1500V系統電壓光伏發電技術研究

孟慶平 楊愛靜

摘 要：為在諸多新的光伏技術中，1500V系統是目前最成熟和最具有應用價值的一種技術。因此開發1500V相關光伏產品，研究1500V電壓光伏系統從而有效降低光伏系統的成本、提高發電效率是近幾年光伏產業發展的一個重要課題。

關鍵詞：光伏發電；系統電壓；技術標準

一、我國光伏發電應用技術現狀

截至2017年，我國已經成為全球光伏發電裝機容量最大的國家，隨著光伏電站建設規模的不斷擴大，對光伏電站從設計、安裝以及運維全過程都提出了優化措施，從而不斷提升光伏系統發電效率。目前提升光伏系統常用的措施包括：一是使用高質量的太陽能組件。二是嚴格分選組件功率、電流檔，減少組合損失。三是通過優化接線方式或提升系統電壓可以有效的降低電流傳輸過程中所帶來的損耗。四是采用傾角可調支架。五是優化逆變器選型。六是加強實時監測，及時處理故障。七是定期對組件清潔維護。在上述提升系統發電效率的方法中，提高系統電壓是最主要的手段之一，相比其他方法，提高系統電壓一方面可以有效降低直流側的線纜損失，另一方面可以提早啟動逆變器，延長逆變器的工作時間，降低系統的弱光損失。同時提升光伏電站系統電壓可以節約電站建設成本，助推上下游關鍵設備技術升級，順應國家對光伏產業的發展趨勢和要求。

二、1500V電壓光伏發電系統分析

（一）1500V系統電壓的發展歷程

一直以來光伏產品的系統電壓就在不斷的提高之中。十五年前，600V的系統電壓是組件的主流產品，5年前至今，1000V的系統電壓是整個產業的系統電壓標準。而在最近的幾年，隨著光伏技術、材料技術的不斷創新，電池的效率、材料的絕緣等級、制造工藝技術都有了突飛猛進，可以實現讓更高的系統高電壓成為可能。目前，1500V等級系統的系統電壓已經成為趨勢。從系統的角度來看，更高的輸入、輸出電壓等級，可以降低交直流側線損及變壓器低壓側繞組損耗，電站的系統效率預期可以提升1.5-2%。在度電成本如此苛求的現實下，任何一個可以降低成本的機會都會被行業重視，更何況當前技術的發展已經讓1500V成為可能。

（二）1500V光伏發電系統現狀

并網光伏電站是個系統結構，包含了光伏組件和諸多電氣設備，因此光伏電站系統電壓從1000V提升到1500V，需要組件及所有電氣設備產品的升級以及整體光伏系統的優化。下面著重對1500V光伏組件、1500V逆變器等主要設備進行分析。

1.1500V系統光伏組件技術現狀。光伏組件是光伏系統的發電單元，也是整個光伏系統中最核心的器件，光伏電站系統電壓從1000V提升到1500V后，這就對光伏組件設計及材料選型提出更高的技術要求。1500V光伏組件經過幾年的技術發展，目前來看組件原材料、工藝等都已經基本成熟，國內一線組件廠家都已經掌握1500V光伏組件的技術，而且大部分廠家都已經通過了相應的檢測認證測試，具備1500V光伏組件的生產能力。

2.1500V系統電氣設備技術現狀。目前現有光伏系統電氣設備都是按照1000V進行設計，一旦系統電壓提升到1500V，所有電氣設備設計和制造都需要按照相應的電壓等級進行修改。對于電氣設備而言，增加設備耐壓等級主要通過選用更高電壓等級的元器件，如斷路器、保險絲、電容器以及線纜等即可實現，相對而言較為容易實現，目前所有電氣設備均已有多家設備供應商可提供相應產品。

3.1500V電壓光伏系統現狀。1500V光伏系統目前還處在推動的起始階段，隨著全生命周期度電成本、平價上網等理念的普及，1500V電壓系統已成光伏行業共識的未來發展方向。因為將直流系統電壓從1000V提升到1500V，將有助于光伏電站系統效率提升（設備和線路損耗降低）及系統成本下降（平衡系統設備成本、安裝成本等減少），從而促進光伏發電度電成本的顯著下降。但更高的系統電壓也給光伏電站帶來的更高的電擊危險、火災隱患、PID風險等。1500V光伏系統的優勢已逐步被行業接受，但作為系統性創新技術，1500V標準體系尚不健全，安全性、可靠性等也有待提高。

三、1000V與1500V電壓光伏發電系統對比分析

對兩種電壓系統就投資成本、發電效率、市場層面、技術標準等幾個方面進行對比分析如下：

（一）投資成本對比來看。1500V光伏系統相比傳統的1000V光伏系統，可以大幅減少匯流箱、逆變器等電氣設備的數量，其初始投資成本更低，而且電氣設備的減少意味著光伏系統的故障點減少，意味著光伏電站后期運維成本的下降。從目前市場投資成本測算來看，可在不考慮安裝、土地及運維成本的情況下。1500V系統電壓比1000V系統電壓的電站建設單位成本低0.138元/瓦，其中電纜節省成本最多，在實際建設過程中，成本還可進一步下降。

（二）系統發電效率對比來看。1500V電壓光伏系統可以有效降低光伏系統的直流線纜和交流線纜損失，從而提升光伏系統的發電效率。通過軟件仿真模擬，1000V電壓光伏系統的直流和交流線纜損失分別為0.7%和0.5%，總損失為1.2%，而1000V電壓光伏系統的直流和交流線纜損失分別為0.3%和0.2%，總損失為0.5%。

（三）從市場層面來看。目前1500V系統關鍵產品，如光伏組件、匯流箱、逆變器等設備都已完成技術儲備，相應產品也都通過了相關的檢測認證測試，均已有相應的產品。但大部分仍達不到量產水平，1500V系統尚處于示范階段，未形成一定市場，1500V系統大范圍推廣還需要時間。

（四）從技術標準來看。現有光伏系統大都采用1000V電壓，相應的零部件產品和系統標準較為成熟，而1500V的標準認證體系不健全，目前的1500V產品認證一般采用已有的標準，將測試電壓加大至1500V進行試驗。但隨著1500V光伏系統的示范應用，國際IEC標準和我國相關機構正在積極開展1500V系統標準的制定，預計近期就陸續有相應標準出臺。

四、結論

（一）開展1500V光伏產品技術開發，加強1500V系統技術儲備。1500V光伏系統由于其更低的投資成本和更高的系統效率，必將成為光伏發電的發展方面。目前1500V光伏系統相應的光伏組件、電氣設備都已經擁有相應產品，且大部分企業產品已經通過檢測機構的認證測試，但1500V系統尚處于示范階段，尚未實現大規模應用。應在各個環節開展1500V光伏產品的技術開發，加強1500V光伏系統的技術儲備。

（二）建立1500V光伏系統示范電站，開展系統實證對比分析。目前1500V光伏系統尚屬于新事物，大部分系統器件完全沒有達到中試，都是小試階段，各個項目的實施也都是在示范階段，對于1500V系統與現有1000V的對比分析也大都基于理論分析和仿真模擬，缺乏相應的實際測試數據。建議積極開展1500V光伏系統示范電站的建設，并對實際運行數據進行比對，從而分析兩種電壓對系統發電效率的影響，一方面為后期大規模應用提供數據支持，另一方面也做好1500V光伏系統的技術儲備。

（三）積極參與1500V系統標準制定。1500V光伏系統作為一個新鮮事物，相關認證標準、規范（主要指組件）尚未正式出臺，目前的1500V產品認證一般采用已有的標準，將測試電壓加大至1500V。為規范及合理引導1500V系統的發展及推動，光伏行業正在加快1500V系統相關標準的制定，應積極參與1500V系統標準的制定，一方面掌握1500V光伏系統標準和技術最新情況，另一方面提升在光伏行業的話語權。

參考文獻：

[1]光伏發電系統綜合量化評價體系探討[J].王斯成.太陽能.2018（03）

[2]光伏發電發展趨勢分析[J].張志.現代物業（中旬刊）.2018（01）

[3]高效光伏并網發電系統關鍵技術整體達國際先進水平[J].設備管理與維修.2016（12）