บริษัท EPC โซลาร์ลดความผิดพลาดฝั่ง DC 45% ด้วย MCB DC SGB5-40P ได้อย่างไร

ภูมิหลังลูกค้า

SunGrid Energy Solutions บริษัท EPC ด้านพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตั้งอยู่ในเมืองทูซอน รัฐแอริโซนา บริหารจัดการระบบโฟโตโวลตาอิกเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมขนาด 25 MW ทั่วภาคตะวันตกเฉียงใต้ของสหรัฐอเมริกา บริษัทดูแลทุกอย่างตั้งแต่การออกแบบระบบไปจนถึงการดำเนินงานและซ่อมบำรุงอย่างต่อเนื่อง ด้วยทีมวิศวกรและช่างเทคนิคภาคสนามภายในองค์กรจำนวน 15 คน ผลงานของพวกเขาครอบคลุมทั้งอาร์เรย์บนหลังคา ระบบกันสาดจอดรถ และโรงไฟฟ้าติดตั้งบนพื้นดินที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า

เช่นเดียวกับผู้ดำเนินการพลังงานแสงอาทิตย์หลายราย ทีมเทคนิคของ SunGrid อยู่ภายใต้แรงกดดันตลอดเวลาให้เพิ่มเวลาการทำงานให้สูงสุด การรับประกันสมรรถนะในสัญญาซื้อขายไฟฟ้าหมายความว่าทุกชั่วโมงที่ระบบหยุดทำงานมีค่าปรับทางการเงินโดยตรง ความผิดพร่องใดๆ ทางฝั่ง DC ไม่เพียงแต่ขัดขวางผลผลิตพลังงาน แต่ยังสิ้นเปลืองชั่วโมงซ่อมบำรุงอันมีค่าอีกด้วย

ความท้าทายหลักของการป้องกันความผิดพลาดในวงจร DC คืออะไร?

จุดเจ็บปวดของ SunGrid กระจุกตัวอยู่ทางฝั่ง DC ในกล่องรวมสตริง (combiner box) ซึ่งการป้องกันกระแสเกินอาศัยฟิวส์แบบตอบสนองเร็ว เมื่อสตริงใดประสบกระแสย้อนกลับจากอาร์เรย์ที่ต่อขนานกัน หรือไฟกระชากจากฟ้าผ่าใกล้เคียง ฟิวส์ก็จะขาด แม้จะป้องกันความเสียหายร้ายแรงได้ แต่ก็สร้างปัญหาหน้าปวดในการดำเนินงานตามมาอีกหลายประการ:

• ฟิวส์ใช้ได้ครั้งเดียว ทุกครั้งที่ตัดวงจรต้องเดินทางไปหน้างานเพื่อเปลี่ยนฟิวส์ ทำให้ต้องเสียเวลาทั้งการเดินทางและค่าแรงหลายชั่วโมง
• การประสานการทำงานกับอินเวอร์เตอร์แบบสตริงไม่ดีนัก ฟิวส์ตัดวงจรแยกกันโดยอิสระ ส่งผลให้ทั้งอาร์เรย์หลุดออกจากระบบและเกิดการแจ้งเตือน
• ในหลายกรณี ฟิวส์ไม่มีความสามารถในการตัดกระแสไฟฟ้ากระแสตรงที่เพียงพอ ส่งผลให้เกิดความล้มเหลวจากการอาร์กภายในกล่องรวมสาย ซึ่งทำให้ขั้วต่อและฉนวนสายไฟเสียหาย
• การวินิจฉัยและแก้ไขปัญหาล่าช้า ทีมงานต้องตรวจสอบแต่ละสตริงทีละอัน ใช้เวลาเฉลี่ย 90 นาทีต่อเหตุการณ์ขัดข้องหนึ่งครั้ง

ปัญหาเหล่านี้กลายเป็นความสูญเสียที่วัดได้ บริษัทบันทึกเหตุการณ์ซ่อมบำรุงนอกแผนฝั่งไฟฟ้ากระแสตรงจำนวน 32 ครั้งในหกเดือน โดยมีค่าใช้จ่ายเฉลี่ย $1,800 ต่อครั้ง เมื่อรวมค่าแรง อะไหล่ และค่าปรับจากการผลิต รวมแล้วเป็นค่าใช้จ่ายดำเนินงานที่หลีกเลี่ยงได้ถึง $115,000

ทำไม SunGrid จึงเลือก MCB สำหรับ DC รุ่น SGB5-40P?

SunGrid พิจารณาทางเลือกสองแนวทาง การอัปเกรดไปใช้ฟิวส์ที่มีพิกัดสูงขึ้นจะเป็นการแก้ปัญหาเฉพาะหน้า แต่ไม่ได้แก้ข้อจำกัดเรื่องใช้ได้เพียงครั้งเดียวหรือปัญหาการประสานการทำงาน พวกเขายังประเมินเบรกเกอร์ขนาดเล็ก (MCB) แบบ AC ทั่วไปที่นำมาตัดแปลงใช้กับวงจร DC แต่พบว่าไม่ผ่านความสามารถในการตัดกระแส DC ที่กำหนด และตัดวงจรเมื่อเจอกระแสกระชากเริ่มต้นตามปกติ

ทีมวิศวกรรมเลือกใช้ MCB ไฟฟ้ากระแสตรง SINGI SGB5-40P หลังการทดสอบเปรียบเทียบหลายชุด ปัจจัยสำคัญในการตัดสินใจได้แก่:

• ความสามารถในการตัดกระแสที่ได้พิกัด DC จริง: SGB5-40P รับมือกระแสไฟฟ้าลัดวงจรไฟฟ้ากระแสตรงสูงได้อย่างเชื่อถือได้ ด้วยห้องดับอาร์กที่ปรับให้เหมาะสม สอดคล้องกับผลการศึกษาจำลอง MHD ล่าสุดที่เน้นว่าการแบ่งอาร์กและการเสริมสนามแม่เหล็กช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการตัดวงจรไฟฟ้ากระแสตรงได้อย่างไร
• การป้องกันแบบความร้อน-แม่เหล็ก: การทำงานร่วมกันของการตัดวงจรด้วยความร้อนจากการรับเกินพิกัดและการตัดวงจรด้วยแม่เหล็กจากไฟฟ้าลัดวงจร ให้การประสานที่แม่นยำกับคุณลักษณะอินพุตของอินเวอร์เตอร์ ขจัดปัญหาการตัดวงจรโดยไม่จำเป็น
• ดีไซน์กะทัดรัดแบบราง DIN: รูปทรงเพรียวของเบรกเกอร์ช่วยให้ SunGrid ปรับปรุงกล่องรวมสายที่มีอยู่เดิมได้โดยไม่ต้องออกแบบตู้ใหม่ทั้งหมด
• ความยืดหยุ่นในการรีเซ็ต: เมื่อตัดวงจรแล้ว สามารถรีเซ็ตเบรกเกอร์ได้ที่หน้างาน ช่วยลดความจำเป็นในการสำรองฟิวส์และการเรียกช่างฉุกเฉิน

SGB5-40P ถูกนำไปใช้งานอย่างไร?

การติดตั้งดำเนินไปตลอดห้าสัปดาห์ในฤดูใบไม้ผลิปี 2025 SunGrid เริ่มต้นด้วยการตรวจสอบกล่องรวมสตริงทั้ง 12 กล่องในพื้นที่นำร่องสามแห่งอย่างเต็มรูปแบบ ทีมงานได้ทำแผนผังระดับแรงดันของสตริง กระแสผิดพร่องที่คาดไว้ และข้อกำหนดของอินเวอร์เตอร์ เพื่อกำหนดขนาดโครงและพิกัดการตัดที่ถูกต้องสำหรับการติดตั้งแต่ละจุด

ในสองสัปดาห์แรก ช่างเทคนิคถอดที่ใส่ฟิวส์เดิมออกและติดตั้งเบรกเกอร์ SGB5-40P บนราง DIN มีการขันจุดเชื่อมต่อสายไฟให้แน่นตามค่าทอร์กที่กำหนด โดยใช้กล้องถ่ายภาพความร้อนเพื่อยืนยันว่าไม่มีจุดร้อน ในสัปดาห์ที่สาม SunGrid ตั้งค่าโปรแกรมการป้องกันของอินเวอร์เตอร์ใหม่ให้สอดคล้องกับเส้นโค้งเวลากระแสของเบรกเกอร์ เพื่อให้มั่นใจว่า MCB ฝั่ง DC จะตัดวงจรก่อนที่อินเวอร์เตอร์จะปิดตัวลงเนื่องจากแรงดันเกิน

อุปสรรคทั่วไปประการหนึ่งปรากฏขึ้นระหว่างการทดสอบเดินระบบ: วงจรสตริงบางวงจรทำงานใกล้กับจุดตัดทันทีของเบรกเกอร์ เนื่องจากอุณหภูมิสภาพแวดล้อมสูง ทีมเทคนิคของ SINGI แนะนำให้ปรับการตั้งค่าการตัดแบบแม่เหล็ก (ในรุ่นที่มีให้) และเพิ่มการระบายอากาศในกล่องรวมสตริง หลังจากการปรับแต่งเหล่านั้น เบรกเกอร์ก็ทำงานโดยไม่ตัดวงจรผิดพลาด แม้ในช่วงโหลดสูงสุดของฤดูร้อน

โครงการนี้ให้ผลลัพธ์ที่วัดเป็นตัวเลขได้อย่างไรบ้าง?

หลังจากใช้งานเก้าเดือน SunGrid ได้รวบรวมตัวชี้วัดประสิทธิภาพดังต่อไปนี้จากสามพื้นที่นำร่อง:

• เหตุการณ์ผิดพลาดฝั่ง DC ลดลง 45% เมื่อเทียบกับช่วงเดียวกันของปีก่อน คุณลักษณะการตัดวงจรที่เสถียรของ SGB5-40P ช่วยลดการตัดการเชื่อมต่อที่ไม่จำเป็น
• ชั่วโมงแรงงานในการบำรุงรักษาลดลง 30% เนื่องจากสามารถรีเซ็ตเบรกเกอร์ได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนใหม่ เวลาเฉลี่ยในการคืนระบบสตริงจึงลดลงจาก 1.5 ชั่วโมงเหลือ 20 นาที
• การทริปของอินเวอร์เตอร์ที่เกิดจากความผิดพลาดฝั่ง DC ต้นทางลดลง 22% การประสานการทำงานแบบเลือกได้ของเบรกเกอร์ช่วยป้องกันไม่ให้ทั้งอาร์เรย์หลุดออกจากระบบ
• ความพร้อมใช้งานโดยรวมของระบบดีขึ้นจาก 99.1% เป็น 99.6% คิดเป็นพลังงานที่จ่ายเพิ่มขึ้น 1,200 MWh ต่อปีจากทั้งสามพื้นที่ เทียบเท่ารายได้ที่เพิ่มขึ้น $96,000

ค่าใช้จ่ายรวมของการอัปเกรด ซึ่งรวมเบรกเกอร์ ค่าแรง และการดัดแปลงตู้เล็กน้อย อยู่ที่ $28,000 จากความประหยัดในค่าซ่อมบำรุงและผลผลิตที่เพิ่มขึ้น SunGrid คืนทุนได้ภายในเวลาไม่ถึงหกเดือน

ลูกค้าพูดถึง SGB5-40P อย่างไร?

Rafael Ortiz ผู้จัดการฝ่ายปฏิบัติการของ SunGrid กล่าวว่า "SGB5-40P เป็นโซลูชันที่ติดตั้งแล้วลืมได้เลย แต่ก่อนเราเคยกลัวความเสียหายฝั่ง DC เพราะทุกครั้งที่ต้องเปลี่ยนฟิวส์หมายถึงการขับรถไปไกลและต้องแก้ไขปัญหาด้วยมือมากมาย ตอนนี้เบรกเกอร์รีเซ็ตได้ และระบบก็ยังออนไลน์อยู่ เพียงแค่การลดจำนวนครั้งที่อินเวอร์เตอร์ตัดวงจรก็ทำให้ทีมการเงินของเราเชื่อว่านี่เป็นการลงทุนที่คุ้มค่าแล้ว"

ผู้ประกอบการโซลาร์รายอื่นเรียนรู้อะไรได้บ้าง?

ประสบการณ์ของ SunGrid มอบข้อคิดที่นำไปใช้ได้หลายประการสำหรับเจ้าของสินทรัพย์พลังงานแสงอาทิตย์ ผู้รับเหมา EPC และทีม O&M:

• ห้ามใช้เบรกเกอร์พิกัด AC กับวงจร DC อาร์กไฟฟ้ากระแสตรงมีความเสถียรกว่าและดับยากกว่า ควรเลือกเบรกเกอร์อย่าง SGB5-40P ที่ระบุพิกัดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงไว้อย่างชัดเจนและให้ความสามารถในการตัดอาร์กที่เพียงพอ
• เลือกเส้นโค้งของเบรกเกอร์ให้เข้ากับคุณสมบัติอินพุตของอินเวอร์เตอร์ การประสานการทำงานช่วยป้องกันการตัดวงจรโดยไม่จำเป็น และทำให้เบรกเกอร์เป็นแนวป้องกันแรกโดยไม่รบกวนการทำงานของอินเวอร์เตอร์ระหว่างเหตุการณ์ชั่วคราว
• คำนึงถึงการลดพิกัดตามอุณหภูมิแวดล้อม ในสภาพอากาศร้อน เกณฑ์การตัดวงจรด้วยความร้อนอาจเปลี่ยนแปลงได้ ควรระบายอากาศในกล่องรวมสายและเลือกเบรกเกอร์ที่มีพิกัดต่ำลงหากจำเป็น เพื่อหลีกเลี่ยงการตัดวงจรก่อนเวลา

มองย้อนกลับไป SunGrid น่าจะทำการถ่ายภาพความร้อนที่จุดเชื่อมต่อทุกจุดระหว่างการตรวจสอบครั้งแรก ขั้วต่อที่หลวมบางจุดซึ่งพบภายหลังสามารถระบุได้ตั้งแต่เนิ่น ๆ ช่วยประหยัดเวลาการปรับปรุงเพิ่มอีกหนึ่งวัน บริษัทมีแผนกำหนดให้ SGB5-40P เป็นมาตรฐานสำหรับการออกแบบ PV ใหม่ทั้งหมดต่อไป

เอกสารอ้างอิง

1. "Simulation Study on Arc Motion Process of DC Miniature Circuit Breakers" – การวิเคราะห์ MHD ของการดับอาร์กใน MCB ไฟฟ้ากระแสตรง เน้นความสำคัญของการแบ่งอาร์กและสนามแม่เหล็กภายนอกเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการตัดวงจร Https://doi.org/10.1063/5.0174184
2. "UL 1699B:2018 Photovoltaic (PV) DC Arc-Fault Circuit Protection" – มาตรฐานสำหรับการตรวจจับและตัดวงจรจากอาร์กไฟฟ้ากระแสตรงในระบบโฟโตโวลตาอิก ให้แนวทางการออกแบบสำหรับอุปกรณ์ป้องกันอย่าง MCB ไฟฟ้ากระแสตรง Https://www.shopulstandards.com/ProductDetail.aspx?productId=UL1699B