Aplicación de 1500Vdc en el sistema fotovoltaico
Reducir costos y aumentar la eficiencia siempre ha sido la dirección de los esfuerzos de las personas eléctricas
Tendencia de 1500 VCC y elección inevitable del sistema de paridad
Reducir costos y aumentar la eficiencia siempre ha sido la dirección de los esfuerzos de la gente de Electric. Entre ellos, el papel de la innovación tecnológica es clave. En 2019, con los subsidios acelerados de China, 1500Vdc tiene grandes esperanzas.
Según los datos de IHS de la organización de investigación y análisis, el sistema de 1500 V CC se propuso por primera vez en 2012, y FirstSolar invirtió la primera planta de energía fotovoltaica de 1500 V CC en el mundo en 2014. En enero de 2016, el primer proyecto de demostración doméstico de 1500 V CC Golmud Sunshine Qiheng New Energy El proyecto de generación de energía fotovoltaica Golmud de 30MW se conectó oficialmente a la red para la generación de energía, lo que marca que la aplicación doméstica de 1500 V CC en el sistema fotovoltaico realmente ha entrado en la etapa de aplicaciones de demostración práctica a gran escala. Dos años después, en 2018, la tecnología de 1500Vdc se ha aplicado a gran escala a nivel internacional y nacional. Entre el tercer lote de proyectos nacionales líderes que comenzaron a construirse en 2018, el proyecto Golmud con el precio de oferta más bajo (0.31 yuanes / kWh), así como los proyectos GCL Delingha y Chint Baicheng han adoptado la tecnología de 1500 V CC. En comparación con el sistema fotovoltaico tradicional de 1000Vdc, la aplicación de 11500Vdc en el sistema fotovoltaico ha sido ampliamente utilizada recientemente. Entonces fácilmente podemos tener tales preguntas:
¿Por qué aumentar el voltaje de 1000 V CC a 1500 V CC?
A excepción del inversor, ¿otros equipos eléctricos pueden soportar el alto voltaje de 1500 V CC?
¿Qué tan efectivo es el sistema de 1500 V CC después de su uso?
1. Ventajas y desventajas técnicas de la aplicación de 1500Vdc en el sistema fotovoltaico
análisis de ventajas
1) Reducir la cantidad de caja de conexiones y cable de CC
En el “Código para el diseño de plantas de energía fotovoltaica (GB 50797-2012)”, la combinación de módulos fotovoltaicos e inversores debe cumplir con la siguiente fórmula: De acuerdo con la fórmula anterior y los parámetros relevantes de los componentes, cada cadena del sistema de 1000Vdc es generalmente de 22 componentes, mientras que cada cadena del sistema de 1500 V CC puede admitir 32 componentes.
Tomando como ejemplo una unidad de generación de energía de 285 MW de módulo de 2.5 W y un inversor de cadena, sistema de 1000 V CC:
408 cadenas fotovoltaicas, 816 pares de cimientos de pilotes
34 juegos de inversor de cadena de 75 kW
Sistema 1500Vdc:
Cadena de 280 grupos fotovoltaicos
700 pares de cimientos de pilotes
14 juegos de inversores string de 75 kW
a medida que se reduce el número de cadenas, se reducirá la cantidad de cables de CC conectados entre los componentes y los cables de CA entre las cadenas y los inversores.
2) Reducir la pérdida de línea de CC
∵ P = IRI = P / U
∴ U aumenta 1.5 veces → I se convierte en (1 / 1.5) → P se convierte en 1 / 2.25
∵ R = ρL / S El cable de CC L se convierte en 0.67, 0.5 veces el original
∴ R (1500 Vcc) <0.67 R (1000 Vcc)
En resumen, los 1500VdcP de la parte de CC son aproximadamente 0.3 veces los 1000VdcP.
3) Reducir una cierta cantidad de ingeniería y la tasa de fallas.
Debido a la reducción en la cantidad de cables de CC y cajas de conexiones, se reducirá la cantidad de uniones de cables y cableado de la caja de conexiones instaladas durante la construcción, y estos dos puntos son propensos a fallar. Por lo tanto, 1500 V CC pueden reducir una cierta tasa de falla.
4) Reducir la inversión
Aumentar la cantidad de componentes de una sola cadena puede reducir el costo de un solo vatio. Las principales diferencias son el número de cimientos de pilotes, la longitud del cable después de la convergencia de CC y el número de cajas de conexiones (centralizadas).
En relación con el esquema de 22 cadenas del sistema de 1000 V CC, el esquema de 32 cadenas del sistema de 1500 V CC puede ahorrar alrededor de 3.2 puntos / W para cables y cimientos de pilotes.
Análisis de desventajas
1) Aumento de los requisitos de equipo
En comparación con el sistema de 1000 V CC, el aumento de voltaje a 1500 V CC tiene un impacto significativo en los disyuntores, fusibles, dispositivos de protección contra rayos y fuentes de alimentación conmutadas, y presenta requisitos más altos para soportar voltaje y confiabilidad, y el precio unitario del equipo aumentará relativamente .
2) Requisitos de seguridad más altos
Una vez que se aumenta el voltaje a 1500 V CC, aumenta el riesgo de una falla eléctrica, lo que mejora la protección del aislamiento y la separación eléctrica. Además, una vez que ocurre un accidente en el lado de CC, enfrentará problemas de extinción de arco de CC más serios. Por lo tanto, el sistema de 1500 V CC aumenta los requisitos de protección de seguridad del sistema.
3) Incrementar la posibilidad de efecto PID
Después de que los módulos fotovoltaicos están conectados en serie, la corriente de fuga formada entre las células del módulo de alto voltaje y la tierra es una causa importante del efecto PID. Después de que se aumenta el voltaje de 1000 V CC a 1500 V CC, es obvio que la diferencia de voltaje entre la celda y el suelo aumentará, lo que aumentará la posibilidad del efecto PID.
4) Aumentar la pérdida de correspondencia
Existe una cierta pérdida de correspondencia entre strings fotovoltaicos, principalmente causada por las siguientes razones:
- La potencia de fábrica de diferentes módulos fotovoltaicos tendrá una desviación de 0 ~ 3%. Las grietas formadas durante el transporte y la instalación provocarán una desviación de potencia.
- La atenuación desigual y el bloqueo desigual después de la instalación también causarán una desviación de potencia.
- En vista de los factores anteriores, aumentar cada cadena de 22 componentes a 32 componentes obviamente aumentará la pérdida de coincidencia.
- En respuesta a los problemas anteriores de 1500V, después de casi dos años de investigación y exploración, las empresas de equipos también han realizado algunas mejoras.
En segundo lugar, el equipo central del sistema fotovoltaico de 1500 V CC.
1. Módulo fotovoltaico
First Solar, Artus, Tianhe, Yingli y otras empresas tomaron la iniciativa en el lanzamiento de módulos fotovoltaicos de 1500 Vcc.
Desde que se completó la primera planta de energía fotovoltaica de 1500 V CC del mundo en 2014, el volumen de aplicaciones de los sistemas de 1500 V ha seguido expandiéndose. Impulsado por esta situación, el estándar IEC comenzó a incorporar especificaciones relacionadas con 1500 V en la implementación del nuevo estándar. En 2016, IEC 61215 (para C-Si), IEC 61646 (para películas delgadas) e IEC61730 son estándares de seguridad de componentes por debajo de 1500V. Estos tres estándares complementan los requisitos de pruebas de rendimiento y pruebas de seguridad del sistema de componentes de 1500 V y rompen el último obstáculo de los requisitos de 1500 V, lo que promueve en gran medida el cumplimiento de los estándares de la central eléctrica de 1500 V.
En la actualidad, los fabricantes nacionales de primera línea de China han lanzado productos maduros de 1500 V, incluidos componentes de una cara, componentes de doble cara, componentes de doble vidrio y han obtenido la certificación relacionada con IEC.
En respuesta al problema de PID de los productos de 1500 V, los principales fabricantes actuales toman las siguientes dos medidas para garantizar que el rendimiento PID de los componentes de 1500 V y los componentes convencionales de 1000 V permanezcan en el mismo nivel.
1) Actualizando la caja de conexiones y optimizando el diseño de disposición de los componentes para cumplir con los requisitos de espacio libre y distancia de fuga de 1500 V;
2) El grosor del material de la placa posterior aumenta en un 40% para mejorar el aislamiento y garantizar la seguridad de los componentes;
Para el efecto PID, cada fabricante garantiza que bajo el sistema de 1500V, el componente aún garantiza que la atenuación PID es menor al 5%, asegurando que el rendimiento PID del componente convencional permanece en el mismo nivel.
2. Inversor
Los fabricantes extranjeros como SMA / GE / PE / INGETEAM / TEMIC generalmente lanzaron soluciones de inversores de 1500V alrededor de 2015. Muchos fabricantes nacionales de primer nivel han lanzado productos de inversores basados en la serie 1500V, como Sungrow SG3125, la serie SUN2000HA de Huawei, etc., y son los primeros en ser lanzados al mercado estadounidense.
NB / T 32004: 2013 es un estándar que los productos de inversores domésticos deben cumplir cuando se comercializan. El alcance aplicable de la norma revisada es un inversor fotovoltaico conectado a la red conectado a un circuito de fuente fotovoltaica con un voltaje que no exceda los 1500 V CC y un voltaje de salida CA que no exceda los 1000 V. El estándar en sí ya incluye el rango DC 1500V y proporciona requisitos de prueba para sobrevoltaje del circuito fotovoltaico, espacio libre eléctrico, distancia de fuga, voltaje de resistencia de frecuencia de potencia y otras pruebas.
3. Caja combinada
Los estándares para la caja combinadora y cada dispositivo clave están listos, y 1500Vdc ha ingresado al estándar de certificación de caja combinadora CGC / GF 037: 2014 “Especificaciones técnicas del equipo combinador fotovoltaico”.
4. Cable
En la actualidad, también se ha introducido el estándar de 1500V para cables fotovoltaicos.
5. Interruptor y protección contra rayos
En la industria fotovoltaica en la era de 1100Vdc, el voltaje de salida del inversor es de hasta 500Vac. Puede pedir prestado el sistema estándar de conmutador de distribución de 690 Vca y los productos de apoyo; de voltaje de 380Vac a voltaje de 500Vac, no hay problema de ajuste de interruptor. Sin embargo, a principios de 2015, toda la industria fotovoltaica y de distribución de energía no tenía interruptores de distribución de energía de 800Vac / 1000Vac ni otras especificaciones, lo que generó dificultades para respaldar todo el producto y altos costos de soporte.
Descripción completa
El sistema fotovoltaico de 1500 V CC se ha utilizado ampliamente en el extranjero y ya es una tecnología de aplicación madura en todo el mundo.
Por lo tanto, el equipo principal del sistema fotovoltaico ha logrado la producción en masa y el precio ha caído drásticamente en comparación con la etapa de demostración en 2016.
Aplicación de 1500Vdc en el sistema fotovoltaico
Como se mencionó anteriormente, el sistema fotovoltaico de 1500Vdc se ha aplicado en el extranjero ya en 2014 debido a su bajo costo general y alta generación de energía.
Aplicación global de 1500Vdc en el caso de exploración de sistemas fotovoltaicos
La primera energía solar anunció en mayo de 2014 que se puso en funcionamiento la primera planta de energía de 1500 V CC construida en Deming, Nuevo México. La capacidad total de la central eléctrica es de 52 MW, 34 matrices adoptan una estructura de 1000 V CC y las matrices restantes adoptan una estructura de 1500 V CC.
SMA anunció en julio de 2014 que su planta de energía fotovoltaica de 3.2 MW construida en el parque industrial Sandershauser Berg en Niestetal, Kassel, en el norte de Alemania, se puso en funcionamiento y que la planta de energía utiliza un sistema de 1500 V CC.
1500Vdc ha sido ampliamente utilizado en proyectos de bajo costo.
En la actualidad, LSP ha desarrollado con éxito T1 + T2 Clase B + C, Clase I + II Dispositivo de protección contra sobretensiones fotovoltaicas SPD 1500Vdc, 1200Vdc, 1000Vdc, 600Vdc son ampliamente utilizados en la generación de energía solar fotovoltaica.
Aplicación de 1500Vdc a gran escala en el sistema fotovoltaico
Por primera vez, el proyecto de generación de energía fotovoltaica de 257 MW de Fu An Hua Hui en Vietnam se conectó con éxito a la red. Todas las soluciones integradas de aumento de inversor tipo contenedor de 1500 V se utilizaron para lograr con éxito la aceptación desde el diseño, la construcción hasta la conexión a la red. El proyecto está ubicado en la ciudad de Huahui, condado de Fuhua, provincia de Phu An, Vietnam, y pertenece a las áreas costeras central y sur. Teniendo en cuenta el entorno geográfico local y la economía del proyecto, el cliente del proyecto finalmente eligió la solución integrada de impulso inversor tipo contenedor de 1500V.
Solución confiable
En el proyecto de demostración de la estación de energía fotovoltaica, los clientes tienen requisitos estrictos para la construcción y la calidad del producto. La capacidad de instalación del proyecto en el lado de CC del proyecto es de 257 MW, que se compone de 1032 conjuntos de cajas de combinación de 1500 V CC, 86 conjuntos de inversores centralizados de 1500 V CC y 2.5 MW, 43 conjuntos de transformadores de media tensión de 5 MVA y soluciones integradas en contenedores. para gabinetes de red en anillo, lo que facilita la instalación y la puesta en servicio pueden acortar el ciclo de construcción y reducir el costo del sistema.
La solución de 1500 V reúne la "gran tecnología"
La solución integrada de impulso de inversor tipo contenedor de 1500 V tiene las características de 1500 V, matriz cuadrada grande, relación de alta capacidad, inversor de alta potencia, refuerzo de inversor integrado, etc., lo que reduce el costo de equipos como cables y cajas de conexiones. Reducción de los costes de inversión inicial. En particular, el diseño de relación de alta capacidad mejora efectivamente la tasa de utilización general de la línea de refuerzo y establece una relación de capacidad razonable a través de un sobreaprovisionamiento activo para que el sistema LCOE sea óptimo.
La solución 1500VDC se utiliza en proyectos fotovoltaicos de más de 900MW en Vietnam. El proyecto fotovoltaico Vietnam Fu An Hua Hui 257MW es el mayor proyecto de central fotovoltaica individual. Como primer lote de proyectos de demostración de nuevas energías en Vietnam, después de que el proyecto se ponga en funcionamiento, optimizará la estructura de energía de Vietnam, aliviará el problema de escasez de energía en el sur de Vietnam y promoverá el desarrollo económico y social en Vietnam. De gran importancia.
¿La aplicación de 1500Vdc en el sistema fotovoltaico todavía está lejos de ser a gran escala?
En comparación con el sistema fotovoltaico de 1000Vdc ampliamente utilizado en centrales fotovoltaicas, la investigación de la aplicación de 1500Vdc en el sistema fotovoltaico liderada por los fabricantes de inversores se ha convertido recientemente en un punto caliente de la tecnología de la industria.
Es fácil tener preguntas como esta:
¿Por qué aumentar el voltaje de 1000 V CC a 1500 V CC?
A excepción del inversor, ¿otros equipos eléctricos pueden soportar el alto voltaje de 1500 V CC?
¿Alguien está usando el sistema de 1500Vdc ahora? ¿Cómo es el efecto?
Ventajas y desventajas técnicas de la aplicación de 1500Vdc en el sistema fotovoltaico
1. Análisis de ventajas
1) Reducir el uso de cajas de conexiones y cables de CC. Cada cadena de un sistema de 1000 V CC consta generalmente de 22 componentes, mientras que cada cadena de un sistema de 1500 V CC puede admitir 32 componentes. Tomemos como ejemplo una unidad de generación de energía de 265 MW de módulo de 1 W,
Sistema 1000Vdc: 176 strings fotovoltaicos y 12 combiner boxes;
Sistema 1500Vdc: 118 strings fotovoltaicos y 8 combiner boxes;
Por lo tanto, la cantidad de cables de CC desde los módulos fotovoltaicos a la caja de combinación es aproximadamente 0.67 veces, y la cantidad de cables de CC desde la caja de combinación al inversor es de aproximadamente 0.5 veces.
2) Reducir la pérdida de línea de CC Pérdida ∵P = cable I2R I = P / U
∴U aumenta 1.5 veces → I se convierte en (1 / 1.5) → La pérdida de P se convierte en 1 / 2.25
Además, el cable R = ρL / S, el L del cable de CC se convierte en 0.67, 0.5 veces el original
∴R cable (1500Vdc) <0.67R cable (1000Vdc)
En resumen, la pérdida de 1500VdcP de la parte de CC es aproximadamente 0.3 veces la pérdida de 1000VdcP.
3) Reducir una cierta cantidad de ingeniería y la tasa de fallas.
A medida que se reduce el número de cables de CC y cajas de conexiones, se reducirá la cantidad de uniones de cables y cableado de la caja de conexiones instalados durante la construcción, y estos dos puntos son propensos a fallar. Por lo tanto, 1500 V CC pueden reducir una cierta tasa de falla.
2. análisis de desventajas
1) Aumento de los requisitos del equipo En comparación con un sistema de 1000 V CC, aumentar el voltaje a 1500 V CC tiene un impacto significativo en los disyuntores, fusibles, pararrayos y fuentes de alimentación conmutadas, y presenta requisitos de mayor voltaje y confiabilidad. mejorar.
2) Requisitos de seguridad más altos Después de que se aumenta el voltaje a 1500 V CC, el peligro de avería y descarga eléctricas aumenta, por lo que se debe mejorar la protección del aislamiento y la distancia eléctrica. Además, si ocurre un accidente en el lado de CC, enfrentará un problema de extinción de arco de CC más serio. Por lo tanto, el sistema de 1500 V CC aumenta los requisitos del sistema para la protección de seguridad.
3) Aumento del posible efecto PID Después de conectar los módulos fotovoltaicos en serie, la corriente de fuga formada entre las celdas de los módulos de alto voltaje y la tierra es una razón importante para el efecto PID (para una explicación detallada, responda a “103 " en el fondo). Después de que se aumenta el voltaje de 1000 V CC a 1500 V CC, está claro que la diferencia de voltaje entre el chip de la batería y el suelo aumentará, lo que aumentará la posibilidad del efecto PID.
4) Aumento de la pérdida de coincidencia Existe una cierta pérdida de coincidencia entre las cadenas fotovoltaicas, que se debe principalmente a las siguientes razones:
La potencia de fábrica de diferentes módulos fotovoltaicos tendrá una desviación de 0 ~ 3%.
Las grietas ocultas que se forman durante el transporte y la instalación provocarán una desviación de potencia
La atenuación desigual y el blindaje desigual después de la instalación también causarán una desviación de potencia.
En vista de los factores anteriores, aumentar cada cadena de 22 componentes a 32 componentes obviamente aumentará la pérdida de coincidencia.
3. Análisis completo En el análisis anterior, la cantidad de 1500 V CC que se pueden comparar con 1000 V CC puede mejorar el rendimiento de costos y se necesitan más cálculos.
Introducción: En comparación con el sistema fotovoltaico de 1000 V CC ampliamente utilizado en plantas de energía fotovoltaica, la investigación de la aplicación de 1500 V CC en el sistema fotovoltaico liderada por los fabricantes de inversores se ha convertido recientemente en un punto de acceso tecnológico de la industria. Entonces fácilmente podemos tener tales preguntas.
En segundo lugar, el equipo central del sistema fotovoltaico a 1500 V CC.
1) Módulos fotovoltaicos En la actualidad, FirstSolar, Artes, Trina, Yingli y otras empresas han lanzado módulos fotovoltaicos de 1500Vdc, incluyendo módulos convencionales y módulos de doble vidrio.
2) Inversor En la actualidad, los principales fabricantes han lanzado inversores de 1500 V CC con una capacidad de 1 MVA ~ 4 MVA, que se han aplicado en centrales eléctricas de demostración. El nivel de voltaje de 1500 Vcc ha sido cubierto por las normas IEC relevantes.
3) Estándares para cajas de combinación y otros componentes clave Se han elaborado cajas de combinación y componentes clave, y 1500Vdc ha ingresado al estándar de certificación de cajas de combinación CGC / GF037: 2014 “Especificaciones técnicas para equipos fotovoltaicos combinados”; 1500Vdc ha sido aclarado por la mayoría de los estándares IEC como pertenecientes a la categoría de directivas de baja tensión, como los estándares de interruptores automáticos IEC61439-1 e IEC60439-1, fusibles fotovoltaicos especiales IEC60269-6 y dispositivos fotovoltaicos especiales de protección contra rayos EN50539-11 / -12 .
Sin embargo, dado que el sistema fotovoltaico de 1500Vdc aún se encuentra en la etapa de demostración y la demanda del mercado es limitada, el equipo antes mencionado aún no ha comenzado la producción en masa.
Aplicación de 1500Vdc en el sistema fotovoltaico
1. Estación de energía solar Macho Springs
Firstsolar anunció en mayo de 2014 que se puso en funcionamiento la primera central eléctrica de 1500 V CC completada en Deming, Nuevo México. La capacidad total de la central eléctrica es de 52MW, 34 matrices utilizan una estructura de 1000 V CC y las matrices restantes utilizan una estructura de 1500 V CC.
SMA anunció en julio de 2014 que se había puesto en funcionamiento su planta de energía fotovoltaica de 3.2 MW en Sandershauser Bergindustrialpark, un parque industrial en Niestetal, Kassel, en el norte de Alemania. La planta de energía utiliza un sistema de 1500Vdc.
2. Casos de solicitud en China
Proyecto fotovoltaico Golmud Sunshine Qiheng New Energy Golmud 30MW
En enero de 2016, el primer proyecto de demostración del sistema de generación de energía fotovoltaica doméstica de 1500Vdc, el proyecto de generación de energía fotovoltaica Golmud Sunshine Qiheng New Energy Golmud de 30MW, se conectó oficialmente a la red para la generación de energía, lo que marca que el sistema fotovoltaico doméstico de 1500Vdc realmente entró la etapa de aplicación de demostración real.
El desarrollo de productos fotovoltaicos relacionados con 1500 V ya es una tendencia
Los componentes fotovoltaicos y los equipos eléctricos en los sistemas solares fotovoltaicos actuales se diseñan y fabrican en base a los requisitos de voltaje de CC de 1000V. Para lograr un mejor rendimiento de los sistemas fotovoltaicos, se necesita urgentemente un gran avance en el caso de la reducción de los subsidios fotovoltaicos por sus costos de generación de energía y eficiencia. Por lo tanto, el desarrollo de productos fotovoltaicos relacionados con 1500 V se ha convertido en una tendencia. Los componentes de alto voltaje de 1500 V y los equipos eléctricos de apoyo significan menores costos del sistema y una mayor eficiencia de generación de energía. La introducción de este nuevo equipo y tecnología puede hacer que la industria fotovoltaica se deshaga gradualmente de la dependencia de los subsidios y logre la paridad en el acceso en línea en una fecha temprana. Requisitos de 1500 V para módulos solares fotovoltaicos, inversores, cables, cajas de combinación y optimización del sistema ”
El equipo central relevante del sistema de 1500V se muestra arriba. Los requisitos de 1500 V para cada dispositivo también han cambiado en consecuencia:
Componente de 1500V
• Se cambia el diseño de los componentes, lo que requiere una mayor distancia de fuga de los componentes;
• Cambios en el material de los componentes, aumentando los requisitos de material y pruebas para el backplane;
• Mayores requisitos de prueba para aislamiento de componentes, resistencia de voltaje, fugas húmedas e impulsos;
• El costo de los componentes es básicamente plano y se mejora el rendimiento;
• Actualmente existen estándares IEC para componentes del sistema de 1500Vdc. Como IEC 61215 / IEC 61730;
• Los componentes del sistema de 1500 V CC de los principales fabricantes han pasado las certificaciones relevantes y las pruebas de rendimiento PID.
Cable de 1500 V CC
• Existen diferencias en el aislamiento, el espesor de la vaina, la elipticidad, la resistencia del aislamiento, la extensión térmica, la niebla salina, la prueba de resistencia al humo y la prueba de combustión del haz.
Caja combinadora 1500V
• Requisitos de prueba para espacio libre eléctrico y distancia de fuga, voltaje de frecuencia industrial y voltaje soportado a impulsos y resistencia de aislamiento;
• Existen diferencias en los pararrayos, disyuntores, fusibles, cables, fuentes autoalimentadas, diodos anti-retroceso y conectores;
• Se han establecido normas para cajas de combinación y componentes clave.
Inversor 1500V
• Los pararrayos, disyuntores, fusibles y fuentes de alimentación conmutadas son diferentes;
• Aislamiento, separación eléctrica y descarga de avería causada por aumento de voltaje;
• El nivel de voltaje de 1500 V ha sido cubierto por los estándares IEC relevantes.
Sistema 1500V
En el diseño de las cadenas del sistema de 1500 V, los componentes de cada cadena del sistema de 1000 V solían ser 18-22, y ahora el sistema de 1500 V aumentará en gran medida el número de componentes en serie a 32-34, haciendo que las cadenas múltiples sean menos y convirtiéndose en una realidad.
Sistema de generación de energía fotovoltaica actual, voltaje del lado de CC 450-1000V, voltaje del lado de CA 270-360V; Sistema de 1500 V, el número de componentes de una sola cadena aumentó en un 50%, voltaje del lado de CC 900-1500 V, lado de CA 400-1000 V, no solo la pérdida de línea del lado de CC disminuye La pérdida de línea en el lado de CA se ha reducido significativamente. Requisitos de 1500 V para componentes, inversores, cables, cajas de combinación y optimización del sistema "
En cuanto a los inversores, en el pasado se utilizaban inversores centralizados de 1MW y ahora se pueden ampliar a inversores de 2.5MW después de utilizar un sistema de 1500V; y se aumenta la tensión nominal del lado de CA. Inversores de la misma potencia y lado de CA La corriente de salida reducida ayuda a reducir el coste del inversor.
A través de cálculos completos, después de la mejora técnica del sistema de 1500 V, el costo total del sistema se puede reducir en aproximadamente 2 centavos y la eficiencia del sistema se puede mejorar en un 2%. Por tanto, la aplicación del sistema 1500V es de gran ayuda para reducir el coste del sistema.
Al utilizar un sistema de 1500 V, el número de componentes en serie aumenta, el número de conexiones en paralelo disminuye, el número de cables disminuye y el número de combinadores e inversores disminuye. Se aumenta el voltaje, se reduce la pérdida y se mejora la eficiencia. La carga de trabajo de instalación y mantenimiento reducida también reduce los costos de instalación y mantenimiento. Esto puede reducir el costo del valor LCOE de electricidad.
¡La gran tendencia! El sistema fotovoltaico de 1500 V acelera el advenimiento de la era de la paridad
En 2019, con los cambios en las políticas fotovoltaicas, la industria apuesta por reducir el costo de la electricidad, y es una tendencia inevitable avanzar hacia un acceso a Internet asequible. Por tanto, la innovación tecnológica es el gran avance, la reducción del coste de la electricidad y la reducción de la dependencia de las subvenciones se ha convertido en una nueva dirección para el sano desarrollo de la industria fotovoltaica. Al mismo tiempo, China, como el principal fabricante mundial de la industria fotovoltaica, ha ayudado a la mayoría de los países a lograr la paridad en Internet, pero todavía está algo lejos de la paridad en Internet por varias razones.
La razón principal por la que el mercado fotovoltaico de ultramar puede lograr la paridad es que además de las ventajas de China en términos de financiamiento, tierra, acceso, iluminación, precios de la electricidad, etc., el punto más importante y de las lecciones aprendidas es que son relativamente China es más avanzado. Por ejemplo, un sistema fotovoltaico con un voltaje de 1500V. En la actualidad, los productos relacionados con el nivel de voltaje de 1500 V se han convertido en la solución principal para el mercado fotovoltaico en el extranjero. Por lo tanto, la energía fotovoltaica doméstica también debe centrarse en la innovación a nivel de sistema, acelerar la aplicación de 1500 V y otras tecnologías avanzadas, lograr la reducción de costos, la eficiencia y la mejora de la calidad de las centrales eléctricas y promover de manera integral la industria fotovoltaica para avanzar hacia la era de la paridad.
La onda de 1500 V ha barrido el mundo
Según el informe de IHS, el primer uso propuesto del sistema de 1500V se remonta a 2012. Para 2014, FirstSolar invirtió en la primera planta de energía fotovoltaica de 1500V. Según el cálculo de FirstSolar: la central fotovoltaica de 1500V reduce el número de circuitos en paralelo aumentando el número de módulos fotovoltaicos en serie; reduce el número de cajas de conexiones y cables; al mismo tiempo, cuando se aumenta el voltaje, la pérdida de cable se reduce aún más y se mejora la eficiencia de generación de energía del sistema.
En 2015, el fabricante líder de inversores de China, Sunshine Power, tomó la iniciativa en la promoción de soluciones de sistemas basadas en el diseño de inversores de 1500 V en la industria, pero debido a que otros componentes de soporte no han formado una cadena industrial completa en China, y las empresas de inversión tienen un conocimiento limitado de esto En lugar de dar prioridad a la expansión en el extranjero después de la promoción nacional a gran escala, primero "conquistó" el mundo y luego regresó al mercado chino.
Desde la perspectiva del mercado global, el sistema de 1500V se ha convertido en una condición necesaria para que los grandes proyectos fotovoltaicos reduzcan costos y aumenten la eficiencia. En países con bajos precios de la electricidad como India y América Latina, casi todas las centrales fotovoltaicas terrestres a gran escala están adoptando esquemas de licitación de 1500V; países con mercados de energía desarrollados en Europa y Estados Unidos han cambiado el voltaje de CC de sistemas fotovoltaicos de 1000 V a 1500 V; Los mercados emergentes como Vietnam y el Medio Oriente han ingresado directamente a los sistemas de 1500V. Vale la pena señalar que el proyecto fotovoltaico de nivel de GW de 1500 voltios se utiliza en todo el mundo y ha establecido repetidamente un récord mundial con precios de electricidad en la red ultrabajos.
En Estados Unidos, la capacidad instalada de equipos de 1500Vdc en 2016 representó el 30.5%. Para 2017, se había duplicado al 64.4%. Se espera que este número alcance el 84.20% en 2019. Según la empresa EPC local: “Cada nueva central eléctrica terrestre de 7GW utiliza cada año 1500V. Por ejemplo, la primera central fotovoltaica de tierra a gran escala en Wyoming, que acaba de ser conectada a la red, utiliza una solución de inversor centralizado de energía solar de 1500V.
Según estimaciones, en comparación con un sistema de 1000 V, la reducción de costes y el aumento de la eficiencia de 1500 V se reflejan principalmente en:
1) El número de componentes conectados en serie se ha incrementado de 24 bloques / cadena a 34 bloques / cadena, reduciendo el número de cadenas. En consecuencia, el consumo de cables fotovoltaicos ha disminuido en un 48%, y el costo de equipos como las cajas combinadas también se ha reducido en aproximadamente 1/3, y el costo se ha reducido en aproximadamente 0.05 yuanes / Wp;
2) El aumento en el número de componentes en serie reduce el costo del sistema de soporte, cimentación de pilotes, construcción e instalación en aproximadamente 0.05 yuanes / Wp;
3) El voltaje de CA conectado a la red del sistema de 1500 V aumenta de 540 V a 800 V, los puntos conectados a la red se reducen y las pérdidas del sistema de CA y CC se pueden reducir en un 1 ~ 2%.
4) De acuerdo con el caso maduro del mercado extranjero, la capacidad óptima de un solo subarreglo puede diseñarse para que sea de 6.25MW en sistemas de 1500V, e incluso hasta 12.5MW en algunas áreas. Al aumentar la capacidad de un solo subconjunto, se puede reducir el costo de los equipos de CA, como los transformadores.
Por lo tanto, en comparación con el sistema tradicional de 1000 V, el sistema de 1500 V puede reducir el costo en 0.05 ~ 0.1 yuanes / Wp, y la generación de energía real puede aumentar en un 1 ~ 2%.
Multiplicando por el mercado interno del sistema de 1500Vdc "potencial"
En comparación con el mercado internacional, en los primeros años de la industria fotovoltaica china, debido a la cadena de suministro inmadura de la industria tecnológica, el sistema de 1500V comenzó tarde y su desarrollo fue lento. Solo unas pocas empresas líderes como Sunshine Power han completado la I + D y la certificación. Pero con el auge del sistema de 1500 V a escala mundial, el mercado nacional lo ha aprovechado y ha logrado buenos resultados en el desarrollo e innovación de sistemas y aplicaciones de 1500 V:
- En julio de 2015, el primer inversor centralizado de 1500 V desarrollado y fabricado por Sunshine Power en China completó con éxito la prueba de conexión a la red y abrió el preludio de la tecnología de 1500 V en el mercado nacional.
- En enero de 2016, el primer proyecto de demostración del sistema de generación de energía fotovoltaica doméstica de 1500 V se conectó a la red para la generación de energía.
- En junio de 2016, en el primer proyecto líder de Datong nacional, se aplicaron en lotes inversores centralizados de 1500 V.
- En agosto de 2016, Sunshine Power tomó la iniciativa en el lanzamiento del primer inversor string de 1500 V del mundo, mejorando aún más la competitividad internacional de los inversores fotovoltaicos domésticos.
En el mismo año, el primer proyecto de evaluación comparativa del sistema fotovoltaico de 1500 V de China se conectó formalmente a la red para la generación de energía en Golmud, Qinghai, lo que marca que el sistema fotovoltaico doméstico de 1500 V CC ha comenzado a ingresar al campo de la aplicación práctica. La capacidad total instalada de la central eléctrica es de 30MW. Sunshine Power proporciona un conjunto completo de soluciones para este proyecto, reduciendo el costo de inversión del cable en un 20%, el costo de 0.1 yuanes / Wp y reduciendo en gran medida las pérdidas de línea lateral de CA y CC y las pérdidas de bobinado lateral de bajo voltaje del transformador.
1500V se ha convertido en la corriente principal del mercado global
El sistema de 1500 V, que tiene tanto ahorro como eficiencia, se ha convertido gradualmente en la primera opción para las grandes centrales eléctricas terrestres. Con respecto al desarrollo futuro de los sistemas de 1500 V, IHS predice que la participación de los inversores de 1500 V continuará aumentando al 74% en 2019 y se disparará al 84% en 2020, convirtiéndose en la corriente principal de la industria.
Desde la perspectiva de la capacidad instalada de 1500V, fue de solo 2GW en 2016 y superó los 30GW en 2018. Ha logrado un crecimiento de más de 14 veces en solo dos años, y se espera que mantenga una tendencia sostenida de crecimiento de alta velocidad. Se espera que los envíos acumulados en 2019 y 2020 superen los 100GW. Para las empresas chinas, Sunshine Power ha instalado más de 5 GW de inversores de 1500 V en todo el mundo y tiene planes de lanzar cadenas de series de 1500 V más avanzadas e inversores centralizados en 2019 para satisfacer la creciente demanda instalada del mercado.
Aumentar el voltaje de CC a 1500 V es un cambio importante en la reducción de costos y el aumento de la eficiencia, y ahora se ha convertido en la solución principal para el desarrollo fotovoltaico internacional. Con la era de la disminución de los subsidios y la paridad en China, el sistema de 1500 V también se utilizará cada vez más en China, acelerando la llegada de la era de la paridad integral de China.
Análisis económico del sistema fotovoltaico de 1500V
A partir de 2018, no importa en el extranjero o en el país, la proporción de aplicación del sistema de 1500 V es cada vez más grande. Según las estadísticas de IHS, el volumen de aplicación de 1500 V para grandes centrales eléctricas terrestres extranjeras en países extranjeros superó el 50% en 2018; Según estadísticas preliminares, entre el tercer grupo de líderes en 2018, la proporción de aplicaciones de 1500V estuvo entre el 15% y el 20%.
¿Puede el sistema de 1500 V reducir efectivamente el costo de la electricidad para el proyecto? Este artículo realiza un análisis comparativo de la economía de los dos niveles de voltaje a través de cálculos teóricos y datos de casos reales.
I. Esquema de diseño básico
Para analizar el nivel de costo de la aplicación de 1500Vdc en el sistema fotovoltaico, se utiliza un esquema de diseño convencional para comparar el costo del proyecto con el costo del sistema tradicional de 1000V.
1. premisa de cálculo
1) La central eléctrica terrestre, terreno plano, la capacidad instalada no está limitada por el área terrestre;
2) La temperatura extrema y la temperatura extremadamente baja del sitio del proyecto se considerarán de acuerdo con 40 ℃ y -20 ℃.
3) Los parámetros clave de los componentes e inversores seleccionados se muestran en la siguiente tabla.
2. Esquema de diseño básico
1) esquema de diseño de la serie 1000V
22 módulos fotovoltaicos de doble cara de 310 W forman una rama de 6.82 kW, 2 ramas forman una matriz cuadrada, 240 ramas en total 120 matrices cuadradas y entran en 20 inversores de 75 kW (1.09 veces sobredistribución en el lado de CC, ganancia en la parte posterior) 15%, es 1.25 veces el sobreaprovisionamiento) para formar una unidad de generación de energía de 1.6368MW.
El componente se instala horizontalmente de acuerdo con 4 * 11, y los soportes fijos de doble poste delantero y trasero.
2) esquema de diseño de la serie 1500V
34 módulos fotovoltaicos de doble cara de 310 W forman una rama de 10.54 kW, 2 ramas forman una matriz cuadrada, 324 ramas tienen un total de 162 matrices cuadradas y están instalados 18 inversores de 175 kW (1.08 veces sobredistribución en el lado volver Considerando el 15%, es 1.25 veces el sobreaprovisionamiento) para formar una unidad de generación de energía de 3.415MW.
El componente se instala horizontalmente de acuerdo con 4 * 17, y los soportes fijos de doble poste delantero y trasero.
En segundo lugar, el impacto de 1500 V en la inversión inicial.
De acuerdo con el esquema de diseño anterior, un análisis comparativo de la cantidad de ingeniería y el costo del sistema de 1500 V y el sistema tradicional de 1000 V es el siguiente.
Tabla 3: Composición de la inversión del sistema de 1000 V
Tabla 4: Composición de la inversión del sistema de 1500 V
A través del análisis comparativo, se encuentra que en comparación con el sistema tradicional de 1000 V, el sistema de 1500 V ahorra aproximadamente 0.1 yuanes / W del costo del sistema.
En tercer lugar, el impacto de 1500 V en la generación de energía.
Premisa de cálculo:
Usando los mismos componentes, no habrá diferencia en la generación de energía debido a diferencias en los componentes; asumiendo un terreno plano, no habrá oclusión de sombras debido a cambios de terreno;
La diferencia en la generación de energía se basa principalmente en dos factores: pérdida de desajuste entre componentes y cadenas, pérdida de línea de CC y pérdida de línea de CA.
1. pérdida de desajuste entre componentes y cadenas
El número de componentes en serie de una sola rama se ha aumentado de 22 a 34. Debido a la desviación de potencia de ± 3 W entre diferentes componentes, la pérdida de potencia entre los componentes del sistema de 1500 V aumentará, pero no se puede calcular cuantitativamente.
El número de rutas de acceso de un solo inversor se ha aumentado de 12 a 18, pero el número de rutas de seguimiento MPPT del inversor se ha aumentado de 6 a 9 para garantizar que 2 ramas correspondan a 1 MPPT. La pérdida de MPPT no aumenta.
2. Pérdida de línea de CC y CA
Fórmula de cálculo de pérdida de línea
Q pérdida = I2R = (P / U) 2R = ρ (P / U) 2 (L / S)
1) Cálculo de la pérdida de línea de CC
Tabla: Índice de pérdida de línea de CC de una sola rama
A través de los cálculos teóricos anteriores, se encuentra que la pérdida de línea de CC del sistema de 1500 V es 0.765 veces mayor que la del sistema de 1000 V, lo que equivale a reducir la pérdida de línea de CC en un 23.5%.
2) Cálculo de la pérdida de la línea de CA
Tabla: Relación de pérdida de línea de CA de un solo inversor
De acuerdo con los cálculos teóricos anteriores, se encuentra que la pérdida de la línea de CC del sistema de 1500 V es 0.263 veces la del sistema de 1000 V, lo que equivale a reducir la pérdida de la línea de CA en un 73.7%.
3) Datos de casos reales
Dado que la pérdida por desajuste entre componentes no se puede calcular cuantitativamente, y el entorno real es más responsable, se utilizará el caso real para una explicación más detallada.
Este artículo utiliza los datos reales de generación de energía del tercer lote de un proyecto líder. El tiempo de recolección de datos es de mayo a junio de 2019, un total de 2 meses de datos.
Tabla: Comparación de la generación de energía entre sistemas de 1000 V y 1500 V
En la tabla anterior, se puede encontrar que en el mismo sitio del proyecto, utilizando los mismos componentes, productos de los fabricantes de inversores y el mismo método de instalación del soporte, durante mayo a junio de 2019, las horas de generación de energía del sistema de 1500 V fueron de 1.55%. más alto que el sistema 1000V.
Se puede ver que aunque el aumento en el número de componentes de una sola cadena aumentará la pérdida por desajuste entre los componentes porque puede reducir la pérdida de línea de CC en aproximadamente un 23.5% y la pérdida de línea de CA en aproximadamente un 73.7%, el sistema de 1500 V puede aumentar la Generación de energía del proyecto.
Cuarto, un análisis integral
A través del análisis anterior, podemos encontrar que en comparación con el sistema tradicional de 1000 V, el sistema de 1500 V,
1) Puede ahorrar alrededor de 0.1 yuanes / W en el costo del sistema;
2) Aunque el aumento en la cantidad de componentes de una sola cadena aumentará la pérdida por desajuste entre los componentes, pero debido a que puede reducir la pérdida de línea de CC en aproximadamente un 23.5% y la pérdida de línea de CA en aproximadamente un 73.7%, el sistema de 1500 V aumentará la Generación de energía del proyecto.
Por lo tanto, la aplicación de 1500Vdc en el sistema fotovoltaico, el costo de la energía se puede reducir hasta cierto punto.
Según Dong Xiaoqing, presidente del Instituto de Ingeniería Energética de Hebei, más del 50% de los esquemas de diseño de proyectos fotovoltaicos de tierra completados por el instituto seleccionaron 1500V; se espera que la participación nacional de 1500 V de centrales eléctricas terrestres en 2019 alcance aproximadamente el 35%; se incrementará aún más en 2020.
IHS Markit, una reconocida agencia consultora internacional, dio un pronóstico más optimista. En su informe de análisis del mercado fotovoltaico global de 1500 V, señalaron que la escala global de la planta de energía fotovoltaica de 1500 V superaría los 100 GW en los próximos dos años.
Figura: Pronóstico de la proporción de 1500 V en centrales eléctricas terrestres globales
Sin duda, a medida que se acelera el proceso de des-subsidio de la industria fotovoltaica global, y la búsqueda final del costo de la electricidad, se utilizará cada vez más 1500V como solución técnica que puede reducir el costo de la electricidad.
