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        闡述國內外1500V光伏系統優勢及產業鏈配套成熟度

        世界首個1500V電站于2014年由Firstsolar和GE聯合建立。此后,1500V系統逐漸在海外和國內領跑者項目中陸續使用。

        IHS報告顯示,在2017年除中國外的全球光伏市場上,三相逆變器出貨中的40%為1500V,2018年這一比例已提升至62%,全面超越1000V。IHS預計,2019年1500V三相逆變器份額將繼續增至74%,2020年則飆升到84%。這些以1500V為基礎打造的光伏項目,助力光伏電站投資企業在海外許多地區實現“平價”后,在電力交易市場化競爭中游刃有余。

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        1500V市場占比趨勢圖

        從2月18日國家能源局新能源司座談會透露的信息來看,2019年的光伏項目將分為無補貼項目和需補貼項目。

        但無論是平價還是需補貼,哪種光伏應用形式,光伏企業都迫切降低光伏發電成本,盡早實現平價上網。如何降低電站初始投資成本、運維成本、提高發電量、提升電站整體收益率,成為光伏電站投資者關注的焦點。而隨著1500V光伏系統在海外得到大規模應用,將這一技術引入國內并規模化推廣成為許多致力于平價上網的優秀光伏企業在2019年的重點工作。

        2018年全球(中國以外)主要光伏市場的大型并網項目,幾乎全部采用或者明確要求采用1500V系統技術方案;以西班牙、土耳其、葡萄牙為代表的歐洲新興市場1500V光伏系統裝機容量超過5GW;沙特、科威特、阿曼等中東地區裝機及計劃裝機容量超過6GW,阿根廷、巴西、墨西哥等裝機及計劃裝機容量超過6GW,再加上美國、印度等傳統光伏大國的地面電站項目也已大量采用1500V系統,可以看到全球光伏行業已經進入了1500V系統技術時代。

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        本文致力于通過闡述國內外1500V光伏系統優勢及國內產業鏈配套成熟度,為光伏產業提供一條早日實現平價上網,實現產業破局的思路。

        1、成本與收益雙贏

        從600V到1500V的背后邏輯

        太陽能行業經歷了從600V發展到1000V,再到1500V的發展趨勢。1500V直流側輸入電壓提高后,帶來了如下優點:

        1)單串的組件數比1000V系統提高50%,子陣的組串數降低33%。從而節約了子陣系統成本:如電纜,匯流箱和支架等;

        2)它支持允許更大的光伏陣列,減少了箱變、逆變器數量,從而降低了安裝和維護成本。

        3)電壓提高后,降低了交直流線纜損耗,進一步提高了發電量。

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        1500V之所以受到熱捧,一方面反映了光伏發電成本穩步下降,另一方面說明光伏行業逐步向數字化時代邁進:業主受成本壓力選擇投資更低、收益更高的方案來消化逐步下降的光伏電價帶來的影響,獲得更高收益;而與此同時能夠真正降低成本的先進光伏技術通過完善的數據模型和實證,被快速而廣泛的應用到光伏項目中。

        2、1500V

        難點及電氣安全分析

        雖然成熟的1500V系統是光伏產業的降本利器,但同樣對系統安全提出了挑戰。

        1500V由于系統電壓提高了1.5倍,單串光伏組件數量相比1000V提高了1.5倍,直流電壓越高,更容易對于灰塵沉積導致絕緣不好,電氣間隙和爬電間距不夠的地方形成電擊穿,漏電,從而發生拉弧或觸電安全隱患。而且一旦拉弧后,由于直流電壓高能量大更難以熄滅。

        從電弧產生后的減少危害的角度來說,有如下的理論存在:

        1,交直流的對安全控制的難易程度不同,交流的有過零點,電網容量為理想電源,短路電流足夠大,可以輕易瞬時分斷故障。直流無過零點,而且組件為恒流源,短路電流有限,瞬時分斷更困難。

        2,高壓大電流,高壓小電流的危害不同,電流小,電弧的能量越小,更容易熄滅,危害波及面也更小,相對更安全。

        3,交流電弧檢測相對直流電弧檢測技術更成熟,容易檢測并及時分斷和熄滅。

        4,小電流的直流電弧更更容易識別檢測出來,一旦直流電流匯流變大后,直流拉弧信號會被淹沒,難以識別和分斷。

        綜合以上分析在1500V系統中,避免因施工不好,絕緣老化,粉塵灰塵等原因導致的電弧危害,筆者建議在做電站設計時候盡量減少直流節點,減少直流部分的電流。從這方面來看,組串式方案逆變器靠近支架,直流路徑短,電能主要經過交流傳輸,在1500V系統上電氣安全上更有保障,更適合于1500V系統。

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        而1500V的整個光伏產業鏈,在中國已經完全成熟,業主完全可以在提出要求的情況下,與設計和施工方共同打造安全、高效的1500V光伏系統。

        3、盤點

        1500V光伏產業鏈各環節發展

        標準體系

        國內GB /T 18216和全球IEC 61557中電氣設備低壓標準均已定義為AC 1000V和DC1500V,能支持到1500V。

        北京鑒衡認證中心于2015 年 11 月組織發布《1500V 光伏電站關鍵設備認證實施規則》,CQC、TUV等其他權威第三方認證機構廠家也都有成熟的1500V相關的認證準入和產品試驗設計。通過2014到2018近四年的發展,光伏領域,從零部件到整個系統,1500V的標準體系,已經完全成熟。

        光伏組件

        2004年IEC61730-1(組件安全規范標準)已經有了1500V系統組件的認證規范,2016年, IEC 61215和IEC61730對1500V系統組件的性能檢測、安全試驗等規范進行了補齊和完善,為1500V組件的測試及認證提供了標準依據,這大大推動了1500V電站的標準遵從性。

        為了滿足1500V組件的標準規范要求,組件廠家通過優化組件版型設計、升級背板材料、更換接線盒等措施增強絕緣性,保障組件安全性。在上述優化措施基礎上,經TUV等權威認證機構測試,1500V系統組件的抗PID性能與1000V系統組件無差異,均滿足IEC62804標準規范要求。

        根據筆者調研,目前國內主流組件廠家全部提供了全系列的1500V組件產品,包括單面組件、雙面組件、雙玻組件,并且獲取了相關的認證信息。

        1500V組件與1000V組件幾乎無差異如下表,而且隨著1500V發貨量越來越多,與1000V單組件成本幾乎持平。

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        上表可以看出,全球主流的廠商均已經具有全系列的1500V組件認證,組件側產品鏈和標準,已經完全成熟,并且得到了市場大規模應用。

        海外廠家SMA/GE/PE/INGETEAM/TMEIC等廠家普遍在2015年前后推出1500V逆變器解決方案。 國內逆變器廠家也在2015年發布1500V系列逆變器產品,并率先在美國市場發布。

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        NB/T 32004-2013是國內逆變器產品上市時都要滿足的標準。該標準定義適用范圍是:連接到PV源電路電壓不超過直流1500V,交流輸出電壓不超過1000V的光伏并網逆變器。標準本身已包含了直流1500V范圍,并給出了針對PV電路過電壓、電氣間隙、爬電距離、工頻耐壓等試驗要求。2016年,國內廠家推出了多個基于1500V系列的中國市場逆變器產品,如華為的SUN2000HA系列等。

        線纜

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        上表是1500V的線纜標準。國內外主流線纜廠商均完全符合上述標準,且規模應用。

        配電部件:開關及防雷

        光伏產業在1100Vdc時代時,逆變器輸出電壓最高為500Vac,可以借用690Vac的配電開關標準體系,及配套產品;從380Vac電壓上升到500Vac電壓沒有開關配套問題。但是在2015年前期,整個光伏及配電行業沒有800Vac/1000Vac的配電開關等規格產品,導致整個產品配套困難、配套成本高。

        經過2016-2018年的發展及海外1500V的普及,目前國內主流的開關、熔絲廠家均開發了800Vac配套產品,獲取CCC及CE認證,并且供應充足。

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        4、結語

        1500V系統因為提升電壓降低電站初始投資成本是個非常好的方案,為我國光伏產業走向平價上網時代提供了最好的助力。就當前而言,1500V系統相關的標準法規已經非常完善,產業鏈在近幾年的發展過程中已經渡過了小批量供應階段,在海內外得到了海量的應用,所以筆者認為1500V系統的時代已經到來了。在1500V系統中,考慮到更高電壓帶來的安全,直流拉弧,PID衰減,組串串聯失配,漏電安全等風險,用雙面組件和跟蹤系統加組串逆變器方案結合更能幫助早日實現平價上網。

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        我們們有理由相信,在2019年,1500V系統+雙面組件+組串式逆變器方案將是我國走向平價上網的最好選擇,無論是平價項目,還是領跑者基地,1500V都將是大型地面電站的主流解決方案,同時也將成為企業競價上網,脫穎而出的有力法寶。

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