costo de los componentes.

Si el equipo pudiera reiniciar el proyecto, colocarían el filtro de intensidad de la señal en el dibujo de diseño desde el principio para cualquier cadena de más de 300 m. Aún así, el ajuste menor fue el único problema encontrado en las 18 instalaciones.

Referencias

• NEC 690.12 (NFPA 70), Apagado rápido de sistemas fotovoltaicos en edificios, edición 2020.https://www.nfpa.org/70
• IEC 60947-1, Aparamenta de distribución y control de baja tensión. Parte 1: Reglas generales.https://webstore.iec.ch/publication/6123