1500V光伏系统时代真的来了吗

1500V系统电压光伏发电技术探宄 林瀚琪孟庆平崇锋 （青海黄河上游水电开发有限责任公司光伏产业技术分公司青海丙宁 810000） 摘要：随着近年来光伏产业的进一步发展1500V系统电压憑借有效降低光 伏电站运行线损和建设成木的优势，己经成为替代1000V系统电压的新技术行 业内众多厂家相继推出了 1500V系统电压关键设备技术與标准，但现阶段推广应 用1500V系统电压仍存在技术标准不健全关键设备在1500V系统电压下的可 靠性等诸多问题。1500V系统电压的大面积推广和实施還需要在实践中收集更多 的数据和经验 关键词.?光伏1500V技术标准研究应用 1. 引言 2015年巴黎气候大会在《联合国气候变化框架公约》下达成一项“具有法 律约朿力的并适用于各方的”全球低碳减排新协议，进一步推动光伏、风电等绿 色环保新能源发展和普及2015年我国通过《经济和社会发展“十三五”规划》， 其中光伏发电市场将持续壮大初步规划装机目标将达1.5亿千瓦。有内外政策 性、需求的引导和支持以及能源物联网发展，使得光伏发电进一步规模化、智 能化有利于减低光伏发电成木，促进技术创新和产业升级全球光伏产业的发 展目标都昰要和传统的电力进行竞争，以提供更低成木、更高收益的清洁能源 当前主流的光伏发电系统是基于1000V直流段电压设计和建造的，但从系統的角 度来看若有更高的输入、输出电压等级，可以降低交直流侧线损及变压器低压 侧绕组损耗电站的系统效率预期可以提升1.5-2%。GTM的的汾析报告 《年1500V光伏系统和部件：成木、供应商与预期》预计在2016 年全球对1500V光伏系统的需求将占9%左右，相当于约4.6GW因此，1500V 光伏发电系统必将昰未来发展趋势 2. 1500V系统电压技术概况 如何有效降低光伏系统的成本、提高发电效率一直是光伏产业发展的核心课 题。众所周知的是升高電压是降低线损的有效措施之一。“1500V”这个新的 电压等级在最近成为了受众人追捧的热词，全行业各个环节不约而冋的谈到这个 技术名詞1500V电压等级从字面上理解就是把光伏系统直流侧电压提升到 1500V，系统中用到的线缆、汇流箱、逆变器等部件的耐压从1000V提高到1500V 0前，主流的電站设计以及光伏组件、逆变器、汇流箱、线缆等产品均基于直流 端1000V的电压要求设汁和制造光伏电站上班好吗要降本增效，升高电压是降低线损的 有效措施之一从系统的角度来看，更高的输入、输出电压等级可以降低交直 流侧线损及变压器低压侧绕组损耗，电站的系統效率预期可以提升1.5-2%同时， 设备（逆变器、变压器）的功率密度提升体积减小，运输、维护等方面工作量 也减少有利于光伏系统成夲的降低。 3. 1500V电压光伏发电系统分析 3.1 1000V与1500V电压光伏发电系统对比分析 3.1.1并网光伏系统拓扑结构介绍 并网光伏电站上班好吗通常由光伏发电系统、逆变系统和升压并网接入系统等三部分 组成光伏发电系统主要包括光伏阵列和直流汇流箱；逆变系统主要包括直流配 电柜、并网逆变器、交流配电柜；升压并网接入升压并网接入系统主要包括升压 变压器，接入电网等如图1所示。 从图1可以看到并网光伏电站上班好吗是個系统结构，包含了光伏组件和诸多电气 设备因此光伏电站上班好吗系统电压从1000V提升到1500V，需要组件及所有电气设备 产品的升级以及整体咣伏系统的优化从光伏系统端来对比分析来看：1000V的 常用的为22块一串，1500V系统的电池板一串常规用的应该为33块左石根据 组件温度特点，最夶功率点电压会在26-37V左右那一串组件的MPP电压范围 会在850-1220V左右，折算成交流侧的电压最低为810/1.414=601V,考虑到10% 的波动及清晨夜晚遮挡等因素，一般会定義在450-550左右过低的话电流会 过大导致发热过大，以集中性逆变器而言1000VDC吋输出电压为300V左右， 电流在1000A左右而1500VDC吋输出电压540V,输出电流也就1100A左右, 輸出电流差别并不大，所以器件选型电流等级相差不会太大只是电压等级提高。 以下均将输出侧电压定为540V进行讨论 3.1.2 1000V与1500V电压光伏发电系統投资成本对比 在1500V系统电压下，每个组串可比1000V系统电压连接更多组件接到 逆变器的直流线缆使用量减少，汇流箱逆变器的数量也可相砬減少运输、安装、 维护等方面工作量也人人降低，从而冇效压降光伏电站上班好吗的建设成本和运维成本 对比1000V系统电压与1500V系统电压单位造价如下： (1) 1000V系统电压下1MW设计方案 此光伏并网发电系统采用集中式并网的设计方案，系统的电池组件选用功率 为250Wp的多晶硅太阳电池组件其工作电压约为29.98V,开路电压约为37.41V, 工作电流8.34A;选用阳光电源SG500MX逆变器2台；组串按照22块电池组件 进行设计；1MW并网单元需配置184个电池串列，选用11台16路直鋶防雷汇 流箱1台8路直流防雷汇流箱。该方案共采用4048块电池组件其功率为 1012KWp。选用一台1000KVA双分裂变压器升压 (2) 1500V系统电压下1MW设计方案 采用集中式并网的设计方案,系统的电池组件选用1500V耐压功率为250Wp 的多晶硅太阳电池组件，其工作电压约为29.98V,开路电压约为37.41V短路电 流8.92A,工作电流8.35A;选用阳光电源SG1000HV逆变器1台,最大输入电压 1500V,mppt电压范围780V—1200V；组串按照34块电池组件进行设计；1MW并 网单元需配置118个电池串列，选用7台16路直流防雷汇流箱1台12路直流 防雷汇流箱。该方案共采用8024块电池组件其功率为2006KWp。选用一台 2000KVA双分裂变压升压器 (3)造价对比 根据现有市场条件，1500V系统电压逆变器、汇流箱等设备单价会比1000V 系统电压设备单价略高两种系统电压下单位造价基本持平。但随着1500 V系 统电压的推广和大面积使用逆变器、汇流箱等设備的单价会达到现在1000V 系统电压设备的单价。对于1500V系统的概算主要基于目前的询价情况，并没 有综合考虑全部生产厂家的报价故可能存茬一定偏差。 从表1可以看出在不考虑安装、土地及运维成本的情况下。1500V系统电 压比1000V系统电压的电站建设单位成本低0.138元/瓦其中电缆节省荿本最 多，在实际建设过程中成本还可进一步下降。 3.1.3 1000V与1500V电压光伏发电系统发电效率对比 通过将输入端的电压提高至1500V,每串可比1000V系统电压增加50%的组 件可使接到逆变器的直流线缆减少，汇流箱逆变器的数量也可相砬减少同吋， 汇流箱、逆变器、变压器等电气设备功率密度提升同等电流等级下，功率可提 升将近一倍同吋，更高的输入输出电压等级可使系统直流线缆损耗降低，变 压器损耗降低从而整体發电效率提升。 国家电网中国电力科学研究院对1000V和1500V电压光伏系统的直流线缆 损失和交流线缆损失进行了仿真计算仿真计算结果如下:1000V电压咣伏系统 的直流和交流线缆损失分别为0.7%和0.5%,总损失为1.2%,而1000V电压光伏 系统的直流和交流线缆损失分别为0.3%和0.2%,总损失为0.5%。可见通过提 高系统电压，鈳冇效降低光伏系统的线缆损失从而提升系统的发电效率。 4. 1500V系统电压光伏发电存在的挑战 4.1系统安全性、可靠性的要求更高 1500V系统对安全性能要求更高主要是绝缘，电气间隙以及电压升高后可 能带来击穿放电等问题电压等级上升后，对整个光伏系统的各个产品元器件 的偠求都将有不小的提升。另外1500V系统电压会降低光伏组件的可靠性增大 光伏组件PID等风险。 4.2标准认证体系不健全 目前1500V的标准认证体系不健铨，需要奋新的符合1500V电压等级的光 伏标准出台现有的IEC标准是针对1000V系统的设计和安全性进行规范的，部 分1500V零部件的测试是在1000V标准的基础上紦电压升到1500V进行试验 在很多地方，因为市场缺乏针对1500V系统的现有标准通常会导致很难从地方 政府那里获得电站施工许可。北京鉴衡认證中心于2015年发布了《1500V光伏 电站关键设备认证实施规则》但仍缺少针对整个系统的标准及规范，相信在不 久的将来在大家的努力下，1500V的標准和验证服务将会陆续完善 4.3对材料开发、制造管理将冇更高的要求 1500V系统电压对光伏组件的安全性和可靠性提出了更高的要求。如更高系 统高电压带来更大的PID风险等因此制作1500V光伏组件主要考虑背板局放、 电连接器和电绝缘等影响组件可靠性和安全性的因素。 对于企业的苼产制造来说1500V所用的材料和1000V会有很大的不冋，包 括质量更佳、耐压、绝缘要求更为严格和苛刻的接线盒、背板、连接器等中国 绝人多數的组件厂、材料厂都是起步于1000V系统电压的组件制造，很多还是新 进制造领域的企业在行业转型的时候，生产管理中的任何一个疏忽戓者是为 了降低成本而冒风险用低等级的原料，都可能对整个终端系统带来难以预料的后 果 5.结论 1500V光伏系统相比传统的1000V光伏系统，可以大幅减少汇流箱、逆变器 等电气设备的数量其初始投资成本更低，而II电气设备的减少意味着光伏系统 的故障点减少意味着光伏电站上班恏吗后期运维成本的下降。同吋提高光系统电压后 可以有效降低光伏系统的直流线缆和交流线缆损失，从而提升光伏系统的发电效 率使光伏系统发电效率达到领跑者计划的要求。可见随着我国上网标杆电价 的不断下调，为了保障光伏系统的投资收益率1500V电压系统必将荿为未来光 伏系统的发展趋势。 从现有技术和市场情况来看S前1500V系统关键产品，如光伏组件、汇流 箱、逆变器等设备都已完成技术储备楿应产品也都通过了相关的检测认证测试， 均己有相应的产品而且大都在示范电站取得应用。但大部分仍达不到量产水平 未形成一定市场，1500V系统大范围推广还需要时间 参考文献 [1] Song j.l500v,光伏行业发展的理由、挑战和机遇. [2] only3wolf.l500V阵列降本增效调研报告.