Étude de cas : Le boîtier de combinaison 1 000 V CC 6 entrées 2 sorties réduit les coûts des panneaux solaires de 15 %

Contexte du client

Une entreprise d'ingénierie, d'approvisionnement et de construction (EPC) solaire de taille moyenne située dans le sud de l'Espagne gère des installations au sol à grande échelle dans toute la péninsule ibérique. Avec 200 employés et un pipeline annuel de 80 MW, l'entreprise travaille régulièrement sur des projets où la superficie des terrains, les chemins de câbles et les onduleurs sont répartis dans des zones géographiques restreintes.

L'entreprise avait remporté un contrat pour réalimenter et agrandir une centrale solaire existante de 1,6 MW en ajoutant 0,8 MW de nouvelle capacité. L'usine ne répondait plus aux besoins plus stricts en matière de sécurité et de performances des équipements à courant continu d'aujourd'hui. Les anciens boîtiers et câbles de réseau ont donc dû être remplacés. L'équipe d'ingénierie a recherché une solution qui réduirait les coûts d'équilibre du système tout en garantissant la sécurité de l'installation et en minimisant les arrêts.

Défis et points douloureux

La centrale solaire d'origine utilisait des boîtiers de combinaison de 600 V associés à une ligne d'onduleur de 380 V. Tous les quatre circuits de chaîne étaient combinés en une seule alimentation, ce qui nécessitait de longs parcours de câbles basse tension. Sur la nouvelle section, l'équipe prévoyait d'utiliser des modules solaires de 1 000 V et un onduleur central compatible 1 000 V pour réduire les sections de câbles et améliorer l'efficacité de l'onduleur.

Le problème était que les boîtiers de combinaison standard de 600 V ne pouvaient pas accepter les tensions de chaîne plus élevées. Les chefs de projet avaient donc besoin d'un boîtier de combinaison capable de gérer 1 000 V CC tout en alimentant deux entrées d'onduleur indépendantes. Les chemins de câbles et les tranchées existants ne pouvaient pas permettre de nouveaux chemins importants, le projet avait donc besoin d'un boîtier compact permettant l'entrée de six chaînes et la sortie de deux sorties de groupe, limitant ainsi les nouvelles tractions de câbles et raccourcissant la longueur des lignes d'alimentation.

Un autre casse-tête est venu de la maintenance. Dans l'ancienne installation, les courts-circuits ou les défaillances de chaînes étaient isolés à l'aide de fusibles mécaniques lents. Cela entraînait une recherche de pannes fastidieuse et des pertes de production imprévues tous les quelques mois. Avec la remise en puissance de la centrale, l’EPC cherchait à éviter ces pertes.

Pourquoi le boîtier de combinaison Soutya 1 000 V CC de type MCB 6 entrées 2 sorties ?

L'équipe d'ingénierie a évalué trois alternatives : des boîtes de jonction standard faites maison avec porte-fusibles, des boîtes de jonction haute tension importées proposées par un partenaire de module et la boîte de jonction Soutya 1 000 V CC. La première solution a été exclue car les boîtiers construits sur site ne disposent pas de boîtiers IP ni de disjoncteurs CC appropriés. La deuxième option était plus coûteuse et comportait des délais de plus de dix semaines.

Le boîtier de combinaison Soutya 1 000 V CC s'est démarqué par trois caractéristiques du produit qui correspondaient exactement aux exigences du projet.

• Six entrées CC et deux sorties, donnant à la conception la possibilité d'alimenter deux entrées MPPT d'onduleur séparées sans sous-panneau supplémentaire.
• Protection de type MCB au lieu de porte-fusibles. Cela a permis une réinitialisation et un dépannage faciles sans avoir besoin de fusibles de rechange.
• Conçu pour 1 000 V CC selon la configuration de tension de chaîne du projet, le boîtier peut donc être placé à proximité du réseau tout en respectant les seuils de tension de sécurité de l'usine.

De plus, la boîte provenait d'un fournisseur local avec un délai de livraison court de deux semaines. Les responsables des achats ont comparé le coût de l'unité Soutya à celui de la concurrence et ont calculé une économie de 22 % par boîtier, avant de prendre en compte les économies de câblage et de main d'œuvre.

Processus de mise en œuvre et de candidature

Le projet a réalisé le rééquipement et l'extension complets au cours d'une fenêtre de construction de trois mois. L'installation des boîtiers de combinaison 1 000 V CC a duré six jours sur dix baies nouvelles et de remplacement.

L’équipe a suivi une séquence claire :

1. Après avoir fixé les racks de montage, les techniciens ont installé les lignes de string DC dans les positions du boîtier de combinaison avec un test de tension à 1 000 V DC.
2. Chaque boîtier de combinaison Soutya 1 000 V CC a été monté sur le rack avec ses entrées de neutre et de conduit orientées vers le bas, protégeant ainsi le compartiment MCB de l'intrusion de la pluie.
3. Six conducteurs de chaîne ont été terminés à l'intérieur de chaque boîte et leur couple a été vérifié conformément aux valeurs de l'étiquette.
4. Les deux alimentations de sortie ont été acheminées vers les sections d'entrée MPPT de l'onduleur, et les disjoncteurs CC n'ont été activés qu'après vérification de toutes les connexions.

Une difficulté majeure est apparue sur les toits à structure d'acier où la plaque de mise à la terre de l'enceinte ne pouvait pas être boulonnée. L’ingénieur prévente du fabricant a suggéré d’utiliser un kit de cosses de mise à la terre avec des bornes à compression à un trou. L'équipe du site a appliqué l'outil de sertissage recommandé et a réussi un test de continuité. Cela a éliminé un retard potentiel de deux jours.

Résultats quantifiés

Après la mise en service et une saison d’exploitation estivale complète, l’EPC a comparé les performances de la centrale réalimentée à celles de l’ancienne section fonctionnant avec la même classe d’onduleurs.

• Le poids du câble en cuivre par alimentateur de chaîne a diminué de 35 %, car les chaînes de 1 000 V fonctionnaient à une tension plus élevée et à un courant plus faible tout en conservant la même limite de chute de tension.
• Le coût global des matériaux du reste du système pour la partie supplémentaire de 0,8 MW a été réduit de 15 % par rapport à une conception de base de 600 V, y compris le prix effectif du boîtier de combinaison Soutya 1 000 V CC.
• Le temps de réinitialisation des défauts est passé d'une moyenne de 55 minutes à 8 minutes grâce aux disjoncteurs de type MCB et à la disposition 6 en 2 sorties facile d'accès.
• La disponibilité de la production s'est améliorée de 3,4 % au cours des trois premiers mois par rapport aux performances historiques des anciens boîtiers de réseau avec protection par fusible.

Comme moins de sous-alimentateurs étaient nécessaires, la longueur de tranchée a également été raccourcie de 18 %. Cela a permis d'économiser une semaine d'excavation et de réduire les travaux de compactage avant le montage des onduleurs.

Point de vue du client

Le responsable du génie électrique de l'EPC a déclaré :

"Le boîtier de combinaison 1 000 V CC nous a fourni la disposition à double sortie dont nous avions besoin sans fabrication spéciale. Nous avons réduit nos coûts de matériaux et, plus encore, lorsqu'une chaîne se déclenche, l'équipe la restaure en quelques minutes plutôt que de passer des heures à chercher un fusible grillé."

Le propriétaire de l'usine a fait écho à ce point de vue, soulignant que la nouvelle configuration permettait une expansion future sans remplacer l'infrastructure DC d'origine.

Leçons et recommandations

Pour les autres entreprises EPC prévoyant des travaux solaires CC haute tension similaires, trois points ressortent :

• Choisissez un boîtier de combinaison avec le nombre approprié d'entrées et de sorties pour la topologie de l'onduleur avant de commencer la configuration. Une unité 6 entrées 2 sorties peut réduire considérablement le nombre d'alimentations et de panneaux de distribution secondaires.
• La protection basée sur MCB vaut le coût initial légèrement plus élevé, car les temps d'arrêt opérationnels sont sous-estimés dans une analyse de rentabilisation. Une panne d’une demi-journée évitée peut payer le supplément.
• Confirmez les exigences de mise à la terre et de protection IP auprès du fournisseur avant l'expédition. Un petit détail comme un kit de mise à la terre peut influencer la vitesse et la fiabilité de l'installation, pour les sites sur toit surélevé.

Si le projet était refait, l'équipe commanderait des kits de presse-étoupes pré-percés et des tubes marqueurs de conducteurs étiquetés en même temps que les boîtes. Ce simple changement réduirait le temps d’inspection de clôture de deux jours supplémentaires dans l’ensemble de l’usine.

Références aux normes de l'industrie

L'installation appliquée et la sélection du boîtier de combinaison 1 000 V CC respectent les exigences CEI pertinentes : CEI 62548 : 2016 pour la conception des panneaux photovoltaïques et les exigences structurelles, et CEI 61643-11 : 2011 pour la coordination de la protection contre les surtensions du côté CC.

• CEI 62548:2016 — Générateurs photovoltaïques (PV) — Exigences de conception.https://webstore.iec.ch/publication/62548
• CEI 61643-11:2011 — Dispositifs de protection contre les surtensions basse tension — SPD connectés à des systèmes électriques basse tension.https://webstore.iec.ch/publication/61643-11