Aplicação de 1500Vdc no sistema fotovoltaico
Reduzir custos e aumentar a eficiência sempre foi a direção dos esforços do pessoal da eletricidade
Tendência de 1500VDC e escolha inevitável do sistema de paridade
Reduzir custos e aumentar a eficiência sempre foi a direção dos esforços do pessoal da Electric. Entre eles, o papel da inovação tecnológica é fundamental. Em 2019, com os subsídios acelerados da China, 1500Vdc tem grandes esperanças.
De acordo com dados da IHS da organização de pesquisa e análise, o sistema 1500Vdc foi proposto pela primeira vez em 2012, e a FirstSolar investiu a primeira usina fotovoltaica de 1500Vdc do mundo em 2014. Em janeiro de 2016, o primeiro projeto de demonstração doméstico de 1500Vdc Golmud Sunshine Qiheng New Energy O Projeto de Geração de Energia Fotovoltaica Golmud 30MW foi oficialmente conectado à rede para geração de energia, marcando que a aplicação doméstica de 1500Vdc no sistema fotovoltaico realmente entrou no estágio de aplicações de demonstração prática em larga escala. Dois anos depois, em 2018, a tecnologia 1500Vdc foi aplicada em larga escala internacional e nacionalmente. Entre o terceiro lote de projetos líderes domésticos que iniciaram a construção em 2018, o projeto Golmud com o preço de oferta mais baixo (0.31 yuan / kWh), bem como os projetos GCL Delingha e Chint Baicheng, todos adotaram a tecnologia 1500Vdc. Comparado com o sistema fotovoltaico tradicional de 1000Vdc, a aplicação de 11500Vdc no sistema fotovoltaico tem sido amplamente utilizada recentemente. Então, podemos facilmente ter essas perguntas:
Por que aumentar a tensão de 1000Vdc para 1500Vdc?
Exceto pelo inversor, outros equipamentos elétricos podem suportar a alta tensão de 1500Vdc?
Quão eficaz é o sistema de 1500Vdc após o uso?
1. Vantagens e desvantagens técnicas da aplicação de 1500Vdc no sistema fotovoltaico
análise de vantagem
1) Reduza a quantidade de caixa de junção e cabo DC
No “Código para Projeto de Centrais Fotovoltaicas (GB 50797-2012)”, a combinação de módulos fotovoltaicos e inversores deve obedecer à seguinte fórmula: De acordo com a fórmula acima e os parâmetros relevantes dos componentes, cada string do sistema 1000Vdc é geralmente de 22 componentes, enquanto cada coluna do sistema de 1500Vdc pode permitir 32 componentes.
Tomando uma unidade de geração de energia de módulo 285W de 2.5 MW e um inversor de string como exemplo, sistema 1000Vdc:
408 cordas fotovoltaicas, 816 pares de fundação por estaca
34 conjuntos de inversor string 75kW
Sistema 1500Vdc:
Corda de 280 grupos fotovoltaicos
700 pares de fundações de estacas
14 conjuntos de inversores string 75kW
à medida que o número de strings é reduzido, a quantidade de cabos CC conectados entre os componentes e os cabos CA entre os strings e inversores será reduzida.
2) Reduzir a perda da linha DC
∵ P = IRI = P / U
∴ U aumenta em 1.5 vezes → I torna-se (1 / 1.5) → P torna-se 1 / 2.25
∵ R = ρL / S cabo DC L torna-se 0.67, 0.5 vezes o original
∴ R (1500Vdc) <0.67 R (1000Vdc)
Em resumo, 1500VdcP da parte DC é cerca de 0.3 vezes o 1000VdcP.
3) Reduzir uma certa quantidade de engenharia e taxa de falha
Devido à redução no número de cabos DC e caixas de junção, o número de juntas de cabos e fiação de caixa de junção instaladas durante a construção será reduzido e esses dois pontos estão sujeitos a falhas. Portanto, 1500 Vcc pode reduzir uma certa taxa de falha.
4) Reduzir o investimento
Aumentar o número de componentes de cadeia única pode reduzir o custo de um único watt. As principais diferenças são o número de fundações de estacas, o comprimento do cabo após a convergência DC e o número de caixas de junção (centralizadas).
Em relação ao esquema de 22 cordas do sistema 1000Vdc, o esquema de 32 cordas do sistema 1500Vdc pode economizar cerca de 3.2 pontos / W para cabos e fundações de estacas.
Análise de desvantagem
1) Aumento dos requisitos de equipamento
Em comparação com o sistema 1000Vdc, o aumento da tensão para 1500Vdc tem um impacto significativo nos disjuntores, fusíveis, dispositivos de proteção contra raios e fontes de alimentação de comutação, e apresenta requisitos mais elevados para suportar tensão e confiabilidade, e o preço unitário do equipamento será relativamente aumentado .
2) Requisitos de segurança mais elevados
Depois que a tensão é aumentada para 1500 Vcc, o risco de uma pane elétrica aumenta, melhorando assim a proteção de isolamento e a folga elétrica. Além disso, uma vez que ocorra um acidente no lado CC, ele enfrentará problemas mais sérios de extinção de arco CC. Portanto, o sistema de 1500 Vcc aumenta os requisitos de proteção de segurança do sistema.
3) Aumentar a possibilidade de efeito PID
Depois que os módulos fotovoltaicos são conectados em série, a corrente de fuga formada entre as células do módulo de alta tensão e o aterramento é uma causa importante do efeito PID. Após o aumento da tensão de 1000Vdc para 1500Vdc, é óbvio que a diferença de tensão entre a célula e o terra aumentará, o que aumentará a possibilidade do efeito PID.
4) Aumente a perda de correspondência
Existe uma certa perda de correspondência entre as cadeias fotovoltaicas, causada principalmente pelos seguintes motivos:
- A potência de fábrica de diferentes módulos fotovoltaicos terá um desvio de 0 ~ 3%. As rachaduras formadas durante o transporte e instalação causarão um desvio de energia.
- A atenuação desigual e o bloqueio desigual após a instalação também causarão um desvio de energia.
- Em vista dos fatores acima, aumentar cada string de 22 para 32 componentes obviamente aumentará a perda de correspondência.
- Em resposta aos problemas acima de 1500 V, após quase dois anos de pesquisa e exploração, as empresas de equipamentos também fizeram algumas melhorias.
Em segundo lugar, o equipamento principal do sistema fotovoltaico de 1500Vdc
1. Módulo fotovoltaico
First Solar, Artus, Tianhe, Yingli e outras empresas assumiram a liderança no lançamento de módulos fotovoltaicos de 1500Vdc.
Desde que a primeira usina fotovoltaica de 1500 Vcc do mundo foi concluída em 2014, o volume de aplicação de sistemas de 1500 V continuou a se expandir. Impulsionado por essa situação, o padrão IEC começou a incorporar especificações relacionadas a 1500 V na implementação do novo padrão. Em 2016, IEC 61215 (para C-Si), IEC 61646 (para filmes finos) e IEC61730 são padrões de segurança de componentes abaixo de 1500V. Esses três padrões complementam os requisitos de teste de desempenho e teste de segurança do sistema de componentes de 1500V e quebram o último obstáculo dos requisitos de 1500V, o que promove muito a conformidade com os padrões de estação de energia de 1500V.
No momento, os fabricantes domésticos de primeira linha da China lançaram produtos 1500V maduros, incluindo componentes de um lado, componentes de dois lados, componentes de vidro duplo, e obtiveram a certificação relacionada à IEC.
Em resposta ao problema de PID de produtos de 1500 V, os principais fabricantes atuais tomam as duas medidas a seguir para garantir que o desempenho do PID dos componentes de 1500 V e dos componentes convencionais de 1000 V permaneçam no mesmo nível.
1) Atualizando a caixa de junção e otimizando o projeto do layout do componente para atender aos requisitos de distância e folga de fuga de 1500V;
2) A espessura do material do backplane é aumentada em 40% para melhorar o isolamento e garantir a segurança dos componentes;
Para o efeito PID, cada fabricante garante que no sistema 1500V o componente ainda garante que a atenuação do PID seja inferior a 5%, garantindo que o desempenho do PID do componente convencional permaneça no mesmo nível.
2. Inversor
Fabricantes estrangeiros, como SMA / GE / PE / INGETEAM / TEMIC geralmente lançaram soluções de inversor 1500V por volta de 2015. Muitos fabricantes domésticos de primeira linha lançaram produtos de inversor baseados na série 1500V, como Sungrow SG3125, série SUN2000HA da Huawei, etc., e são os primeiros a serem lançados no mercado americano.
NB / T 32004: 2013 é um padrão que os produtos de inversores domésticos devem atender quando são comercializados. O escopo aplicável da norma revisada é um inversor conectado à rede fotovoltaica conectado a um circuito de fonte fotovoltaico com uma tensão não superior a 1500 Vcc e uma tensão de saída CA não superior a 1000 V. O próprio padrão já inclui a faixa DC 1500V e fornece requisitos de teste para sobretensão do circuito fotovoltaico, folga elétrica, distância de fuga, tensão suportável de frequência de energia e outros testes.
3. Caixa combinadora
Os padrões para a combiner box e cada dispositivo principal estão prontos e 1500Vdc entrou no padrão de certificação da combiner box CGC / GF 037: 2014 “Especificações técnicas do equipamento combinador fotovoltaico”.
4. Cabo
Atualmente, o padrão 1500V para cabos fotovoltaicos também foi introduzido.
5. Interruptor e proteção contra raios
Na indústria fotovoltaica na era 1100Vdc, a tensão de saída do inversor é de até 500Vac. Você pode pegar emprestado o sistema padrão do switch de distribuição 690Vac e produtos de suporte; de tensão de 380 Vca a tensão de 500 Vca, não há problema de combinação de chave. No entanto, no período inicial de 2015, toda a indústria fotovoltaica e de distribuição de energia não tinha interruptores de distribuição de energia 800Vac / 1000Vac e outras especificações, resultando em dificuldades no suporte de todo o produto e altos custos de suporte.
Descrição abrangente
O sistema fotovoltaico de 1500Vdc tem sido amplamente utilizado no exterior e já é uma tecnologia de aplicação madura em todo o mundo.
Portanto, o principal equipamento do sistema fotovoltaico atingiu a produção em massa, e o preço caiu drasticamente em comparação com a fase de demonstração em 2016.
Aplicação de 1500Vdc no sistema fotovoltaico
Conforme mencionado acima, o sistema fotovoltaico de 1500Vdc foi aplicado no exterior já em 2014 devido ao seu baixo custo geral e alta geração de energia.
Aplicação global de 1500Vdc no caso de exploração de sistema fotovoltaico
A primeira energia solar anunciou em maio de 2014 que a primeira usina de energia de 1500 Vcc construída em Deming, Novo México, foi colocada em uso. A capacidade total da estação de energia é de 52 MW, 34 matrizes adotam estrutura de 1000Vdc e as demais matrizes adotam estrutura de 1500Vdc.
A SMA anunciou em julho de 2014 que sua usina fotovoltaica de 3.2MW construída no parque industrial Sandershauser Berg em Niestetal, Kassel, norte da Alemanha foi colocada em uso, e a usina usa um sistema de 1500Vdc.
1500Vdc tem sido amplamente utilizado em projetos de baixo custo
No momento, o LSP desenvolveu com sucesso T1 + T2 Classe B + C, Classe I + II PV dispositivo de proteção contra sobretensão SPD 1500Vdc, 1200Vdc, 1000Vdc, 600Vdc são amplamente utilizados na geração de energia solar fotovoltaica.
Aplicação em larga escala de 1500Vdc no sistema fotovoltaico
Pela primeira vez, o projeto de geração de energia fotovoltaica de 257 MW de Fu An Hua Hui no Vietnã foi conectado com sucesso à rede. Todas as soluções integradas de elevação de inversor tipo contêiner de 1500 V foram usadas para obter a aceitação desde o projeto, construção e conexão à rede. O projeto está localizado na cidade de Huahui, condado de Fuhua, província de Phu An, Vietnã, e pertence às áreas costeiras central e sul. Levando em consideração o ambiente geográfico local e a economia do projeto, o cliente do projeto finalmente escolheu a solução integrada de aumento de inversor tipo container de 1500V.
Solução confiável
No projeto de demonstração de usina fotovoltaica, os clientes têm requisitos rígidos de construção e qualidade do produto. A capacidade de instalação do projeto no lado DC do projeto é de 257 MW, que é composta por 1032 conjuntos de caixas combinadoras 1500V DC, 86 conjuntos de inversores centralizados 1500Vdc 2.5MW, 43 conjuntos de transformadores de média tensão 5MVA e soluções integradas em contêineres para gabinetes de rede em anel, facilitando a instalação e o comissionamento podem encurtar o ciclo de construção e reduzir o custo do sistema.
A solução 1500V reúne "grande tecnologia"
A solução integrada de aumento de inversor tipo contêiner de 1500 V tem as características de 1500 V, grande matriz quadrada, relação de alta capacidade, inversor de alta potência, aumento de inversor integrado, etc., o que reduz o custo de equipamentos como cabos e caixas de junção. Custos de investimento inicial reduzidos. Em particular, o projeto de alta taxa de capacidade melhora efetivamente a taxa geral de utilização da linha de reforço e define uma taxa de capacidade razoável por meio do provisionamento excessivo ativo para tornar o LCOE do sistema ideal.
A solução de 1500 VCC é usada em projetos fotovoltaicos de mais de 900 MW no Vietnã. Vietnã Fu Um projeto fotovoltaico Hua Hui 257MW é o maior projeto de usina fotovoltaica individual. Como o primeiro lote de novos projetos de demonstração de energia no Vietnã, após o projeto ser colocado em operação, ele otimizará a estrutura de energia do Vietnã, aliviará o problema de falta de energia no sul do Vietnã e promoverá o desenvolvimento econômico e social no Vietnã. De grande importância.
A aplicação de 1500Vdc no sistema fotovoltaico ainda está longe de ser em grande escala?
Em comparação com o sistema fotovoltaico 1000Vdc amplamente utilizado em usinas fotovoltaicas, a pesquisa da aplicação de 1500Vdc no sistema fotovoltaico liderada por fabricantes de inversores tornou-se recentemente um ponto quente da tecnologia da indústria.
É fácil ter perguntas como esta:
Por que aumentar a tensão de 1000Vdc para 1500Vdc?
Exceto pelo inversor, outros equipamentos elétricos podem suportar a alta tensão de 1500Vdc?
Alguém está usando o sistema 1500Vdc agora? Como é o efeito?
Vantagens e desvantagens técnicas da aplicação de 1500Vdc no sistema fotovoltaico
1. Análise de vantagem
1) Reduza o uso de caixas combinadoras e cabos DC. Cada string de um sistema de 1000 Vcc é geralmente de 22 componentes, enquanto cada string de um sistema de 1500 Vcc pode permitir 32 componentes. Pegue uma unidade de geração de energia de módulo 265 W e 1 MW como exemplo,
Sistema 1000Vdc: 176 cordas fotovoltaicas e 12 caixas combinadoras;
Sistema 1500Vdc: 118 cordas fotovoltaicas e 8 caixas combinadoras;
Portanto, a quantidade de cabos DC dos módulos fotovoltaicos para a combiner box é cerca de 0.67 vezes, e a quantidade de cabos DC da combiner box para o inversor é cerca de 0.5 vezes.
2) Reduza a perda de linha DC ∵P perda = cabo I2R I = P / U
∴U aumenta em 1.5 vezes → I torna-se (1 / 1.5) → perda de P torna-se 1 / 2.25
Além disso, o cabo R = ρL / S, o L do cabo DC torna-se 0.67, 0.5 vezes do original
Cabo ∴R (1500Vdc) <cabo 0.67R (1000Vdc)
Em resumo, a perda de 1500VdcP da parte DC é cerca de 0.3 vezes da perda de 1000VdcP.
3) Reduzir uma certa quantidade de engenharia e taxa de falha
Como o número de cabos DC e caixas combinadoras é reduzido, o número de juntas de cabos e fiação da caixa combinadora instalados durante a construção será reduzido e esses dois pontos estão sujeitos a falhas. Portanto, 1500 Vcc pode reduzir uma certa taxa de falha.
2. análise de desvantagens
1) Aumento nos requisitos de equipamento Comparado com um sistema de 1000Vdc, aumentar a tensão para 1500Vdc tem um impacto significativo nos disjuntores, fusíveis, pára-raios e fontes de alimentação de comutação, e apresenta requisitos de tensão e confiabilidade mais altos. melhorar.
2) Requisitos de segurança mais elevados Depois que a tensão é aumentada para 1500Vdc, o perigo de pane elétrica e descarga aumenta, de modo que a proteção de isolamento e a distância elétrica devem ser melhoradas. Além disso, se ocorrer um acidente no lado CC, ele enfrentará um problema mais sério de extinção de arco CC. Portanto, o sistema de 1500 Vcc aumenta os requisitos do sistema para proteção de segurança.
3) Aumentando o possível efeito PID Depois que os módulos FV são conectados em série, a corrente de fuga formada entre as células dos módulos de alta tensão e o solo é uma razão importante para o efeito PID (para uma explicação detalhada, por favor, responda “103 " no fundo). Depois que a tensão for aumentada de 1000Vdc para 1500Vdc, é claro que a diferença de tensão entre o chip da bateria e o terra aumentará, o que aumentará a possibilidade do efeito PID.
4) Aumento da perda de correspondência Há uma certa perda de correspondência entre as cadeias fotovoltaicas, que é causada principalmente pelos seguintes motivos:
A potência de fábrica de diferentes módulos fotovoltaicos terá um desvio de 0 ~ 3%.
Rachaduras ocultas formadas durante o transporte e instalação causarão desvio de energia
A atenuação desigual e a blindagem desigual após a instalação também causarão um desvio de energia.
Em vista dos fatores acima, aumentar cada string de 22 para 32 componentes obviamente aumentará a perda de correspondência.
3. Análise abrangente Na análise acima, quanto 1500Vdc pode ser comparado com 1000Vdc pode melhorar o desempenho de custo e cálculos adicionais são necessários.
Introdução: Comparado com o sistema fotovoltaico 1000Vdc amplamente utilizado em usinas fotovoltaicas, a pesquisa da aplicação de 1500Vdc no sistema fotovoltaico liderada por fabricantes de inversores tornou-se um ponto importante da tecnologia da indústria recentemente. Então, podemos facilmente ter essas perguntas.
Em segundo lugar, o equipamento principal do sistema fotovoltaico a 1500Vdc
1) Módulos fotovoltaicos Atualmente, FirstSolar, Artes, Trina, Yingli e outras empresas lançaram módulos fotovoltaicos de 1500Vdc, incluindo módulos convencionais e módulos de vidro duplo.
2) Inversor Atualmente, os principais fabricantes lançaram inversores de 1500Vdc com capacidade de 1MVA ~ 4MVA, que foram aplicados em estações de demonstração de energia. O nível de tensão de 1500Vdc foi coberto pelos padrões IEC relevantes.
3) Padrões para caixas combinadoras e outros componentes-chave Caixas combinadoras e componentes-chave foram preparados, e 1500Vdc entrou no padrão de certificação de caixa combinadora CGC / GF037: 2014 “Especificações Técnicas para Equipamentos Fotovoltaicos Combinados”; 1500Vdc foi esclarecido pela maioria dos padrões IEC como pertencentes à categoria de diretivas de baixa tensão, como padrões de disjuntores IEC61439-1 e IEC60439-1, fusíveis fotovoltaicos especiais IEC60269-6 e dispositivos fotovoltaicos especiais de proteção contra raios EN50539-11 / -12 .
No entanto, como o sistema fotovoltaico de 1500Vdc ainda está em fase de demonstração e a demanda do mercado é limitada, o equipamento acima mencionado ainda não iniciou a produção em massa.
Aplicação de 1500Vdc no sistema fotovoltaico
1. Estação de energia solar Macho Springs
A Firstsolar anunciou em maio de 2014 que a primeira estação de energia 1500Vdc concluída em Deming, NewMexico, foi colocada em uso. A capacidade total da estação de energia é de 52 MW, 34 matrizes usam estrutura de 1000Vdc e as demais matrizes usam estrutura de 1500Vdc.
A SMA anunciou em julho de 2014 que sua usina fotovoltaica de 3.2 MW em Sandershauser Bergindustrialpark, um parque industrial em Niestetal, Kassel, norte da Alemanha, foi colocada em uso. A usina usa um sistema de 1500Vdc.
2. Casos de aplicação na China
Golmud Sunshine Qiheng Nova Energia Golmud 30MW Projeto Fotovoltaico
Em janeiro de 2016, o primeiro projeto de demonstração de sistema de geração de energia fotovoltaica doméstico de 1500Vdc, Golmud Sunshine Qiheng New Energy Golmud 30MW projeto de geração de energia conectado à rede fotovoltaica, foi oficialmente conectado à rede para geração de energia, marcando que o sistema fotovoltaico doméstico de 1500Vdc realmente entrou o estágio de aplicação de demonstração real.
O desenvolvimento de produtos fotovoltaicos relacionados a 1500V já é uma tendência
Componentes fotovoltaicos e equipamentos elétricos em sistemas solares fotovoltaicos atuais são projetados e fabricados com base nos requisitos de tensão DC de 1000V. Para conseguir um melhor rendimento dos sistemas fotovoltaicos, é urgente um avanço no caso da redução dos subsídios fotovoltaicos para os seus custos e eficiência de geração de energia. Portanto, o desenvolvimento de produtos fotovoltaicos relacionados a 1500V se tornou uma tendência. Componentes de alta tensão de 1500 V e equipamentos elétricos de suporte significam custos de sistema mais baixos e maior eficiência de geração de energia. A introdução deste novo equipamento e tecnologia pode fazer com que a indústria fotovoltaica se livre gradualmente da dependência de subsídios e alcance a paridade de acesso on-line em um momento precoce. Requisitos de 1500V para módulos solares fotovoltaicos, inversores, cabos, caixas combinadoras e otimização do sistema ”
O equipamento principal relevante do sistema de 1500 V é mostrado acima. Os requisitos de 1500 V para cada dispositivo também mudaram de acordo:
Componente 1500V
• O layout dos componentes é alterado, o que requer maior distância de fuga dos componentes;
• Mudanças de materiais de componentes, aumentando os requisitos de material e testes para o backplane;
• Aumento dos requisitos de teste para isolamento de componente, resistência de tensão, vazamento úmido e pulso;
• O custo do componente é basicamente estável e o desempenho é aprimorado;
• Existem atualmente padrões IEC para componentes de sistema de 1500Vdc. Como IEC 61215 / IEC 61730;
• Os componentes do sistema 1500Vdc dos principais fabricantes foram aprovados nas certificações relevantes e nos testes de desempenho PID.
Cabo 1500V DC
• Existem diferenças no isolamento, espessura da bainha, elipticidade, resistência do isolamento, extensão térmica, névoa salina e teste de resistência à fumaça e teste de queima do feixe.
Caixa combinadora 1500V
• Requisitos de teste para folga elétrica e distância de fuga, tensão de frequência de energia e tensão suportável de impulso e resistência de isolamento;
• Existem diferenças em pára-raios, disjuntores, fusíveis, fios, fontes autoalimentadas, diodos anti-reversos e conectores;
• Padrões para caixas combinadoras e componentes-chave estão em vigor.
Inversor 1500V
• Pára-raios, disjuntores, fusíveis e fontes de alimentação chaveadas são diferentes;
• Isolamento, folga elétrica e descarga elétrica causadas pelo aumento da tensão;
• O nível de tensão de 1500 V foi coberto pelos padrões IEC relevantes.
Sistema 1500V
No projeto de strings de sistema de 1500 V, os componentes de cada string do sistema de 1000 V costumavam ser 18-22, e agora o sistema de 1500 V aumentará muito o número de componentes em série para 32-34, diminuindo várias strings e se tornando um realidade.
Sistema atual de geração de energia fotovoltaica, tensão do lado DC 450-1000V, tensão do lado AC 270-360V; Sistema de 1500V, o número de componentes de string único aumentou em 50%, tensão do lado DC 900-1500V, lado AC 400-1000V, não apenas a perda de linha do lado DC diminui A perda de linha do lado AC caiu significativamente. Requisitos de 1500V para componentes, inversores, cabos, caixas combinadoras e otimização do sistema ”
Em termos de inversores, antigamente eram usados inversores centralizados de 1 MW, e agora eles podem ser expandidos para inversores de 2.5 MW depois de usar um sistema de 1500 V; e a tensão nominal do lado CA é aumentada. Inversores com a mesma potência e lado CA A corrente de saída reduzida ajuda a reduzir o custo do inversor.
Por meio de cálculos abrangentes, após o aprimoramento técnico do sistema de 1500 V, o custo geral do sistema pode ser reduzido em cerca de 2 centavos e a eficiência do sistema pode ser melhorada em 2%. Portanto, a aplicação do sistema de 1500V é de grande ajuda para reduzir o custo do sistema.
Usando um sistema de 1500 V, o número de componentes em série aumenta, o número de conexões paralelas diminui, o número de cabos diminui e o número de combinadores e inversores diminui. A tensão é aumentada, a perda é reduzida e a eficiência é melhorada. A carga de trabalho de instalação e manutenção reduzida também reduz os custos de instalação e manutenção. Isso pode reduzir o custo do valor LCOE de eletricidade.
A grande tendência! Sistema fotovoltaico de 1500V acelera o advento da era da paridade
Em 2019, com as mudanças nas políticas fotovoltaicas, a indústria aposta na redução do custo da energia eléctrica e é uma tendência inevitável avançar para um acesso acessível à Internet. Portanto, a inovação tecnológica é o avanço, reduzindo o custo da energia elétrica e reduzindo a dependência de subsídios tornou-se uma nova direção para o desenvolvimento saudável da indústria fotovoltaica. Ao mesmo tempo, a China, como fabricante líder mundial da indústria fotovoltaica, ajudou a maioria dos países a atingir a paridade na Internet, mas ainda está um pouco distante da paridade na Internet por vários motivos.
A principal razão pela qual o mercado fotovoltaico no exterior pode atingir a paridade é que além das vantagens da China em termos de financiamento, terreno, acesso, iluminação, preços de eletricidade, etc., o ponto mais importante e as lições aprendidas é que eles são relativamente China é mais avançado. Por exemplo, um sistema fotovoltaico com voltagem de 1500V. Atualmente, os produtos relacionados ao nível de voltagem de 1500V se tornaram a solução principal para o mercado fotovoltaico no exterior. Portanto, a energia fotovoltaica doméstica também deve se concentrar na inovação em nível de sistema, acelerar a aplicação de 1500V e outras tecnologias avançadas, realizar redução de custos, eficiência e melhoria da qualidade de estações de energia e promover de forma abrangente a indústria fotovoltaica para avançar em direção à era da paridade.
Onda de 1500V varreu o mundo
De acordo com o relatório da IHS, a primeira proposta de uso do sistema de 1500 V data de 2012. Em 2014, a FirstSolar investiu na primeira usina fotovoltaica de 1500 V. De acordo com o cálculo do FirstSolar: a central fotovoltaica de 1500V reduz o número de circuitos paralelos ao aumentar o número de módulos fotovoltaicos em série; reduz o número de caixas de junção e cabos; ao mesmo tempo, quando a tensão aumenta, a perda do cabo é ainda mais reduzida e a eficiência de geração de energia do sistema é melhorada.
Em 2015, o fabricante líder de inversores da China Sunshine Power assumiu a liderança na promoção de soluções de sistema com base no design do inversor de 1500 V na indústria, mas porque outros componentes de suporte não formaram uma cadeia industrial completa na China e as empresas de investimento têm consciência limitada disso, Em vez de dar prioridade à expansão no exterior após a promoção doméstica em larga escala, ela primeiro “conquistou” o mundo e depois voltou ao mercado chinês.
Do ponto de vista do mercado global, o sistema de 1500V tornou-se condição necessária para grandes projetos fotovoltaicos de redução de custos e aumento de eficiência. Em países com preços baixos de eletricidade, como Índia e América Latina, as usinas fotovoltaicas terrestres de grande escala estão quase todas adotando esquemas de licitação de 1500 V; países com mercados de energia desenvolvidos na Europa e nos Estados Unidos mudaram a tensão DC de sistemas fotovoltaicos de 1000 V para 1500 V; mercados emergentes como Vietnã e Oriente Médio entraram diretamente em sistemas de 1500V. É importante notar que o projeto fotovoltaico de nível GW de 1500 volts é usado em todo o mundo e estabeleceu repetidamente um recorde global com preços ultrabaixos de eletricidade na rede.
Nos Estados Unidos, a capacidade instalada de equipamentos de 1500Vdc em 2016 representava 30.5%. Em 2017, havia dobrado para 64.4%. A previsão é de que esse número chegue a 84.20% em 2019. Segundo a empresa local de EPC: “Cada nova usina terrestre de 7 GW usa anualmente 1500V. Por exemplo, a primeira estação de energia fotovoltaica terrestre em grande escala no Wyoming, que acaba de ser conectada à rede, usa uma solução de inversor centralizado de energia solar de 1500V.
De acordo com as estimativas, em comparação com um sistema de 1000 V, a redução de custo e o aumento de eficiência de 1500 V são refletidos principalmente em:
1) O número de componentes conectados em série foi aumentado de 24 blocos / string para 34 blocos / string, reduzindo o número de strings. Correspondentemente, o consumo de cabos fotovoltaicos diminuiu 48%, e o custo de equipamentos como caixas combinadoras também foi reduzido em cerca de 1/3, e o custo foi reduzido em cerca de 0.05 yuan / Wp;
2) O aumento no número de componentes em série reduz o custo do sistema de suporte, fundação de estacas, construção e instalação em cerca de 0.05 yuan / Wp;
3) A tensão CA conectada à rede do sistema de 1500 V é aumentada de 540 V para 800 V, os pontos conectados à rede são reduzidos e as perdas do sistema do lado CA e CC podem ser reduzidas em 1 ~ 2%.
4) De acordo com o caso maduro do mercado externo, a capacidade ótima de um único submatriz pode ser projetada para ser de 6.25 MW em sistemas de 1500 V e até 12.5 MW em algumas áreas. Ao aumentar a capacidade de um único submatriz, o custo de equipamentos CA, como transformadores, pode ser reduzido.
Portanto, em comparação com o sistema tradicional de 1000 V, o sistema de 1500 V pode reduzir o custo em 0.05 ~ 0.1 yuan / Wp, e a geração de energia real pode aumentar em 1 ~ 2%.
Multiplicando pelo mercado doméstico de sistema de 1500Vdc “potencial”
Em comparação com o mercado internacional, nos primeiros anos da indústria fotovoltaica chinesa, devido à imatura cadeia de suprimentos da indústria de tecnologia, o sistema 1500V começou tarde e seu desenvolvimento foi lento. Apenas algumas empresas líderes como a Sunshine Power concluíram P&D e certificação. Mas com a ascensão do sistema de 1500V em escala global, o mercado doméstico aproveitou-se disso e obteve bons resultados no desenvolvimento e inovação de sistemas e aplicações de 1500V:
- Em julho de 2015, o primeiro inversor centralizado de 1500 V desenvolvido e fabricado pela Sunshine Power na China concluiu com sucesso o teste de conexão à rede e abriu o prelúdio para a tecnologia de 1500 V no mercado doméstico.
- Em janeiro de 2016, o primeiro projeto de demonstração de sistema de geração de energia fotovoltaica doméstico de 1500 V foi conectado à rede para geração de energia.
- Em junho de 2016, no primeiro projeto doméstico líder Datong, inversores centralizados 1500V foram aplicados em lotes.
- Em agosto de 2016, a Sunshine Power assumiu a liderança no lançamento do primeiro inversor string de 1500 V do mundo, aumentando ainda mais a competitividade internacional dos inversores fotovoltaicos domésticos.
No mesmo ano, o primeiro projeto de benchmarking de sistema fotovoltaico de 1500 V da China foi formalmente conectado à rede para geração de energia em Golmud, Qinghai, marcando que o sistema fotovoltaico de 1500 V CC doméstico começou a entrar no campo de aplicação prática. A capacidade total instalada da usina é de 30 MW. Sunshine Power fornece um conjunto completo de soluções para este projeto, reduzindo o custo de investimento do cabo em 20%, o custo de 0.1 yuan / Wp, e reduzindo significativamente as perdas da linha lateral CA e CC e as perdas do enrolamento lateral de baixa tensão do transformador.
1500V se tornou o principal mercado global
O sistema 1500V, que tem redução de custos e eficiência, gradualmente se tornou a primeira escolha para grandes usinas terrestres. Em relação ao desenvolvimento futuro de sistemas de 1500 V, a IHS prevê que a participação de inversores de 1500 V continuará a aumentar para 74% em 2019 e subirá para 84% em 2020, tornando-se o mainstream da indústria.
Da perspectiva de 1500 V de capacidade instalada, era de apenas 2 GW em 2016 e ultrapassou 30 GW em 2018. Alcançou um crescimento de mais de 14 vezes em apenas dois anos, e espera-se que mantenha uma tendência de crescimento sustentado de alta velocidade. Espera-se que as remessas acumuladas em 2019 e 2020 sejam superiores a 100 GW. Para empresas chinesas, a Sunshine Power instalou mais de 5 GW de inversores de 1500 V em todo o mundo e tem planos de lançar cadeias de caracteres da série 1500 V mais avançadas e inversores centralizados em 2019 para atender à demanda instalada de mercado em rápido crescimento.
Aumentar a tensão DC para 1500 V é uma mudança importante na redução de custos e no aumento da eficiência, e agora se tornou a solução principal para o desenvolvimento fotovoltaico internacional. Com a era de declínio de subsídios e paridade na China, o sistema 1500V também será usado cada vez mais amplamente na China, acelerando a chegada da era de paridade abrangente na China
Análise econômica do sistema fotovoltaico de 1500V
A partir de 2018, não importa no exterior ou nacional, a proporção de aplicação do sistema de 1500V está ficando cada vez maior. De acordo com as estatísticas da IHS, o volume de aplicação de 1500 V para grandes usinas terrestres estrangeiras em países estrangeiros excedeu 50% em 2018; de acordo com estatísticas preliminares, entre o terceiro lote de corredores da frente em 2018, a proporção de aplicações de 1500V estava entre 15% e 20%.
O sistema de 1500 V pode efetivamente reduzir o custo de eletricidade para o projeto? Este artigo faz uma análise comparativa da economia dos dois níveis de tensão por meio de cálculos teóricos e dados de casos reais.
I. Esquema de design básico
Para analisar o nível de custo da aplicação de 1500Vdc no sistema fotovoltaico, um esquema de projeto convencional é usado para comparar o custo do projeto com o custo do sistema tradicional de 1000V.
1. premissa de cálculo
1) A usina terrestre, terreno plano, capacidade instalada não é limitada pela área do terreno;
2) Temperatura extrema e temperatura extremamente baixa do local do projeto devem ser consideradas de acordo com 40 ℃ e -20 ℃.
3) Os principais parâmetros dos componentes e inversores selecionados são mostrados na tabela abaixo.
2. Esquema de design básico
1) Esquema de design da série 1000V
22 módulos fotovoltaicos de dupla face 310W formam uma ramificação de 6.82kW, 2 ramificações formam uma matriz quadrada, 240 ramificações totalizam 120 matrizes quadradas e entra em 20 inversores de 75kW (1.09 vezes superdistribuição no lado CC, ganho na parte traseira). 15%, é 1.25 vez superprovisionado) para formar uma unidade de geração de energia de 1.6368 MW.
O componente é instalado horizontalmente de acordo com 4 * 11, e os suportes fixos de dois postes dianteiro e traseiro.
2) Esquema de design da série 1500V
34 módulos fotovoltaicos de dupla face 310W formam uma ramificação de 10.54kW, 2 ramificações formam uma matriz quadrada, 324 ramificações têm um total de 162 matrizes quadradas e 18 inversores de 175kW estão instalados (1.08 vezes superdistribuição no lado CC, ganho no voltar Considerando 15%, é 1.25 vez superprovisionado) para formar uma unidade de geração de energia de 3.415 MW.
O componente é instalado horizontalmente de acordo com 4 * 17 e os suportes fixos de dois postes dianteiro e traseiro.
Em segundo lugar, o impacto de 1500 V no investimento inicial
De acordo com o esquema de projeto acima, uma análise comparativa da quantidade de engenharia e custo do sistema de 1500 V e do sistema tradicional de 1000 V é a seguinte.
Tabela 3: Composição do investimento do sistema 1000V
Tabela 4: Composição do investimento do sistema 1500V
Por meio de análises comparativas, descobriu-se que em comparação com o sistema tradicional de 1000 V, o sistema de 1500 V economiza cerca de 0.1 yuan / W do custo do sistema.
Terceiro, o impacto de 1500V na geração de energia
Premissa de cálculo:
Usando os mesmos componentes, não haverá diferença na geração de energia devido às diferenças nos componentes; assumindo um terreno plano, não haverá oclusão de sombra devido às mudanças do terreno;
A diferença na geração de energia é baseada principalmente em dois fatores: perda de incompatibilidade entre componentes e strings, perda de linha CC e perda de linha CA.
1. perda de incompatibilidade entre componentes e strings
O número de componentes em série de um único ramal aumentou de 22 para 34. Devido ao desvio de potência de ± 3W entre os diferentes componentes, a perda de potência entre os componentes do sistema de 1500V aumentará, mas não pode ser calculada quantitativamente.
O número de caminhos de acesso de um único inversor foi aumentado de 12 para 18, mas o número de caminhos de rastreamento MPPT do inversor foi aumentado de 6 para 9 para garantir que 2 ramificações correspondam a 1 MPPT. A perda de MPPT não aumenta.
2. Perda de linha DC e AC
Fórmula de cálculo de perda de linha
Perda de Q = I2R = (P / U) 2R = ρ (P / U) 2 (L / S)
1) Cálculo da perda da linha DC
Tabela: Taxa de perda de linha DC de um único ramal
Através dos cálculos teóricos acima, verifica-se que a perda da linha CC do sistema de 1500V é 0.765 vezes a do sistema de 1000V, o que equivale a reduzir a perda da linha CC em 23.5%.
2) Cálculo da perda da linha CA
Tabela: Taxa de perda de linha CA de um único inversor
De acordo com os cálculos teóricos acima, verifica-se que a perda da linha CC do sistema de 1500V é 0.263 vezes a do sistema de 1000V, o que equivale a reduzir a perda da linha CA em 73.7%.
3) Dados reais do caso
Uma vez que a perda de incompatibilidade entre os componentes não pode ser calculada quantitativamente e o ambiente real é mais responsável, o caso real será usado para uma explicação mais detalhada.
Este artigo usa os dados reais de geração de energia do terceiro lote de um projeto pioneiro. O tempo de coleta de dados é de maio a junho de 2019, um total de 2 meses de dados.
Tabela: Comparação de geração de energia entre sistemas 1000V e 1500V
A partir da tabela acima, pode-se verificar que no mesmo local do projeto, utilizando os mesmos componentes, produtos dos fabricantes dos inversores e o mesmo método de instalação do suporte, durante maio a junho de 2019, as horas de geração de energia do sistema de 1500V foram 1.55% superior ao sistema de 1000V.
Pode-se ver que embora o aumento no número de componentes de coluna única aumente a perda de incompatibilidade entre os componentes porque pode reduzir a perda da linha CC em cerca de 23.5% e a perda da linha CA em cerca de 73.7%, o sistema de 1500V pode aumentar o geração de energia do projeto.
Quarto, uma análise abrangente
Por meio da análise acima, podemos descobrir que, em comparação com o sistema tradicional de 1000 V, o sistema de 1500 V,
1) Pode economizar cerca de 0.1 yuan / W no custo do sistema;
2) Embora o aumento no número de componentes de coluna única vá aumentar a perda de incompatibilidade entre os componentes, mas porque pode reduzir a perda da linha CC em cerca de 23.5% e a perda da linha CA em cerca de 73.7%, o sistema de 1500V aumentará o geração de energia do projeto.
Portanto, a aplicação de 1500Vdc no sistema fotovoltaico o custo da energia pode ser reduzido em certa medida.
De acordo com Dong Xiaoqing, presidente do Instituto de Engenharia de Energia de Hebei, mais de 50% dos esquemas de design de projetos fotovoltaicos terrestres concluídos pelo instituto selecionou 1500V; espera-se que a participação nacional de 1500 V de usinas terrestres em 2019 atinja cerca de 35%; será aumentado em 2020.
A IHS Markit, conhecida agência internacional de consultoria, fez uma previsão mais otimista. Em seu relatório de análise do mercado fotovoltaico global de 1500 V, eles apontaram que a escala global da usina fotovoltaica de 1500 V ultrapassaria 100 GW nos próximos dois anos.
Figura: Previsão da proporção de 1500 V em centrais terrestres globais
Sem dúvida, à medida que se acelera o processo de des-subsidiação da indústria fotovoltaica global e a busca final do custo da energia elétrica, o 1500V, como solução técnica que pode reduzir o custo da energia elétrica, será cada vez mais utilizado.
