降本增效一直是光伏人努力前進(jìn)的方向。而在這其中，技術(shù)創(chuàng)新作用關(guān)鍵。2019年，隨著中國去補(bǔ)貼加速，1500Vdc被寄予厚望。

據(jù)調(diào)研與分析機(jī)構(gòu)IHS數(shù)據(jù)顯示，2012年1500Vdc系統(tǒng)首次提出，2014年FirstSolar在全球投資了第一個1500Vdc光伏電站。2016年1月，國內(nèi)首個1500Vdc示范項目——格爾木陽光啟恒新能源格爾木市30MW光伏發(fā)電項目正式并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著國內(nèi)1500Vdc光伏系統(tǒng)真正進(jìn)入大規(guī)模實(shí)際示范應(yīng)用階段。兩年后，2018年，1500Vdc技術(shù)在國際、國內(nèi)上已經(jīng)有了大規(guī)模的應(yīng)用。2018年開工建設(shè)并網(wǎng)的國內(nèi)第三批領(lǐng)跑者項目中，中標(biāo)價格最低（0.31元/kWh）的格爾木項目，以及協(xié)鑫德令哈、正泰白城項目等均采用了1500Vdc的技術(shù)。相對于傳統(tǒng)的1000Vdc的光伏系統(tǒng)，1500Vdc光伏系統(tǒng)近期應(yīng)用越來越廣泛。那我們很容易會產(chǎn)生這樣一些疑問：

為什么要把電壓從1000Vdc升高到1500Vdc？

除了逆變器，其他的電氣設(shè)備都能耐1500Vdc的高壓嗎？

1500Vdc系統(tǒng)使用后效果如何？

一、1500Vdc光伏系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)劣勢分析

優(yōu)勢分析

1）減少匯流箱、直流電纜用量

在《光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范(GB 50797-2012)》，光伏組件與逆變器的匹配，應(yīng)符合如下公式：


根據(jù)上述公式和組件的相關(guān)參數(shù)，1000Vdc系統(tǒng)的每個組串一般為22個組件，而1500Vdc系統(tǒng)的每個組串可允許32個組件。

以285W組件2.5MW的發(fā)電單元、采用組串式逆變器為例，1000Vdc系統(tǒng)：408個光伏組串，816對樁基礎(chǔ)，34臺75kW組串式逆變器；1500Vdc系統(tǒng)：280個光伏組串，700對樁基礎(chǔ)，14臺75kW組串式逆變器；由于組串?dāng)?shù)量減少，組件之間連接的直流電纜、組串到逆變器的交流電纜用量都會減少。

2）減少直流線損

∵ P = I R I=P/U

∴ U提高1.5倍→I變?yōu)椋?/1.5）→P 變?yōu)?/2.25

又∵ R =ρL/S 直流電纜的L變?yōu)樵瓉淼?.67、0.5倍

∴ R （1500Vdc）＜0.67 R （1000Vdc）

綜上所述，直流部分的1500VdcP 約為1000Vdc P 的0.3倍。

3）減少一定的工程量和故障率

由于直流電纜和匯流箱數(shù)量減少，施工過程中安裝的電纜接頭、匯流箱接線就會減少，而這兩處是故障易發(fā)點(diǎn)。因此，1500Vdc可能會減少一定的故障率。

4）減少投資
相對于1000Vdc系統(tǒng)22串方案，1500Vdc系統(tǒng)32串方案大約可以節(jié)約電纜、樁基礎(chǔ)的費(fèi)用為3.2分/W，如下表所示。

劣勢分析

1）設(shè)備要求提高

與1000Vdc系統(tǒng)相比，電壓提高到1500Vdc對斷路器、熔斷器、防雷器及開關(guān)電源等器件有重大影響，提出了更高的耐壓、可靠性要求，設(shè)備單價相對會提高。

2）安全要求更高

電壓提高到1500Vdc后，電氣被擊穿放電的危險提高，從而要提高絕緣保護(hù)和電氣間隙；另外，直流側(cè)一旦發(fā)生事故，將面臨更為嚴(yán)重的直流滅弧問題。因此，1500Vdc系統(tǒng)使系統(tǒng)在安全防護(hù)方面的要求提高。

3）增加PID效應(yīng)的可能

光伏組件串聯(lián)之后，高壓組件的電池片和地面之間形成的漏電流是造成PID效應(yīng)的重要原因。電壓從1000Vdc提高到1500Vdc后，顯然電池片與地面間的壓差增大，會增加PID效應(yīng)的可能性。

4）增加匹配損失

光伏組串間存在一定的匹配損失，主要由下述幾個原因造成：

不同光伏組件出廠功率會有0~3%的偏差，運(yùn)輸、安裝過程形成的隱裂會造成功率偏差。

安裝后的不均勻衰減、不均勻遮擋，也會造成功率偏差。

鑒于上述因素，將每個組串由22個組件提高到32個組件，顯然會增加匹配損失。

針對1500V的上述問題，經(jīng)過近兩年的研究和探索，設(shè)備企業(yè)也做了一些改進(jìn)。

二、1500Vdc的光伏系統(tǒng)核心設(shè)備情況

1.光伏組件

First Solar、阿特斯、天合、英利等企業(yè)率先推出了1500Vdc的光伏組件。

自2014年全球首個1500Vdc光伏電站建成，隨后1500V系統(tǒng)的應(yīng)用量不斷擴(kuò)大。在此情況的推動下，IEC標(biāo)準(zhǔn)開始將1500V相關(guān)規(guī)范納入新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。2016年，IEC 61215（對于C-Si）、IEC 61646（用于薄膜）和IEC61730是1500V以下組件安全標(biāo)準(zhǔn)。這三個標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)齊了關(guān)于1500V組件系統(tǒng)的性能檢測、安全試驗(yàn)要求，打破1500V要求的最后一個障礙，這大大推動了1500V電站的標(biāo)準(zhǔn)遵從性。

目前國內(nèi)一線廠家均推出了成熟的1500V產(chǎn)品，包括單面組件、雙面組件、雙玻組件產(chǎn)品，并且獲取了IEC相關(guān)認(rèn)證。

針對1500V 產(chǎn)品PID問題，目前主流廠家采取下述兩項措施，確保1500V組件與常規(guī)1000V組件PID性能保持同一水平。

1）通過提升接線盒、優(yōu)化組件版型設(shè)計以符合1500V的爬電距離和電氣間隙要求；

2）通過背板材料增厚 40%，增強(qiáng)絕緣性，保障組件安全性；

針對PID效果，各個廠家均保證在1500V系統(tǒng)下組件仍然保證PID衰減小于5%，確保與常規(guī)組件PID性能保持同一水平。

2.逆變器

海外廠家SMA/GE/PE/INGETEAM/TEMIC等廠家普遍在2015年前后推出1500V逆變器解決方案。 國內(nèi)多個一線廠家都推出了基于1500V系列的逆變器產(chǎn)品，如陽光電源SG3125、華為的SUN2000HA系列等，并率先在美國市場發(fā)布。

NB/T 32004：2013是國內(nèi)逆變器產(chǎn)品上市時都要滿足的標(biāo)準(zhǔn)。改標(biāo)準(zhǔn)定義適用范圍是：連接到PV源電路電壓不超過直流1500V，交流輸出電壓不超過1000V的光伏并網(wǎng)逆變器。標(biāo)準(zhǔn)本身已包含了直流1500V范圍，并給出了針對PV電路過電壓、電氣間隙、爬電距離、工頻耐壓等試驗(yàn)要求。

3.匯流箱

匯流箱和各關(guān)鍵器件的標(biāo)準(zhǔn)已準(zhǔn)備就緒，1500Vdc已經(jīng)進(jìn)入?yún)R流箱認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)CGC/GF 037:2014《光伏匯流設(shè)備技術(shù)規(guī)范》中。

4.線纜

目前，光伏電纜的1500V標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)出臺。


5.開關(guān)及防雷

光伏產(chǎn)業(yè)在1100Vdc時代時，逆變器輸出電壓最高為500Vac，可以借用690Vac的配電開關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系及配套產(chǎn)品；從380Vac電壓上升到500Vac電壓沒有開關(guān)配套問題。但是在2015年前期，整個光伏及配電行業(yè)沒有800Vac/1000Vac的配電開關(guān)等規(guī)格產(chǎn)品，導(dǎo)致整個產(chǎn)品配套困難、配套成本高。

經(jīng)過2016-2018年的發(fā)展及海外1500V的普及，目前國內(nèi)主流的開關(guān)、熔絲廠家均開發(fā)了800Vac配套產(chǎn)品，獲取CCC及CE認(rèn)證，并且供應(yīng)充足。

綜合說明

1500Vdc光伏系統(tǒng)在海外已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，在全球范圍內(nèi)，已經(jīng)是一個成熟的應(yīng)用技術(shù)。

因此，光伏系統(tǒng)的主要設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的量產(chǎn)，價格相對于2016年的示范性階段，已經(jīng)出現(xiàn)了大幅下降。

三、1500Vdc光伏系統(tǒng)的應(yīng)用情況
如前文所述，1500Vdc光伏系統(tǒng)由于具備綜合造價低、發(fā)電量高等特點(diǎn)，早在2014年的時候，在國外就有所應(yīng)用。

全球1500Vdc應(yīng)用的探索案例

First solar 2014年5月宣布，在 Deming, New Mexico建成的第一個1500Vdc電站投入使用。電站總?cè)萘?2MW，34個陣列采用1000Vdc結(jié)構(gòu)，其余陣列采用1500Vdc結(jié)構(gòu)。

SMA 2014年7月宣布，其在德國北部卡塞爾Niestetal的工業(yè)園區(qū)Sandershauser Berg industrial park建設(shè)的3.2MW光伏電站已投入使用，該電站采用了1500Vdc的系統(tǒng)。

1500Vdc已經(jīng)廣泛應(yīng)用于低價項目

目前，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于國內(nèi)外中標(biāo)電價最低的光伏項目中。下表統(tǒng)計了目前國內(nèi)外中標(biāo)電價低的項目，幾乎無一例外都應(yīng)用了1500Vdc光伏系統(tǒng)。

表：近期1500Vdc光伏系統(tǒng)在最低中標(biāo)電價項目中的應(yīng)用


根據(jù)權(quán)威研究機(jī)構(gòu)IHS Markit發(fā)布的1500V年全球光伏市場分析報告，指出未來兩年內(nèi)全球1500V光伏電站規(guī)模突破100GW。

“去補(bǔ)貼”是全球光伏產(chǎn)業(yè)的大趨勢，在這種趨勢下，能夠降低成本、提高發(fā)電量的技術(shù)將得到更加廣闊的市場。