Comment un EPC solaire a réduit les coûts de défaut d'arc CC de 35 % avec le boîtier de combinaison Soutya AFCI

Contexte du client

Entreprise solaire EPC de taille moyenne basée à Stuttgart, en Allemagne, conçoit et installe des systèmes photovoltaïques commerciaux sur les toits dans toute l'Europe. Avec un portefeuille de 80 MW sous contrats O&M à long terme, la société dessert des installations de fabrication, des centres logistiques et des opérateurs d'entrepôts frigorifiques. Chaque projet va de 500 kW à 2 MW, et l'entreprise est responsable à la fois de la construction et de la maintenance continue.

L'équipe O&M de l'entreprise était confrontée à un nombre croissant de déclenchements d'onduleurs et d'événements thermiques provoqués par des défauts d'arc CC. Les connecteurs vieillissants, le frottement des fils et les terminaisons desserrées dans les circuits de chaîne étaient les principaux coupables. À mesure que le portefeuille s'étendait, le coût de la maintenance réactive a commencé à éroder les marges bénéficiaires.

Le défi : défauts d'arc CC non détectés

Les défauts d'arc CC sont dangereux car ils se maintiennent sans consommer suffisamment de courant pour déclencher un fusible ou un disjoncteur standard. Dans les boîtiers de raccordement existants de l'entreprise, seuls des fusibles de chaîne et des parasurtenseurs ont été installés. Ceux-ci offraient une protection contre les surintensités et les surtensions, mais ils ne pouvaient pas détecter les défauts d'arc en série qui se produisaient dans des câbles endommagés ou des connexions desserrées.

Les conséquences furent tangibles. Au cours des 12 mois précédant le projet, l'équipe a répondu à 14 déclenchements d'onduleurs attribués à des connecteurs endommagés. Chaque voyage nécessitait une visite sur site, des analyses d'imagerie thermique et une inspection manuelle de chaque connexion de la chaîne. Une seule session de dépannage durait en moyenne huit heures. De plus, deux quasi-accidents ont été signalés au cours desquels un arc avait fait fondre l'isolation d'un connecteur, provoquant de la fumée et un risque d'incendie. Le coût estimé d'un tel événement, s'il n'est pas détecté, pourrait dépasser 50 000 $ en dommages aux actifs et en temps d'arrêt.

Pourquoi le boîtier de combinaison Soutya DC AFCI ?

L'entreprise a évalué trois options. La première consistait à ajouter des modules AFCI à l'entrée de l'onduleur, mais cela surveillait uniquement la sortie combinée de toutes les chaînes et ne pouvait pas identifier quelle chaîne présentait un défaut. La deuxième option consistait à remplacer tous les connecteurs de câbles par des connecteurs de qualité supérieure, ce qui ne permettrait pas de remédier à une dégradation future. La troisième option était le boîtier de combinaison Soutya DC AFCI avec une configuration 12-en-1.

La décision s’est résumée à trois avantages clés. Premièrement, le boîtier de combinaison Soutya permet une détection des défauts d'arc par chaîne. Chacune des 12 entrées est surveillée indépendamment, de sorte qu'un défaut est immédiatement localisé. Deuxièmement, l'unité intègre à la fois une protection AFCI et une protection contre les surintensités dans un seul boîtier, simplifiant ainsi l'installation et réduisant le nombre de composants à inspecter. Troisièmement, il est conforme à la norme UL 1699B et prend en charge les exigences de conception de la norme CEI 62548, ce qui confère à l'EPC la confiance nécessaire pour les marchés européens et d'exportation.

Processus de mise en œuvre et de candidature

Le projet a été déployé sur trois baies commerciales sur toit, chacune comportant 8 à 10 chaînes. L'ensemble du projet a duré six semaines, de la planification à la mise en service. Les boîtiers de combinaison existants ont été retirés et remplacés par le boîtier de combinaison Soutya DC AFCI. Étant donné que la disposition 12 en 1 correspondait au routage des chaînes existant, l'équipe a réutilisé la plupart des câbles CC, économisant ainsi les coûts de matériel et le temps d'installation.

Une difficulté typique était la rénovation dans des espaces confinés. La nouvelle boîte de combinaison a un encombrement plus grand qu'une simple unité à fusibles uniquement, les supports de montage ont donc dû être ajustés sur un seul toit. L'équipe a résolu ce problème en utilisant une plaque arrière en acier inoxydable et un conduit flexible, complétant ainsi la rénovation sans modifier la disposition structurelle.

Après l'installation, l'équipe a connecté la sortie Modbus RTU au système SCADA existant. Le boîtier de combinaison transmettait le courant, la tension et l'état des défauts d'arc par chaîne au centre de surveillance à distance. Les tests de mise en service comprenaient un défaut d'arc simulé, que l'unité a résolu en moins de 0,5 seconde tout en identifiant la chaîne exacte.

Résultats quantifiables

• Temps de dépannage réduit de 90 % :Le temps moyen de réponse aux pannes est passé de 8 heures à 45 minutes car le boîtier AFCI identifie immédiatement la chaîne défaillante.
• Réduction des coûts d'exploitation et de maintenance de 35 % :Les trois sites nécessitent désormais moins d’appels d’urgence. Les économies annuelles s'élèvent à 18 000 $ sur l'ensemble du portefeuille.
• Réduction des temps d'arrêt de l'onduleur de 60 % :En empêchant les arcs soutenus qui provoqueraient des déclenchements des onduleurs, les sites ont connu 60 % de déconnexions imprévues en moins.
• Détection précoce de deux défauts d'arc :Au cours des 12 premiers mois, l'unité a détecté deux défauts d'arc en série dans leur phase initiale, évitant ainsi des incendies et des dommages potentiels.

L’impact global est allé au-delà des chiffres. L’équipe O&M est passée d’une réparation réactive à une inspection proactive. Les données collectées à partir du boîtier de combinaison leur ont permis de planifier le remplacement des câbles pendant les fenêtres de maintenance planifiées plutôt qu'en cas d'urgence.

Témoignage client

"Le boîtier de combinaison Soutya DC AFCI a donné à notre équipe la possibilité d'identifier un connecteur défaillant avant qu'il ne se transforme en incendie. L'alarme par chaîne et l'enregistrement des données ont changé la façon dont nous gérons notre portefeuille photovoltaïque."

Leçons et recommandations

1. Placer la détection de défaut d’arc au niveau de la chaîne. La détection au niveau de l'onduleur ne peut pas localiser les défauts et laisse les longs câbles CC sans protection.
2. Combinez surveillance et protection. Un boîtier de combinaison qui signale le courant et l'état de chaque chaîne crée des données exploitables pour la maintenance prédictive.
3. Budget pour la formation. Les symptômes des défauts d'arc diffèrent des événements de surintensité et les techniciens doivent comprendre la technologie pour y répondre .

Si l'entreprise devait relancer ce projet, elle installerait dès le début des boîtiers Soutya AFCI sur tous les nouveaux projets, puis lors des mises à niveau. La standardisation de la configuration 12-en-1 simplifierait leur inventaire de pièces de rechange et rendrait les diagnostics à distance plus cohérents sur tous les sites.

Références

1. UL 1699B : 2018 Protection des circuits photovoltaïques (PV) CC contre les défauts d’arc.Lien
2. CEI 62548 : 2016 Groupes photovoltaïques (PV) — Exigences de conception.Lien
3. CEI 60364-7-712:2017 Installations électriques basse tension — Partie 7-712 : Systèmes d'alimentation électrique solaire photovoltaïque.Lien