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1500V电压等级新标准给光伏组件、逆变器、直流开关选型带来了什么?

发表于:2015-06-05 13:31:08 来源:索比太阳能光伏网
长久以来,高额的光伏发电成本始终是制约光伏产业迅速发展的障碍之一。如何有效降低光伏系统的成本、提高发电效率仍将是未来光伏产业发展的核心课题。目前,主流的光伏组件及配套部件均是基于直流端1000V的电压要求设计和制造的,其发电成本和发电效率还难以满足大型光伏电站和大容量发电设备的需求, 因此开发1500V相关光伏产品已经是一种趋势。

1500V电压标准的优势

1500V耐高压组件和配套电气设备意味着更低的系统成本,更高的发电效率,即将成为光伏行业的新宠。

直流侧输入电压提高后,每串可连接更多组件,可增加50%的组串长度,接到逆变器的直流缆线使用量减少,汇流箱逆变器的数量也可相应减少,同时, 汇流箱、逆变器、变压器等电气设备功率密度提升,体积减小,运输、维护等方面工作量也减少,有利于光伏系统成本的降低。

从系统的角度来看,更高的输入、输出电压等级,可以降低交直流侧线损及变压器低压侧绕组损耗,电站的系统效率预期可以提升1.5-2%。

1500V电压标准的挑战

1500V系统电压会降低电气的安全性和可靠性,同时增大PID等风险。因此制作1500V光伏组件主要考虑背板局放、电连接器和电绝缘等影响组件可靠性和安全性的因素,其难点主要在材料选取上,例如企业要选择质量更佳、要求更为严格和苛刻的接线盒、背板、连接器等。

1500V系统电压对逆变器要求更高,主要考虑绝缘,电气间隙以及电压升高后可能带来击穿放电等问题,因此逆变器需要采用更复杂的拓扑结构设计和更高电压等级的功率器件以及直流开关设备。

电压等级升至1500V后,对系统的安全性能要求也更高了,直流电和交流电不同,没有过零点,一旦出现漏电,将会造成大的事故。因此选择一款合适的1500V直流开关对提升整个系统的安全性至关重要。

1500V电压标准前景

自2013年开始,各大光伏组件厂商纷纷将重点转至1500V光伏组件的研发,目前阿特斯、天合、晶澳等均已开发1500V组件,华为、阳光、追日均在研发针对1500V系统的逆变器。据悉,国际电工委员会(IEC)推出的1500V组件试行标准在不久的将来必将过渡为强制标准。各方消息表明,未来1500V必将成为一个新的行业标准,1500V相对于1000V的系统电压有了质的飞跃,意味着光伏组件及零部件必须满足比现有标准高得多的技术要求和质量要求。

直流开关在光伏系统应用中的重要性及如何选型?

光伏直流开关是光伏系统应用中的重要保护器件, 直接影响到光伏系统的安全可靠运行。从而影响整个光伏系统的稳定发电和收益,尤其是在直流1500V光伏系统中,保障光伏系统能够安全,稳定,可靠运行,以及在安全维修 系统运维 安装调试过程中, 选择一款合适的直流开关的重要性将不言而喻。

德国、荷兰等强制要求逆变器制造商标配内置直流开关,英国 印度 澳洲等更强制规定光伏系统一定要安装外置直流开关,随着国内光伏政策的明晰,光伏电站新增安装的逐年增加,尤其是目前分布式光伏系统的启动,个人住户屋顶光伏系统的安装将越来越流行。目前国内市场所谓的光伏直流开关多是一些交流开关或其改进产品,不是真正应用在光伏系统中的具有安全灭弧、高功率切断的直流开关。这些交流开关的灭弧能力、额定带载切断功率都远远不够,容易导致过热、漏电和火花,严重时甚至烧毁掉整个光伏电站。所以选择合格的光伏直流开关将至关重要。

直流侧1500V系统电压作为全新的技术理念,需要逆变器、线缆等部件厂家的共同参与和配合。其中,直流开关是光伏系统安全性保障的最重要部件,其工作电流电压也将对系统选型产生影响。直流开关的电压和电流由需要断开的光伏阵列的串电压和并电流决定,因此,在系统选型中,需要先确认系统电流电压,然后选择合适的光伏直流开关。一般光伏系统的电压可能达到1000V,未来或将达到1500V,需要断开的电流根据组件的品牌和功率、光伏系统连接方式是多串并联还是多串独立连接(多路MPPT)而不同。

由于1500V系统电压设计将成为主流趋势,未来在系统选型中需要关注直流开关电压设计。而目前市面上一般品牌的直流开关都可以断开1000V的系统直流电压,但是很少有可以断开1500V的直流输入。从各大直流开关了解到的最新数据显示,国外能提供1500V最大直流电压的开关制造商只有IMO等少数品牌,国内目前仅PROJOY(苏州普兆)一家。

据悉,普兆最新的PEDS系列及IMO SI系列光伏专用直流开关最大直流电压可达1500V,欧洲某直流开关X100系列最大直流电压为1000V,X60系类最大直流电压仅为600V。
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图1:PROJOY/IMO/欧洲某厂家相关数据对比

更高的系统电压除了对直流开关电压电流作出新的要求,同时也对开关的工作温度,IP等级都有了更高要求。普兆PEDS系列开关可在-25℃~+70℃环境温度下满载工作,IMO SI系列开关工可在-40°C ~ + 65°C环境下工作。而欧洲某厂家系列开关仅在-20°C ~ + 70°C下工作。同时,防护等级看,普兆PEDS开关可达IP66等级,国内暂时还没有其他开关厂家能够做到这样的防护等级。

光伏直流开关作为一个光伏行业很小的分支,也许并没有得到足够的重视,但直流开关在整个光伏系统中的地位不言而喻。只有不断洞悉行业新标准,才能更好的为整个系统服务。

由于1500V直流接入的优势明显,1500V直流系统在地铁和风电直流母线中已经有成熟的应用,未来1500V的光伏系统一定会得到光伏电站投资者的青睐。另外随着酒泉湖南±800千伏特高压直流输电工程开工,标志着我国特高压电网进入全面提速、大规模建设的新阶段。光伏发电本身的直流输出特性必将是未来光伏高压直流接入到特高压或高压直流输电系统、以及低压直流组网或柔性直流配电课题中的热门研究和研讨方向。高压产品必将会成为今后的技术趋势,这对组件厂商、逆变器制造商、乃至直流开关制造商都将是新的技术挑战。
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