编者按:“1500V”,这个新的电压等级在这次SNEC上成为了受众人追捧的热词,很少见到全行业各个环节不约而同的谈到一个技术名词。作为新的技术平台和标准探讨,本文得到了航天机电张忠卫、阳光电源张彦虎、TUV南德许海亮、高亮、祝林、晶科能源钱晶等业内朋友的大力支持,从他们那里获得了很多的一手资料。特此鸣谢。
1500V电压等级到底是什么?
目前,主流的电站设计以及光伏组件、逆变器、汇流箱、线缆等产品均基于直流端1000V的电压要求设计和制造。光伏电站要降本增效,升高电压是降低线损的有效措施之一。特变电工西安电气科技有限公司总工程师张磊介绍到:“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%。同时,设备(逆变器、变压器)的功率密度提升,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。”
除降低输送过程中的电量损耗之外,直流侧电压提升到1500V,还可以串联更多组件,减少逆变器的直流线缆用量和汇流箱数量。
1500V的应用尤其优势,最主要的是可以串接更多数量,以此来节约整体的BOS成本,但难点是现在可以选择的1500V输入电压范围的逆变器比较少,很多设计院在设计电站方案的时候,也很少参考1500V,因此目前应用并不是很广泛。
“在1500V电压等级下,电站可降低监造成本,组件组串、线缆、汇流箱的数量都有所降低。”晶科能源市场总监钱晶向Solarbe记者介绍,“同样接线安装成本也会降低。并且在高电压等级下,直流线损会降,逆变器的效率也有所提升。”

根据晶科发布的报告:1500V电压等级下,串联组件数量从原来1000V等级下的22块/串组件提升到32块/串。10MW光伏电站可减少使用568串,38个汇流箱,约减少成本77390美元。另外组串数量减少也减少安装和运维的人力成本。
从产品本身来说,1500 V系统电压带来的都是挑战,最主要的就是电气的安全性和可能的性能降低。系统层面来说,使得选型更为严格,组件匹配要求更高,PID的风险更大等等。
1500V系统电压的组件,有一定的技术难度,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。
但从1000V升到1500V,需要整个行业的协同合作。电站业主、EPC企业、组件、逆变器、汇流箱、线缆等全行业各环节共同协作,同时需要有新的符合1500V电压等级的光伏标准出台。
1500V难点在哪里?
电压从1000V提升到1500V,虽然好处多多,但对于技术却是一个挑战。TUV南德光伏产品部总监许海亮告诉Solarbe记者:“1500V电压等级的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。”许海亮指出,经过测试证明,1500V电压等级下,PID效应风险加大,原有的防PID等级不适用于新的标准。
“要加强1500V等级的组件可靠性,主要考虑背板局放、电连接器和电绝缘。”航天机电CTO张忠卫博士说,“PID效应近年越来越受到重视,世界上真正无PID效应的电池只有HIT电池,其它电池都要进行抗PlD防护;真正有效的措施是逆变器加装隔离变压器,虽然会损失一点发电效率、提高一些成本,但对系统整体而言是经济、可靠的。”此外,张忠卫指出,双玻组件由于本身具有的特性,很可能成为1500V电压等级的优选组件。
“高输入输出电压等级的逆变器需要采用更复杂的拓扑,更高电压等级的功率器件,其直流侧的器件选型和设计也是一个挑战。”张磊说。
阳光电源市场部总监张彦虎说:“电压等级升至1500V后,绝缘和电气间隙是主要问题,电压升高可能带来击穿放电。目前技术上已经不是瓶颈,但需要整个市场各环节的配套。”
张彦虎认为:“电子技术往往呈现阶梯式发展,经常是整体技术同时提升后至平稳阶段,然后在行业技术积累至下一个阶段时再次飞跃。”
但从另一个角度来看,高电压等级拉高了行业门槛,有助于提升行业质量:不符合标准的零部件在更高电压等级下会更快的暴露出问题。
“光伏技术的创新发展始终围绕如何降低初始投资,提升发电量以及降低生命周期内运维成本进行。光伏1500V系统通过提升电压,降低线损,节约系统端到端成本和提升发电量,是光伏系统的重要发展方向。”华为能源逆变器产品与解决方案总经理许映童说,“1500V的推广需要解决两个关键问题,一是端到端产业链的成熟及可获得性,二是解决高压直流带来的安全性问题。华为也在积极投入1500V系统的研究,与业内共同推进1500V系统标准的完善建立。”
他指出,目前1500V系统的关键部件已经发布,包括组件、汇流箱、逆变器,线缆等,但均未得到批量验证,成熟应用需要一段时间验证。此外,在山地、屋顶、鱼塘、农业等对安全性要求比较高的场所,暂时不推荐使用1500V方案。
并不是所有公司都对1500V电压等级感兴趣。禾望电气就认为 1500V不是很好的选择,除了上述所说的组件PID现象加剧之外,供应链不成熟以及可能出现的串联失配损失都会得不偿失。
“直流1500V的逆变器在机车行内已经成熟,对逆变器来说没有很大的难度,关键是组件,直流电缆和接头等器件相应的技术要跟上来,1500V的直流输入,组件的最高工作电压就可以串联到1200V,可以由40块组件串联,和现在的20-24块组件串联相比,可以大幅减少直流电缆的数量,还可以提高系统的效率。但凡事有利必有弊,电压上去了,对组件的一致性要求更高的,因为串联电路的电流是由电路最小的一块组件决定的。对系统的安全性能也要求更高了,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。所以在国外发达地区如美国和日本,光伏系统是600V为主。”晶福源市场部负责人刘继茂表示。
1500V的各环节发展情况
认证环节
TUV南德
许海亮介绍:“从标准角度来讲,1500V不是强制,最新版的IEC61215标准对1500并非强制执行,而是将“最高系统电压”升级为1500V,所以广大组件生产企业不要过分紧张,1000V系统电压只要您的买家接受,照样可以在市场上接受,1500V是部分企业为了强化产品的性能开发出来的新产品。从认证和检测角度来讲,需要全新的测试来保证产品符合TÜV 认证的要求。”
早在2013年TÜV 南德与中电就联合做过非常多关于1500V系统电压对组件产品质量影响的测试,南德TÜV 已经为多家1500V系统电压的组件企业颁发了1500V认证证书,其中包晶澳太阳能。预计国际电工委员会(IEC)今年将推出1500V组件标准,试行2-3年后,或将过渡到强制标准。
TUV莱茵
4月21日,德国莱茵TÜV集团在上海举办了2015年度“光伏组件/零部件1500V认证”专题研讨会,与来自全国光伏行业的客户共同分享了有关1500V光伏组件的最新认证信息、技术要求以及应对策略,以帮助客户深入了解该革命性变化(系统电压提升至1500V)所带来的技术难点,引导各大光伏组件厂商有效应对新的技术需求。
此次研讨会云集了全国各大光伏组件厂商,议题几乎涵盖了1500V光伏组件/零部件认证的所有重要内容,包括:1500V光伏组件的结构和材料要求、1500V最大系统电压下的脉冲电压测试要求、1500V认证对太阳能接线盒/连接器以及太阳能背板的要求等。
电站环节:
目前1500V光伏电站大多为试点,SMA、阳光电源、First Solar均有试点项目或者后续的建电站计划。
组件环节
航天机电
航天机电早在一年半以前就在国内开发成功了1500V电压等级的组件并通过国际权威机构的全套可靠性检测,目前在等待市场适宜的时机。
天合光能
天合光能力推的双玻DUOMAX组件设计之初就是按照1500V电压等级研发的。双玻天然具备超强抗PID的优势,透水率接近为零,尤其适宜渔光互补和海边滩涂电站。目前也有业内人士认为双玻组件是组件的终极解决方案,要解决的唯一问题就是玻璃太重。据天合光能高管透露,该公司下一步还会推出1500伏的普通组件。
中电电气
在SNEC展会,中电光伏CTO赵建华博士亲自发布介绍了全新一代1500V耐高压组件的技术要点。中电光伏的技术研发团队一方面坚持高效电池和组件的研发,另一方面也着手探讨论证通过提高电压等级、降低线损等技术手段从而增加输出电量的可能性。该产品目前已经通过TUV南德1500V PID测试。
晶澳太阳能
今年3月,晶澳太阳能完成应用于1500V最大系统电压光伏组件的开发。晶澳1500V组件,符合高于通用标准的1500V最大系统电压要求,并通过了在1500V电压环境下的抗PID衰减加严测试,得到了TUV南德的认证。
晶科能源
晶科在SNEC展会期间全球首获第一张1500V&1000hrs PID证书。根据TUV北德的测试,晶科的组件在1500V,85℃和85%RH的高压及高温高湿环境下,PID表现仍然优异。
First Solar
First Solar和通用电气(GE)宣布,对First Solar的碲化镉(CdTe)型光伏电池板以及GE的1500V光伏并网逆变器(PCS)等实施了优化。在两公司的合作下,通过结合使用通用电气的4MW逆变器“ProSolar”,可提高百万瓦级光伏电站的成本效率和发电效率。
First Solar针对采用1500V电压的发电系统,优化了该公司光伏电池板的设计。在此基础上组合使用通用电气的4MW逆变器,可大幅扩大能够与每一台功率调节器连接的光伏电池板的尺寸。
First Solar负责产品管理及系统连接功能开发的副总裁Mahesh Morjaria在接受采访时表示,MW级光伏电站的电压目前正处在从1000V到1500V的过渡期。现在First Solar有两座1500V电压的百万瓦级光伏电站在实验性运营,在2015年到2016年期间预定将建设约1500MW的百万瓦级光伏电站。
Morjaria表示,目前已在呼请世界主要逆变器厂商开展1500V产品的商品化,同时与日本最大的逆变器厂商东芝三菱电机产业系统(TMEIC)也在商谈1500V化。他认为,高电压化后电流会降低,供电时的损耗可减少。逆变器就有望实现大容量化,由多块面板组成的阵列也可以扩大。这种大型化将使电站的总成本效率提高。设备成本若降低,发电成本也会随之降低。
英利
英利1500伏系统电压组件,在串联的组件方阵中能够安装更多的组件,系统的线缆数量会节约更多,对客户带来的好处是总的系统成本的降低。1500伏组件有以下优点:优秀的耐高压性能、良好的自清洁能力、优秀的耐湿热性能(3倍IEC61215测试)、优秀的抗PID能力(测试条件:85℃,85%相对湿度、-1500伏、96小时)。
中盛新能源
中盛是最新一个发布1500V的主流组件企业。5月28日,中盛宣布推出1500V耐高压光伏组件。
逆变器环节
阳光电源
同样在今年的SNEC展会,逆变器龙头阳光电源推出了五款新品。其中SG1000HV就是针对1500V电压等级研制,可大幅降低系统线损和安装成本。该款产品最大效率达到98.7%,并获得了TUV和金太阳认证。
“1500V电压等级的技术和设备选型问题已经得到解决。”张彦虎说,“采用更高电压等级后,同样体积的功率密度更高,散热情况也更好。”他表示未来还要看市场配套情况。
特变电工
特变电工在2015年SNEC展会上推出了直流1500V母线、功率800kW的逆变器,交流输出电压达到500Vac以上,最高效率98.8%。张磊表示特变电工下半年还将推出1500V母线更大功率等级的机型。
SMA
SMA SolarTechnology公司2014年7月宣布,其在德国北部卡塞尔Niestetal的工业园区Sandershauser Berg industrial park建设的3.2MW光伏电站已投入使用,用以验证支持1500V电压的系统以及MW级光伏电站最佳控制系统。据称,建设工期短至3个月是该发电站的特点。发电的电力供给SMA Solar Technology公司在邻近的三个工厂和其他公司的事务所使用。
除PCS外,发电站还采用了中压(Medium-Voltage)产品群,以及组合使用了直流技术等的发电站用系统“SMA Utility Power System”。除电力合成器(Combiner)及蓄电系统外,还在验证新开发的支持1500V电压的系统及百万瓦级光伏电站最佳控制系统等。
将利用中压供电系统,把百万瓦级光伏电站所发电力送往该公司的三个工厂等。还利用与卡塞尔地区的电力运营商Stadtische Werke公司共同开发的技术,将SMA Solar Technology光伏电站的剩余电力直接供电网不送电的该公司其他基地使用。
它的优势是什么?
汇流箱环节
作为唯一一个以汇流箱为主要产品的上市企业,隆玛科技在2014年11约完成了DC1500V系统的开发工作,所有元器件均满足DC1500V系统工作电压。“包括在设计上,我们也充分考虑到了电气间隙及爬电距离等因素。”隆玛科技董事长杨朝辉对Solarbe记者介绍说。
同时该款产品还具备监控装置:可采集每路组串电流、总电压、防雷器状态、断路器状态、温度等信息,箱体也通过了500小时盐雾实验要求。
线缆环节
责任编辑:solarbecaoyu
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