Ứng dụng 1500Vdc trong hệ thống quang điện
Giảm chi phí và tăng hiệu quả luôn là hướng nỗ lực của người điện
Xu hướng 1500VDC và sự lựa chọn tất yếu của hệ thống chẵn lẻ
Giảm chi phí và tăng hiệu quả luôn là hướng nỗ lực của người Điện. Trong số đó, vai trò của đổi mới công nghệ là then chốt. Vào năm 2019, với việc tăng tốc trợ cấp của Trung Quốc, 1500Vdc có nhiều hy vọng.
Theo dữ liệu IHS từ tổ chức nghiên cứu và phân tích, hệ thống 1500Vdc được đề xuất lần đầu tiên vào năm 2012, và FirstSolar đã đầu tư nhà máy quang điện 1500Vdc đầu tiên trên thế giới vào năm 2014. Vào tháng 2016 năm 1500, dự án trình diễn 30Vdc trong nước đầu tiên Golmud Sunshine Qiheng New Energy Dự án phát điện quang điện Golmud 1500MW chính thức được hòa lưới để phát điện, đánh dấu ứng dụng 2018Vdc trong nước trong hệ thống quang điện đã thực sự bước vào giai đoạn ứng dụng trình diễn thực tế quy mô lớn. Hai năm sau, vào năm 1500, công nghệ 2018Vdc đã được ứng dụng trên diện rộng trên phạm vi quốc tế và trong nước. Trong số các dự án hàng đầu trong nước thứ ba được khởi công vào năm 0.31, dự án Golmud với giá thầu thấp nhất (1500 nhân dân tệ / kWh), cũng như các dự án GCL Delingha và Chint Baicheng đều đã áp dụng công nghệ 1000Vdc. So với hệ thống quang điện 11500Vdc truyền thống, ứng dụng XNUMXVdc trong hệ thống quang điện gần đây đã được sử dụng rộng rãi. Sau đó chúng ta có thể dễ dàng có những câu hỏi như vậy:
Tại sao phải tăng điện áp từ 1000Vdc lên 1500Vdc?
Ngoại trừ biến tần, các thiết bị điện khác có thể chịu được điện áp cao 1500Vdc không?
Hiệu quả của hệ thống 1500Vdc sau khi sử dụng như thế nào?
1. Ưu nhược điểm kỹ thuật của ứng dụng 1500Vdc trong hệ thống quang điện
phân tích lợi thế
1) Giảm số lượng hộp nối và cáp DC
Trong “Mã thiết kế nhà máy điện quang điện (GB 50797-2012)”, việc kết hợp mô-đun quang điện và bộ biến tần phải tuân theo công thức sau: Theo công thức trên và các thông số liên quan của các thành phần, mỗi chuỗi của hệ thống 1000Vdc nói chung là 22 thành phần, trong khi mỗi chuỗi của hệ thống 1500Vdc có thể cho phép 32 thành phần.
Lấy mô-đun 285W đơn vị phát điện 2.5MW và biến tần chuỗi làm ví dụ, hệ thống 1000Vdc:
408 dây quang điện, 816 đôi móng cọc
34 bộ biến tần chuỗi 75kW
Hệ thống 1500Vdc:
280 nhóm quang điện chuỗi
700 cặp móng cọc
14 bộ biến tần chuỗi 75kW
khi số lượng dây được giảm xuống, số lượng cáp DC kết nối giữa các bộ phận và cáp AC giữa các dây và bộ biến tần sẽ giảm.
2) Giảm tổn thất đường dây DC
∵ P = IRI = P / U
∴ U tăng lên 1.5 lần → I trở thành (1 / 1.5) → P trở thành 1 / 2.25
∵ R = ρL / S Cáp DC L trở thành 0.67, 0.5 lần ban đầu
∴ R (1500Vdc) <0.67 R (1000Vdc)
Tóm lại, 1500VdcP của phần DC là khoảng 0.3 lần 1000VdcP.
3) Giảm một lượng kỹ thuật nhất định và tỷ lệ thất bại
Do giảm số lượng cáp DC và hộp nối, số lượng khớp cáp và hệ thống dây của hộp nối được lắp đặt trong quá trình thi công sẽ giảm, và hai điểm này dễ bị hỏng. Do đó, 1500Vdc có thể giảm tỷ lệ hỏng hóc nhất định.
4) Giảm đầu tư
Tăng số lượng các thành phần chuỗi đơn có thể giảm chi phí của một watt. Sự khác biệt chính là số lượng móng cọc, chiều dài của cáp sau khi hội tụ DC và số lượng hộp nối (tập trung).
So với sơ đồ 22 chuỗi của hệ thống 1000Vdc, sơ đồ 32 chuỗi của hệ thống 1500Vdc có thể tiết kiệm khoảng 3.2 điểm / W cho cáp và móng cọc.
Phân tích bất lợi
1) Yêu cầu thiết bị tăng lên
So với hệ thống 1000Vdc, điện áp tăng lên 1500Vdc có tác động đáng kể đến cầu dao, cầu chì, thiết bị chống sét và nguồn đóng cắt, đồng thời đặt ra yêu cầu cao hơn về điện áp chịu đựng và độ tin cậy, đồng thời đơn giá thiết bị sẽ tương đối tăng .
2) Yêu cầu an toàn cao hơn
Sau khi tăng điện áp lên 1500Vdc, nguy cơ xảy ra sự cố điện sẽ tăng lên, do đó cải thiện khả năng bảo vệ cách điện và giải phóng điện. Ngoài ra, một khi xảy ra tai nạn bên phía DC sẽ phải đối mặt với các vấn đề về sự tuyệt chủng của arc DC nghiêm trọng hơn. Do đó, hệ thống 1500Vdc làm tăng yêu cầu bảo vệ an toàn của hệ thống.
3) Tăng khả năng xảy ra hiệu ứng PID
Sau khi các mô-đun quang điện được mắc nối tiếp, dòng điện rò rỉ hình thành giữa các tế bào của mô-đun điện áp cao và đất là nguyên nhân quan trọng gây ra hiệu ứng PID. Sau khi tăng điện áp từ 1000Vdc lên 1500Vdc, rõ ràng sự chênh lệch điện áp giữa cell và mặt đất sẽ tăng lên, điều này sẽ làm tăng khả năng xảy ra hiệu ứng PID.
4) Tăng tổn thất khớp lệnh
Có sự mất khớp nhất định giữa các dây quang điện, chủ yếu do các nguyên nhân sau:
- Công suất xuất xưởng của các mô-đun quang điện khác nhau sẽ có độ lệch 0 ~ 3%. Các vết nứt hình thành trong quá trình vận chuyển và lắp đặt sẽ gây ra hiện tượng lệch nguồn.
- Suy hao không đều và chặn không đều sau khi lắp đặt cũng sẽ gây ra hiện tượng lệch nguồn.
- Theo quan điểm của các yếu tố trên, việc tăng mỗi chuỗi từ 22 thành phần lên 32 thành phần rõ ràng sẽ làm tăng tổn thất đối sánh.
- Trước những vấn đề trên của 1500V, sau gần hai năm nghiên cứu và tìm tòi, các công ty thiết bị cũng đã có một số cải tiến.
Thứ hai, thiết bị cốt lõi của hệ thống quang điện 1500Vdc
1. Môđun quang điện
First Solar, Artus, Tianhe, Yingli và các công ty khác đã dẫn đầu trong việc tung ra các mô-đun quang điện 1500Vdc.
Kể từ khi nhà máy quang điện 1500Vdc đầu tiên trên thế giới được hoàn thành vào năm 2014, số lượng ứng dụng của các hệ thống 1500V đã tiếp tục được mở rộng. Do tình hình này thúc đẩy, tiêu chuẩn IEC bắt đầu đưa các thông số kỹ thuật liên quan đến 1500V vào việc thực hiện tiêu chuẩn mới. Năm 2016, IEC 61215 (đối với C-Si), IEC 61646 (đối với màng mỏng) và IEC61730 là các tiêu chuẩn an toàn linh kiện dưới 1500V. Ba tiêu chuẩn này bổ sung cho các yêu cầu kiểm tra hiệu suất và kiểm tra an toàn của hệ thống linh kiện 1500V và phá vỡ trở ngại cuối cùng của các yêu cầu 1500V, thúc đẩy đáng kể việc tuân thủ các tiêu chuẩn của trạm điện 1500V.
Hiện tại, các nhà sản xuất dòng đầu tiên trong nước của Trung Quốc đã tung ra các sản phẩm 1500V trưởng thành, bao gồm các thành phần một mặt, các thành phần hai mặt, các thành phần hai mặt kính và đã đạt được chứng nhận liên quan đến IEC.
Để đối phó với vấn đề PID của các sản phẩm 1500V, các nhà sản xuất chính hiện nay thực hiện hai biện pháp sau để đảm bảo rằng hiệu suất PID của các thành phần 1500V và các thành phần 1000V thông thường vẫn ở cùng một mức.
1) Bằng cách nâng cấp hộp nối và tối ưu hóa thiết kế bố trí thành phần để đáp ứng các yêu cầu về khoảng cách leo và khoảng hở 1500V;
2) Độ dày của vật liệu bảng nối đa năng được tăng lên 40% để tăng cường khả năng cách nhiệt và đảm bảo an toàn cho các thành phần;
Đối với hiệu ứng PID, mỗi nhà sản xuất đảm bảo rằng trong hệ thống 1500V, thành phần vẫn đảm bảo rằng sự suy giảm PID dưới 5%, đảm bảo rằng hiệu suất PID của thành phần thông thường vẫn ở cùng một mức.
2. Biến tần
Các nhà sản xuất nước ngoài như SMA / GE / PE / INGETEAM / TEMIC thường tung ra các giải pháp biến tần 1500V vào khoảng năm 2015. Nhiều nhà sản xuất cấp một trong nước đã tung ra các sản phẩm biến tần dựa trên dòng 1500V, chẳng hạn như Sungrow SG3125, dòng SUN2000HA của Huawei, v.v., và là những người đầu tiên được phát hành tại thị trường Hoa Kỳ.
NB / T 32004: 2013 là tiêu chuẩn mà các sản phẩm biến tần trong nước khi bán ra thị trường phải đáp ứng. Phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn sửa đổi là bộ nghịch lưu quang điện nối lưới được kết nối với mạch nguồn PV có điện áp không quá 1500V DC và điện áp ra AC không quá 1000V. Bản thân tiêu chuẩn đã bao gồm dải DC 1500V và đưa ra các yêu cầu thử nghiệm đối với quá áp mạch PV, độ hở điện, khoảng cách rò rỉ, điện áp chịu đựng tần số nguồn và các thử nghiệm khác.
3. Hộp kết hợp
Các tiêu chuẩn cho hộp kết hợp và mỗi thiết bị chính đã sẵn sàng, và 1500Vdc đã đạt tiêu chuẩn chứng nhận hộp kết hợp CGC / GF 037: 2014 “Thông số kỹ thuật thiết bị kết hợp quang điện”.
4. Cáp
Hiện tại, tiêu chuẩn 1500V cho cáp quang điện cũng đã được giới thiệu.
5. Công tắc và chống sét
Trong ngành công nghiệp quang điện ở thời đại 1100Vdc, điện áp đầu ra của biến tần lên đến 500Vac. Bạn có thể mượn hệ thống tiêu chuẩn công tắc phân phối 690Vac và các sản phẩm hỗ trợ; từ điện áp 380Vac đến điện áp 500Vac, không có sự cố khớp chuyển đổi. Tuy nhiên, giai đoạn đầu năm 2015, toàn ngành quang điện và phân phối điện chưa có công tắc phân phối điện 800Vac / 1000Vac và các thông số kỹ thuật khác, dẫn đến khó khăn trong việc hỗ trợ toàn bộ sản phẩm và chi phí hỗ trợ cao.
Mô tả toàn diện
Hệ thống quang điện 1500Vdc đã được sử dụng rộng rãi ở nước ngoài và đã là một công nghệ ứng dụng hoàn thiện trên toàn thế giới.
Do đó, thiết bị chính của hệ thống quang điện đã được sản xuất hàng loạt, giá thành đã giảm mạnh so với giai đoạn trình diễn năm 2016.
Ứng dụng 1500Vdc trong hệ thống quang điện
Như đã đề cập ở trên, hệ thống quang điện 1500Vdc đã được áp dụng ở nước ngoài từ năm 2014 do chi phí tổng thể thấp và sản lượng điện cao.
Ứng dụng 1500Vdc toàn cầu trong trường hợp thăm dò hệ thống quang điện
Năng lượng mặt trời đầu tiên công bố vào tháng 2014 năm 1500 rằng nhà máy điện 52Vdc đầu tiên được xây dựng ở Deming, New Mexico đã được đưa vào sử dụng. Tổng công suất của trạm điện là 34MW, 1000 mảng áp dụng cấu trúc 1500Vdc, và các mảng còn lại sử dụng cấu trúc XNUMXVdc.
SMA thông báo vào tháng 2014 năm 3.2 rằng nhà máy điện quang điện 1500MW của họ được xây dựng tại khu công nghiệp Sandershauser Berg ở Niestetal, Kassel, miền bắc nước Đức đã được đưa vào sử dụng và nhà máy điện sử dụng hệ thống XNUMXVdc.
1500Vdc đã được sử dụng rộng rãi trong các dự án chi phí thấp
Hiện tại, LSP đã phát triển thành công T1 + T2 Lớp B + C, Thiết bị bảo vệ chống xung PV loại I + II SPD 1500Vdc, 1200Vdc, 1000Vdc, 600Vdc được sử dụng rộng rãi trong sản xuất điện quang điện mặt trời.
Ứng dụng 1500Vdc quy mô lớn trong hệ thống quang điện
Lần đầu tiên, dự án phát điện quang điện 257 MW của Fu An Hua Hui tại Việt Nam được hòa lưới thành công. Tất cả các giải pháp tích hợp biến tần kiểu thùng chứa 1500V đã được sử dụng để đạt được thành công trong việc nghiệm thu từ thiết kế, thi công đến đấu nối lưới điện. Dự án tọa lạc tại thị trấn Huahui, huyện Fuhua, tỉnh Phú An, Việt Nam, thuộc khu vực duyên hải miền Trung và miền Nam. Cân nhắc đến môi trường địa lý địa phương và tính kinh tế của dự án, khách hàng của dự án cuối cùng đã chọn giải pháp tích hợp tăng áp biến tần kiểu thùng chứa 1500V.
Giải pháp đáng tin cậy
Trong dự án trạm điện quang điện trình diễn, khách hàng có những yêu cầu khắt khe về thi công và chất lượng sản phẩm. Công suất lắp đặt phía DC của dự án là 257 MW, bao gồm 1032 bộ hộp tổ hợp 1500V DC, 86 bộ biến tần tập trung 1500Vdc 2.5MW, 43 bộ MBA trung thế 5MVA và các giải pháp tích hợp trong container đối với tủ mạng vòng, giúp dễ dàng Lắp đặt và vận hành có thể rút ngắn chu kỳ xây dựng và giảm chi phí hệ thống.
Giải pháp 1500V tập hợp “công nghệ lớn”
Giải pháp tích hợp tăng áp biến tần kiểu thùng chứa 1500V có các đặc điểm của 1500V, mảng vuông lớn, tỷ lệ công suất cao, biến tần công suất lớn, biến tần tích hợp tăng áp, v.v., giúp giảm giá thành thiết bị như cáp và hộp nối. Giảm chi phí đầu tư ban đầu. Đặc biệt, thiết kế tỷ lệ công suất cao giúp cải thiện hiệu quả tỷ lệ sử dụng đường dây tăng cường tổng thể và thiết lập tỷ lệ công suất hợp lý thông qua việc chủ động dự phòng để làm cho hệ thống LCOE tối ưu.
Giải pháp 1500VDC được sử dụng trong các dự án quang điện hơn 900MW tại Việt Nam. Dự án quang điện Việt Nam Fu An Hua Hui 257MW là dự án trạm điện quang điện đơn lớn nhất. Là lô dự án trình diễn năng lượng mới đầu tiên tại Việt Nam, sau khi dự án đi vào hoạt động sẽ tối ưu hóa cơ cấu nguồn điện của Việt Nam, giải quyết vấn đề thiếu điện ở miền Nam Việt Nam, thúc đẩy phát triển kinh tế và xã hội ở Việt Nam có ý nghĩa quan trọng.
Ứng dụng 1500Vdc trong hệ thống quang điện vẫn còn ở quy mô lớn?
So với hệ thống quang điện 1000Vdc được sử dụng rộng rãi trong các trạm phát điện quang điện, việc nghiên cứu ứng dụng 1500Vdc trong hệ thống quang điện của các nhà sản xuất biến tần gần đây đã trở thành một điểm nóng về công nghệ của ngành.
Thật dễ dàng để có những câu hỏi như thế này:
Tại sao lại nâng điện áp từ 1000Vdc lên 1500Vdc?
Ngoại trừ biến tần, các thiết bị điện khác có thể chịu được điện áp cao 1500Vdc không?
Có ai đang sử dụng hệ thống 1500Vdc bây giờ không? Hiệu quả thế nào?
Ưu điểm và nhược điểm kỹ thuật của ứng dụng 1500Vdc trong hệ thống quang điện
1. Phân tích lợi thế
1) Giảm việc sử dụng hộp kết hợp và cáp DC. Mỗi chuỗi của hệ thống 1000Vdc nói chung là 22 thành phần, trong khi mỗi chuỗi của hệ thống 1500VDC có thể cho phép 32 thành phần. Lấy một đơn vị phát điện 265MW mô-đun 1W làm ví dụ,
Hệ thống 1000Vdc: 176 dây quang điện và 12 hộp tổ hợp;
Hệ thống 1500Vdc: 118 dây quang điện và 8 hộp tổ hợp;
Do đó, số lượng cáp DC từ mô-đun quang điện đến hộp kết hợp là khoảng 0.67 lần và số lượng cáp DC từ hộp kết hợp đến biến tần là khoảng 0.5 lần.
2) Giảm tổn thất đường dây DC ∵ Suy hao P = cáp I2R I = P / U
∴U tăng lên 1.5 lần → I trở thành (1 / 1.5) → P mất đi trở thành 1 / 2.25
Ngoài ra, cáp R = ρL / S, L của cáp DC trở thành 0.67, 0.5 lần so với ban đầu
Cáp ∴R (1500Vdc) <0.67R cáp (1000Vdc)
Tóm lại, tổn thất 1500VdcP của phần DC bằng khoảng 0.3 lần tổn thất 1000VdcP.
3) Giảm một lượng kỹ thuật nhất định và tỷ lệ thất bại
Khi số lượng cáp DC và hộp tổ hợp bị giảm đi, số lượng khớp nối cáp và hệ thống dây của hộp tổ hợp được lắp đặt trong quá trình xây dựng sẽ giảm và hai điểm này dễ bị hỏng. Do đó, 1500Vdc có thể giảm tỷ lệ hỏng hóc nhất định.
2. phân tích bất lợi
1) Yêu cầu thiết bị tăng So với hệ thống 1000Vdc, việc tăng điện áp lên 1500Vdc có tác động đáng kể đến cầu dao, cầu chì, chống sét và chuyển mạch nguồn điện, đồng thời đặt ra các yêu cầu về điện áp và độ tin cậy cao hơn. cải tiến.
2) Yêu cầu an toàn cao hơn Sau khi tăng điện áp lên 1500Vdc, nguy cơ đánh thủng và phóng điện tăng lên do đó cần cải thiện khả năng bảo vệ cách điện và độ hở điện. Ngoài ra, nếu xảy ra tai nạn phía DC sẽ gặp phải sự cố dập tắt hồ quang DC nghiêm trọng hơn. Do đó, hệ thống 1500Vdc nâng cao các yêu cầu của hệ thống về bảo vệ an toàn.
3) Tăng hiệu ứng PID có thể có Sau khi các mô-đun PV được kết nối nối tiếp, dòng điện rò rỉ hình thành giữa các tế bào của mô-đun cao áp và đất là một lý do quan trọng cho hiệu ứng PID (để giải thích chi tiết, vui lòng trả lời “103 ”Trong nền). Sau khi tăng điện áp từ 1000Vdc lên 1500Vdc, rõ ràng là sự chênh lệch điện áp giữa chip pin và mặt đất sẽ tăng lên, điều này sẽ làm tăng khả năng xảy ra hiệu ứng PID.
4) Tăng suy hao khớp Có một tổn thất khớp nhất định giữa các dây quang điện, nguyên nhân chủ yếu do các nguyên nhân sau:
Công suất xuất xưởng của các mô-đun quang điện khác nhau sẽ có độ lệch 0 ~ 3%.
Các vết nứt ẩn hình thành trong quá trình vận chuyển và lắp đặt sẽ gây lệch nguồn điện
Suy hao không đều và che chắn không đều sau khi lắp đặt cũng sẽ gây ra hiện tượng lệch nguồn.
Theo quan điểm của các yếu tố trên, việc tăng mỗi chuỗi từ 22 thành phần lên 32 thành phần rõ ràng sẽ làm tăng tổn thất đối sánh.
3. Phân tích tổng hợp Trong phân tích trên, 1500Vdc có thể được so sánh với 1000Vdc có thể cải thiện hiệu suất chi phí bao nhiêu và cần phải tính toán thêm.
Giới thiệu: So với hệ thống quang điện 1000Vdc được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy điện quang, việc nghiên cứu ứng dụng 1500Vdc trong hệ thống quang điện của các nhà sản xuất biến tần đã trở thành một điểm nóng về công nghệ trong thời gian gần đây. Sau đó, chúng ta có thể dễ dàng có những câu hỏi như vậy.
Thứ hai, thiết bị cốt lõi của hệ thống quang điện ở 1500Vdc
1) Mô-đun quang điện Hiện tại, FirstSolar, Artes, Trina, Yingli và các công ty khác đã tung ra mô-đun quang điện 1500Vdc, bao gồm mô-đun thông thường và mô-đun kính đôi.
2) Biến tần Hiện nay, các nhà sản xuất chính thống đã tung ra các biến tần 1500Vdc với công suất 1MVA ~ 4MVA, được ứng dụng trong các trạm điện trình diễn. Mức điện áp 1500Vdc đã được tuân theo các tiêu chuẩn IEC liên quan.
3) Tiêu chuẩn cho hộp tổ hợp và các thành phần chính khác Hộp kết hợp và các thành phần chính đã được chuẩn bị, và 1500Vdc đã đạt tiêu chuẩn chứng nhận hộp tổ hợp CGC / GF037: 2014 “Thông số kỹ thuật cho thiết bị kết hợp quang điện”; 1500Vdc đã được làm rõ bởi hầu hết các tiêu chuẩn IEC thuộc loại chỉ thị điện áp thấp, chẳng hạn như tiêu chuẩn bộ ngắt mạch IEC61439-1 và IEC60439-1, cầu chì đặc biệt quang điện IEC60269-6 và thiết bị chống sét đặc biệt quang điện EN50539-11 / -12 .
Tuy nhiên, do hệ thống quang điện 1500Vdc vẫn đang trong giai đoạn trình diễn và nhu cầu thị trường còn hạn chế nên thiết bị nói trên vẫn chưa được sản xuất hàng loạt.
Ứng dụng 1500Vdc trong hệ thống quang điện
1. Trạm năng lượng mặt trời Macho Springs
Firstsolar thông báo vào tháng 2014 năm 1500 rằng trạm điện 52Vdc đầu tiên hoàn thành ở Deming, NewMexico đã được đưa vào sử dụng. Tổng công suất của trạm phát điện là 34MW, 1000 dãy sử dụng cấu trúc 1500Vdc, các dãy còn lại sử dụng cấu trúc XNUMXVdc.
SMA thông báo vào tháng 2014 năm 3.2 rằng nhà máy điện quang điện 1500MW của họ ở Sandershauser Bergindustrialpark, một khu công nghiệp ở Niestetal, Kassel, miền bắc nước Đức, đã được đưa vào sử dụng. Nhà máy điện sử dụng hệ thống XNUMXVdc.
2. Các trường hợp ứng dụng ở Trung Quốc
Golmud Sunshine Qiheng Dự án quang điện Golmud 30MW năng lượng mới
Vào tháng 2016 năm 1500, dự án trình diễn hệ thống phát điện quang điện 30Vdc đầu tiên trong nước, Golmud Sunshine Qiheng New Energy Golmud 1500MW dự án phát điện nối lưới quang điện Golmud XNUMXMW, đã chính thức hòa lưới để phát điện, đánh dấu rằng hệ thống quang điện XNUMXVdc trong nước đã thực sự đi vào giai đoạn ứng dụng trình diễn thực tế.
Phát triển các sản phẩm quang điện liên quan đến 1500V đã là một xu hướng
Các bộ phận quang điện và thiết bị điện trong hệ thống quang điện mặt trời hiện nay được thiết kế và sản xuất dựa trên yêu cầu về điện áp một chiều 1000V. Để đạt được năng suất tốt hơn của các hệ thống quang điện, cần phải có một bước đột phá trong trường hợp giảm trợ cấp quang điện cho chi phí và hiệu quả phát điện của nó. Do đó, việc phát triển các sản phẩm liên quan đến quang điện 1500V đã trở thành một xu hướng. Các thành phần điện áp cao 1500V và thiết bị điện hỗ trợ có nghĩa là chi phí hệ thống thấp hơn và hiệu suất phát điện cao hơn. Việc giới thiệu thiết bị và công nghệ mới này có thể làm cho ngành công nghiệp quang điện dần thoát khỏi sự phụ thuộc vào trợ cấp và đạt được khả năng tiếp cận trực tuyến ngang bằng ngay từ sớm. Yêu cầu 1500V đối với mô-đun quang điện mặt trời, bộ biến tần, cáp, hộp kết hợp và tối ưu hóa hệ thống ”
Các thiết bị cốt lõi liên quan của hệ thống 1500V được trình bày ở trên. Các yêu cầu của 1500V cho mỗi thiết bị cũng đã thay đổi tương ứng:
Thành phần 1500V
• Bố trí của các thành phần bị thay đổi, đòi hỏi khoảng cách lan truyền của các thành phần cao hơn;
• Thay đổi vật liệu thành phần, vật liệu và yêu cầu thử nghiệm ngày càng tăng đối với bảng nối đa năng;
• Tăng yêu cầu thử nghiệm đối với cách điện của thành phần, khả năng chịu điện áp, rò rỉ ướt và xung;
• Chi phí thành phần về cơ bản là không đổi và hiệu suất được cải thiện;
• Hiện có các tiêu chuẩn IEC cho các thành phần hệ thống 1500Vdc. Chẳng hạn như IEC 61215 / IEC 61730;
• Các thành phần hệ thống 1500Vdc của các nhà sản xuất chính thống đã vượt qua các chứng nhận liên quan và các bài kiểm tra hiệu suất PID.
Cáp DC 1500V
• Có sự khác biệt về cách điện, độ dày vỏ bọc, độ elip, độ bền cách điện, độ giãn nhiệt, độ phun muối, và thử nghiệm độ bền khói, và thử nghiệm đốt chùm tia.
Hộp kết hợp 1500V
• Các yêu cầu thử nghiệm đối với độ hở điện và khoảng cách đường rò, điện áp tần số nguồn và điện áp chịu xung và điện trở cách điện;
• Có sự khác biệt về chống sét, cầu dao, cầu chì, dây dẫn, nguồn tự dùng, điốt chống ngược, đầu nối;
• Có tiêu chuẩn cho hộp kết hợp và các thành phần chính.
Biến tần 1500V
• Bộ chống sét, cầu dao, cầu chì, và bộ nguồn đóng cắt khác nhau;
• Cách điện, thông điện và phóng điện sự cố do tăng điện áp;
• Mức điện áp 1500V đã được đề cập trong các tiêu chuẩn IEC liên quan.
Hệ thống 1500V
Trong thiết kế của chuỗi hệ thống 1500V, các thành phần của mỗi chuỗi của hệ thống 1000V trước đây là 18-22, và bây giờ hệ thống 1500V sẽ tăng đáng kể số lượng các thành phần trong chuỗi lên 32-34, làm cho nhiều chuỗi ít hơn và trở thành một thực tế.
Hệ thống phát điện quang điện hiện tại, điện áp phía DC 450-1000V, điện áp phía AC 270-360V; Hệ thống 1500V, số lượng các thành phần chuỗi đơn tăng 50%, điện áp phía DC 900-1500V, phía AC 400-1000V, không chỉ giảm tổn thất đường dây phía DC mà tổn thất đường dây phía AC đã giảm đáng kể. Yêu cầu 1500V đối với các thành phần, bộ biến tần, cáp, hộp kết hợp và tối ưu hóa hệ thống ”
Về biến tần, trước đây sử dụng bộ biến tần tập trung 1MW, nay có thể mở rộng thành bộ biến tần 2.5MW sau khi sử dụng hệ thống 1500V; và tăng điện áp định mức của phía xoay chiều. Biến tần cùng công suất và cùng phía AC Dòng ra giảm giúp giảm giá thành của biến tần.
Thông qua tính toán toàn diện, sau khi cải tiến kỹ thuật của hệ thống 1500V, chi phí tổng thể của hệ thống có thể giảm khoảng 2 xu, và hiệu suất hệ thống có thể được cải thiện 2%. Vì vậy việc áp dụng hệ thống 1500V giúp ích rất nhiều trong việc giảm giá thành hệ thống.
Bằng cách sử dụng hệ thống 1500V, số lượng thành phần mắc nối tiếp tăng lên, số lượng kết nối song song giảm, số lượng cáp giảm, và số lượng bộ kết hợp và bộ biến tần giảm. Tăng điện áp, giảm tổn thất và cải thiện hiệu suất. Khối lượng công việc lắp đặt và bảo trì giảm cũng làm giảm chi phí lắp đặt và bảo trì. Điều này có thể làm giảm chi phí giá trị LCOE điện.
Xu hướng lớn! Hệ thống quang điện 1500V đẩy nhanh sự ra đời của kỷ nguyên ngang giá
Năm 2019, với những thay đổi trong chính sách quang điện, ngành công nghiệp đang đấu thầu để giảm chi phí điện năng, và đó là xu hướng tất yếu để hướng tới truy cập Internet giá cả phải chăng. Vì vậy, đổi mới công nghệ là bước đột phá, giảm chi phí điện năng và giảm phụ thuộc vào trợ cấp đã trở thành một hướng đi mới cho sự phát triển lành mạnh của ngành công nghiệp quang điện. Đồng thời, Trung Quốc, với tư cách là nhà sản xuất hàng đầu thế giới về ngành công nghiệp quang điện, đã giúp hầu hết các quốc gia đạt được mức ngang bằng trên Internet, nhưng vẫn còn một khoảng cách xa so với mức ngang bằng trên Internet vì nhiều lý do khác nhau.
Lý do chính khiến thị trường quang điện ở nước ngoài có thể đạt được sự ngang bằng là ngoài những lợi thế của Trung Quốc về tài chính, đất đai, tiếp cận, chiếu sáng, giá điện, v.v., điểm quan trọng hơn và bài học kinh nghiệm là họ tương đối Trung Quốc hơn nâng cao. Ví dụ, một hệ thống quang điện có hiệu điện thế 1500V. Hiện tại, các sản phẩm liên quan đến cấp điện áp 1500V đã trở thành giải pháp chủ đạo cho thị trường quang điện ở nước ngoài. Do đó, các nhà sản xuất quang điện trong nước cũng cần tập trung vào đổi mới cấp độ hệ thống, đẩy nhanh việc ứng dụng 1500V và các công nghệ tiên tiến khác, thực hiện giảm chi phí, hiệu quả và nâng cao chất lượng của các trạm phát điện, thúc đẩy toàn diện ngành công nghiệp quang điện tiến tới kỷ nguyên ngang giá.
Làn sóng 1500V đã quét khắp thế giới
Theo báo cáo của IHS, việc sử dụng hệ thống 1500V được đề xuất đầu tiên có từ năm 2012. Đến năm 2014, FirstSolar đầu tư vào nhà máy điện quang điện 1500V đầu tiên. Theo tính toán của FirstSolar: Trạm quang điện 1500V giảm số đoạn mạch song song bằng cách tăng số môđun quang điện mắc nối tiếp; giảm số lượng hộp nối và cáp; Đồng thời, khi tăng điện áp, suy hao cáp giảm hơn nữa, và nâng cao hiệu suất phát điện của hệ thống.
Năm 2015, nhà sản xuất biến tần hàng đầu của Trung Quốc Sunshine Power đã đi đầu trong việc thúc đẩy các giải pháp hệ thống dựa trên thiết kế biến tần 1500V trong ngành, nhưng do các thành phần hỗ trợ khác chưa hình thành một chuỗi công nghiệp hoàn chỉnh ở Trung Quốc và các công ty đầu tư nhận thức về điều này còn hạn chế, Thay vì ưu tiên mở rộng ra nước ngoài sau khi quảng bá quy mô lớn trong nước, nó đầu tiên “chinh phục” thế giới và sau đó quay trở lại thị trường Trung Quốc.
Từ quan điểm của thị trường toàn cầu, hệ thống 1500V đã trở thành điều kiện cần thiết cho các dự án quang điện lớn để giảm chi phí và tăng hiệu quả. Ở các nước có giá điện thấp như Ấn Độ và Mỹ Latinh, các trạm điện quang điện mặt đất quy mô lớn hầu hết đều áp dụng phương án đấu thầu 1500V; các nước có thị trường điện phát triển ở Châu Âu và Hoa Kỳ đã chuyển điện áp một chiều từ hệ thống quang điện 1000V sang 1500V; các thị trường mới nổi như Việt Nam và Trung Đông đã nhập trực tiếp hệ thống 1500V. Điều đáng chú ý là dự án quang điện cấp 1500 volt GW được sử dụng trên toàn thế giới và nhiều lần lập kỷ lục toàn cầu với giá điện trên lưới cực thấp.
Tại Hoa Kỳ, công suất lắp đặt thiết bị 1500Vdc năm 2016 chiếm 30.5%. Đến năm 2017, nó đã tăng gấp đôi lên 64.4%. Dự kiến con số này sẽ đạt 84.20% vào năm 2019. Theo công ty EPC địa phương: “Mỗi trạm điện mặt đất 7GW mới mỗi năm sử dụng 1500V. Ví dụ, nhà máy quang điện mặt đất quy mô lớn đầu tiên ở Wyoming, vừa được kết nối với lưới điện, sử dụng giải pháp biến tần tập trung 1500V nguồn ánh sáng mặt trời.
Theo ước tính, so với hệ thống 1000V, việc giảm chi phí và tăng hiệu suất của 1500V chủ yếu thể hiện ở:
1) Số lượng các thành phần được kết nối trong chuỗi đã được tăng từ 24 khối / chuỗi lên 34 khối / chuỗi, giảm số lượng chuỗi. Tương ứng, mức tiêu thụ cáp quang điện đã giảm 48%, và giá thành của thiết bị như hộp tổ hợp cũng giảm khoảng 1/3, và giá thành giảm khoảng 0.05 nhân dân tệ / Wp;
2) Việc tăng số lượng các thành phần trong chuỗi làm giảm chi phí hệ thống hỗ trợ, móng cọc, xây dựng và lắp đặt khoảng 0.05 nhân dân tệ / Wp;
3) Điện áp nối lưới AC của hệ thống 1500V được tăng từ 540V lên 800V, giảm các điểm nối lưới, và tổn thất hệ thống AC và DC có thể giảm 1 ~ 2%.
4) Theo trường hợp trưởng thành của thị trường nước ngoài, công suất tối ưu của một mảng phụ có thể được thiết kế là 6.25MW trong hệ thống 1500V và thậm chí lên đến 12.5MW ở một số khu vực. Bằng cách tăng công suất của một mảng phụ, có thể giảm chi phí của thiết bị xoay chiều như máy biến áp.
Do đó, so với hệ thống 1000V truyền thống, hệ thống 1500V có thể giảm chi phí 0.05 ~ 0.1 nhân dân tệ / Wp và sản lượng điện thực tế có thể tăng 1 ~ 2%.
Nhân với hệ thống 1500Vdc “tiềm năng” thị trường trong nước
So với thị trường quốc tế, trong những năm đầu của ngành công nghiệp quang điện Trung Quốc, do chuỗi cung ứng của ngành công nghệ còn non nớt nên hệ thống 1500V ra đời muộn và chậm phát triển. Chỉ một số công ty hàng đầu như Sunshine Power đã hoàn thành R & D và chứng nhận. Nhưng với sự gia tăng của hệ thống 1500V trên quy mô toàn cầu, thị trường trong nước đã tận dụng được lợi thế của nó và đã đạt được những kết quả tốt trong việc phát triển và đổi mới các hệ thống và ứng dụng 1500V:
- Vào tháng 2015 năm 1500, bộ biến tần tập trung 1500V đầu tiên do Sunshine Power phát triển và sản xuất tại Trung Quốc đã hoàn thành xuất sắc thử nghiệm kết nối lưới điện và mở đầu cho công nghệ XNUMXV tại thị trường nội địa.
- Vào tháng 2016 năm 1500, dự án trình diễn hệ thống phát điện quang điện XNUMXV trong nước đầu tiên được đấu nối vào lưới điện để phát điện.
- Vào tháng 2016 năm 1500, trong dự án đầu tiên của Datong leader trong nước, bộ biến tần tập trung XNUMXV đã được áp dụng theo lô.
- Vào tháng 2016 năm 1500, Sunshine Power đã dẫn đầu trong việc ra mắt biến tần dây XNUMXV đầu tiên trên thế giới, nâng cao hơn nữa khả năng cạnh tranh quốc tế của biến tần quang điện trong nước.
Cùng năm đó, dự án đo điểm chuẩn hệ thống quang điện 1500V đầu tiên của Trung Quốc đã chính thức được kết nối với lưới điện để phát điện ở Golmud, Qinghai, đánh dấu rằng hệ thống quang điện 1500Vdc trong nước đã bắt đầu đi vào lĩnh vực ứng dụng thực tế. Tổng công suất lắp đặt của trạm điện là 30MW. Sunshine Power cung cấp một bộ giải pháp hoàn chỉnh cho dự án này, giảm 20% chi phí đầu tư cáp, 0.1 nhân dân tệ / Wp và giảm đáng kể tổn thất đường dây AC và DC cũng như tổn thất cuộn dây phía máy biến áp thấp.
1500V đã trở thành xu hướng chủ đạo của thị trường toàn cầu
Hệ thống 1500V vừa giảm chi phí vừa hiệu quả đã dần trở thành sự lựa chọn hàng đầu cho các trạm điện mặt đất lớn. Về sự phát triển trong tương lai của các hệ thống 1500V, IHS dự đoán rằng thị phần của các bộ biến tần 1500V sẽ tiếp tục tăng lên 74% vào năm 2019 và sẽ tăng lên 84% vào năm 2020, trở thành xu hướng chủ đạo của ngành.
Từ góc độ công suất lắp đặt 1500V, nó chỉ đạt 2GW vào năm 2016 và vượt 30GW vào năm 2018. Nó đã đạt mức tăng trưởng hơn 14 lần chỉ trong hai năm và dự kiến sẽ duy trì xu hướng tăng trưởng tốc độ cao bền vững. Dự kiến, các lô hàng tích lũy trong năm 2019 và 2020 sẽ là Số lượng sẽ vượt quá 100GW. Đối với các doanh nghiệp Trung Quốc, Sunshine Power đã lắp đặt hơn 5GW bộ biến tần 1500V trên toàn thế giới và có kế hoạch tung ra chuỗi 1500V tiên tiến hơn và bộ biến tần tập trung vào năm 2019 để đáp ứng nhu cầu lắp đặt ngày càng tăng nhanh của thị trường.
Tăng điện áp DC lên 1500V là một thay đổi quan trọng trong việc giảm chi phí và tăng hiệu suất, và hiện đã trở thành giải pháp chủ đạo cho sự phát triển quang điện quốc tế. Với thời đại trợ cấp suy giảm và ngang giá ở Trung Quốc, hệ thống 1500V cũng sẽ được sử dụng ngày càng rộng rãi ở Trung Quốc, đẩy nhanh sự xuất hiện của kỷ nguyên ngang giá toàn diện của Trung Quốc
Phân tích kinh tế của hệ thống quang điện 1500V
Từ năm 2018, dù ở nước ngoài hay trong nước, tỷ lệ ứng dụng của hệ thống 1500V ngày càng lớn hơn. Theo thống kê của IHS, lượng ứng dụng 1500V cho các trạm điện mặt đất lớn ở nước ngoài đã vượt 50% trong năm 2018; Theo thống kê sơ bộ, trong số những người chạy trước đợt 2018 năm 1500, tỷ lệ ứng dụng 15V từ 20% đến XNUMX%.
Hệ thống 1500V có thể giảm chi phí điện năng cho dự án một cách hiệu quả không? Bài báo này phân tích so sánh tính kinh tế của hai cấp điện áp thông qua tính toán lý thuyết và dữ liệu trường hợp thực tế.
I. Sơ đồ thiết kế cơ sở
Để phân tích mức chi phí của ứng dụng 1500Vdc trong hệ thống quang điện, một sơ đồ thiết kế thông thường được sử dụng để so sánh chi phí dự án với chi phí hệ thống 1000V truyền thống.
1. tiền đề tính toán
1) Trạm điện mặt đất, địa hình bằng phẳng, công suất lắp đặt không bị giới hạn bởi diện tích đất;
2) Nhiệt độ quá cao và nhiệt độ cực thấp của khu vực dự án phải được xem xét theo 40 ℃ và -20 ℃.
3) Các thông số chính của các thành phần và bộ biến tần đã chọn được hiển thị trong bảng dưới đây.
2. Phương án thiết kế cơ sở
1) Đề án thiết kế dòng 1000V
22 Mô-đun quang điện hai mặt 310W tạo thành một nhánh 6.82kW, 2 nhánh tạo thành một mảng vuông, 240 nhánh tổng cộng 120 mảng vuông và đi vào 20 bộ nghịch lưu 75kW (phân bố quá mức 1.09 lần ở phía DC, độ lợi ở mặt sau) 15%, gấp 1.25 lần dự phòng) để tạo thành một tổ máy phát điện 1.6368MW.
Thành phần được lắp đặt theo chiều ngang phù hợp với 4 * 11 và giá đỡ cố định kép phía trước và phía sau.
2) Đề án thiết kế dòng 1500V
34 Mô-đun quang điện hai mặt 310W tạo thành nhánh 10.54kW, 2 nhánh tạo thành ma trận vuông, 324 nhánh có tổng cộng 162 mảng vuông và 18 bộ biến tần 175kW được lắp đặt (phân phối quá 1.08 lần ở phía DC, đạt được trên trở lại Xét 15%, tức là dự phòng vượt mức 1.25 lần) để tạo thành một tổ máy phát điện 3.415MW.
Thành phần được lắp đặt theo chiều ngang phù hợp với 4 * 17 và các giá đỡ cố định kép phía trước và phía sau.
Thứ hai, tác động của 1500V đối với khoản đầu tư ban đầu
Theo sơ đồ thiết kế ở trên, một phân tích so sánh về số lượng kỹ thuật và chi phí của hệ thống 1500V và hệ thống 1000V truyền thống như sau.
Bảng 3: Cơ cấu đầu tư hệ thống 1000V
Bảng 4: Cơ cấu đầu tư hệ thống 1500V
Qua phân tích so sánh, thấy rằng so với hệ thống 1000V truyền thống, hệ thống 1500V tiết kiệm khoảng 0.1 nhân dân tệ / W chi phí hệ thống.
Thứ ba, ảnh hưởng của 1500V đến việc phát điện
Tiền đề tính toán:
Sử dụng các thành phần giống nhau, sẽ không có sự khác biệt trong phát điện do sự khác biệt trong các thành phần; giả sử địa hình bằng phẳng sẽ không xảy ra hiện tượng tắc bóng do thay đổi địa hình;
Sự khác biệt trong việc phát điện chủ yếu dựa vào hai yếu tố: suy hao không phù hợp giữa các linh kiện và dây, suy hao dòng DC và suy hao dòng AC.
1. mất không khớp giữa các thành phần và chuỗi
Số lượng thành phần nối tiếp của một nhánh đã được tăng từ 22 lên 34. Do độ lệch công suất ± 3W giữa các thành phần khác nhau, tổn thất điện năng giữa các thành phần hệ thống 1500V sẽ tăng lên, nhưng không thể tính toán định lượng được.
Số đường dẫn truy cập của một biến tần đã được tăng từ 12 lên 18, nhưng số lượng đường dẫn theo dõi MPPT của biến tần đã được tăng từ 6 lên 9 để đảm bảo rằng 2 nhánh tương ứng với 1 MPPT. Sự mất mát MPPT không tăng.
2. Mất dòng DC và AC
Công thức tính toán suy hao dòng
Q tổn thất = I2R = (P / U) 2R = ρ (P / U) 2 (L / S)
1) Tính toán tổn thất đường dây DC
Bảng: Tỷ lệ mất dòng DC của một nhánh đơn
Qua tính toán lý thuyết trên ta thấy rằng tổn hao đường dây DC của hệ thống 1500V gấp 0.765 lần tổn thất của hệ thống 1000V, tương đương với việc giảm tổn thất đường dây DC 23.5%.
2) Tính toán tổn thất đường dây AC
Bảng: Tỷ lệ mất dòng AC của một biến tần đơn
Theo tính toán lý thuyết trên ta thấy rằng tổn thất đường dây DC của hệ thống 1500V gấp 0.263 lần của hệ thống 1000V, tương đương với việc giảm tổn thất đường dây AC là 73.7%.
3) Dữ liệu trường hợp thực tế
Vì không thể tính toán định lượng tổn thất không khớp giữa các thành phần và môi trường thực tế chịu trách nhiệm nhiều hơn, trường hợp thực tế sẽ được sử dụng để giải thích thêm.
Bài viết này sử dụng dữ liệu phát điện thực tế của lô thứ ba của một dự án chạy trước. Thời gian thu thập dữ liệu từ tháng 2019 đến tháng 2 năm XNUMX, tổng số dữ liệu là XNUMX tháng.
Bảng: So sánh khả năng phát điện giữa hệ thống 1000V và 1500V
Từ bảng trên có thể thấy rằng tại cùng một địa điểm dự án, sử dụng cùng linh kiện, sản phẩm của nhà sản xuất biến tần và cách lắp đặt khung giống nhau, trong thời gian từ tháng 2019 đến tháng 1500 năm 1.55, số giờ phát điện của hệ thống 1000V là XNUMX%. cao hơn hệ thống XNUMXV.
Có thể thấy rằng mặc dù sự gia tăng số lượng các thành phần chuỗi đơn sẽ làm tăng tổn thất không khớp giữa các thành phần vì nó có thể làm giảm tổn thất đường dây DC khoảng 23.5% và suy hao đường dây AC khoảng 73.7%, hệ thống 1500V có thể làm tăng phát điện của dự án.
Thứ tư, phân tích toàn diện
Qua phân tích trên, chúng ta có thể thấy rằng so với hệ thống 1000V truyền thống, hệ thống 1500V,
1) Có thể tiết kiệm khoảng 0.1 nhân dân tệ / W chi phí hệ thống;
2) Mặc dù sự gia tăng số lượng thành phần chuỗi đơn sẽ làm tăng tổn thất không khớp giữa các thành phần, nhưng vì nó có thể giảm tổn thất đường dây DC khoảng 23.5% và suy hao đường dây AC khoảng 73.7%, hệ thống 1500V sẽ tăng phát điện của dự án.
Do đó, ứng dụng 1500Vdc trong hệ thống quang điện, chi phí điện năng có thể được giảm ở một mức độ nhất định.
Theo Dong Xiaoqing, chủ tịch Viện Kỹ thuật Năng lượng Hà Bắc, hơn 50% các phương án thiết kế dự án quang điện mặt đất do viện hoàn thành đã chọn 1500V; dự kiến tỷ lệ các trạm điện mặt đất 1500V trên toàn quốc năm 2019 đạt khoảng 35%; nó sẽ được tăng thêm vào năm 2020.
IHS Markit, cơ quan tư vấn quốc tế nổi tiếng đưa ra dự báo lạc quan hơn. Trong báo cáo phân tích thị trường quang điện toàn cầu 1500V, họ đã chỉ ra rằng quy mô nhà máy quang điện 1500V toàn cầu sẽ vượt quá 100GW trong hai năm tới.
Hình: Dự báo tỷ lệ 1500V trong các trạm điện mặt đất toàn cầu
Không còn nghi ngờ gì nữa, khi quá trình giảm trợ cấp của ngành công nghiệp quang điện toàn cầu tăng tốc và mục tiêu cuối cùng là tiết kiệm chi phí điện, 1500V, như một giải pháp kỹ thuật có thể giảm chi phí điện, sẽ ngày càng được sử dụng nhiều hơn.
