CIGS光伏建筑的1500V光伏系統研究

李想

摘 要：對CIGS光伏組件、直流線纜、直流匯流箱、逆變器等部件的耐壓等級從1000V提高到1500V的技術可行性進行分析，對1500V光伏系統的經濟可行性進行分析測算。1500V光伏系統具有降本增效的領跑作用，能有效緩沖補貼下降的沖擊，開啟光伏平價上網新引擎。

關鍵詞：銅銦鎵硒（CIGS）薄膜光伏組件;光伏建筑一體化;1500V光伏系統

引言

近年來，我國的光伏技術有了明顯的發展與進步，太陽能光伏發電技術也越來越多地運用到民用建筑工程中，尤其以銅銦鎵硒薄膜組件為代表的建筑光伏一體項目備受國內外關注，為綠色建筑或零能耗建筑的發展創造了有利條件。建筑光伏發電可自發自用、就地消納、不必長距離輸送、沒有污染等優點得到了業界廣泛的關注，有著廣闊的發展前景。

1 CIGS光伏組件的發電技術特性

根據德國Manz公司提供的產品資料，不同型號的CIGS光伏組件參數不同，型號為M-GES105的CIGS組件技術。與晶硅組件相比，CIGS組件電壓高，開路電壓97.8V，電流低，短路電流1.45A。根據《光伏發電站設計規范（GB 50797-2012）》中的規定，要同時滿足兩個條件。當光伏系統電壓不超過1000V時，組串串聯的組件數不能超過8塊，需要多組串并聯后先接入直流匯流箱，再接入逆變器，組串和直流匯流箱數量相對較多，電纜也相應增多，這勢必導致整個光伏系統的造價增高，同時會增加施工及運維的工作量。 同時，CIGS組串多、匯流接點相應增多，在較高的直流電壓條件下工作，直流故障電弧的幾率將有所增加，進而增加了光伏建筑的火災風險性。

2 1500V智能光伏系統的優點

1500V智能光伏系統，即將CIGS光伏建筑一體化系統中用到的CIGS光伏組件、直流線纜、直流匯流箱、逆變器等部件的耐壓等級從1000V提高到1500V，對應的就是1500V系統。

2018年全球（中國以外）主要光伏市場的大型并網項目，幾乎全部采用或者明確要求采用1500V系統技術方案;以西班牙、土耳其、葡萄牙為代表的歐洲新興市場1500V光伏系統裝機容量超過5GW;沙特、阿曼等中東地區裝機及計劃裝機容量超過6GW，阿根廷、巴西等裝機及計劃裝機容量超過6GW，再加上美國、印度等傳統光伏大國的地面電站項目也已大量采用1500V系統，可以看到全球光伏行業已經進入了1500V系統時代[3]。

1500V系統對于降本增效有明顯作用，包括初始投資成本和后期運維成本。作為技術革新，1500V前行裹挾著爭議，系統安全性有待進一步考驗，行業標準須逐漸完善。但與此同時，配套設備層出不窮，示范電站相繼落成。正如從600V系統過渡至1000V系統一樣，1500V光伏時代正在來臨。

傳統的1000V系統單串CIGS組件數量不能超過8塊（見公式1-1、1-2），而1500V系統根據計算可以將數量擴充至13塊。子串數量減少，逆變器、匯流箱以及直流側線纜的用量也隨之減少。同時，直流側電壓由1000V升為1500V，根據電力學公式P（電功率）=U（電壓）*I（電流），當功率一定的情況下，電壓提升1.5倍，電流將下降到1/1.5。而電力線纜損耗P損=I?R，線纜長度和線徑確定，電阻R一定，電流下降1.5倍，線損變為1/2.25，直流側設備損耗和設備損耗減少，發電效率提高。

綜上可以看出，1500V系統兼具降本增效作用。

3 1500V CIGS光伏組件

2004年IEC61730-1（組件安全規范標準）已經有了1500V系統組件的認證規范，2016年，IEC 61215和IEC61730對1500V系統組件的性能檢測、安全試驗等規范進行了補齊和完善，為1500V組件的測試及認證提供了標準依據，這大大推動了1500V電站的標準遵從性。

為了滿足1500V組件的標準規范要求，組件廠家通過優化組件版型設計、升級背板材料、更換接線盒等措施增強絕緣性，保障組件安全性。在上述優化措施基礎上，經TUV等權威認證機構測試，1500V系統組件的抗PID性能與1000V系統組件無差異，均滿足IEC62804標準規范要求。

目前國內主流晶硅組件廠家全部提供了全系列的1500V組件產品，包括單面組件、雙面組件、雙玻組件，并且獲取了相關的認證信息。

1500V組件與1000V組件幾乎無差異，如下表2，而且隨著1500V組件發貨量越來越多，與1000V組件成本幾乎持平。

2019年主流的晶硅類組件廠商的產品將都以1500V產品為主，1500V組件的技術和產能均能滿足市場的需求。

對于CIGS光伏組件，1000V組件與1500V組件的主要差異點在封裝材料和接線盒不同，只要把CIGS光伏組件的背板及封裝材料和接線盒（線纜、連接器、電器間隙以及爬電距離）的耐壓等級提高到1500V，滿足IEC61730產品標準與認證，即可將CIGS光伏組件應用于1500V光伏系統。

4 1500V光伏系統的相關規范

國內GB /T 18216和全球IEC 61557中電氣設備低壓標準均已定義為AC 1000V和DC1500V，能支持到1500V。

北京鑒衡認證中心于2015 年 11 月組織發布《1500V 光伏電站關鍵設備認證實施規則》，CQC、TUV等其他權威第三方認證機構廠家也都有成熟的1500V相關的認證準入和產品試驗設計。通過2014到2018近四年的發展，光伏領域，從零部件到整個系統，1500V的標準體系，已經完全成熟。

5 1500V光伏系統的經濟性

結合CIGS光伏建筑特點，要降本增效，升高電壓到1500V是有效措施。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%。同時，設備（逆變器、變壓器）的功率密度提升，體積減小，運輸、維護等方面工作量也減少，有利于光伏系統成本的降低。除降低輸送過程中的電量損耗之外，直流側電壓提升到1500V，還可以串聯更多CIGS組件，減少逆變器的直流線纜用量和匯流箱數量。同時線纜和匯流箱數量的減少還可以節省更多的建筑空間，解決了線纜和電氣設備在建筑內占用空間的問題。

1500V電壓等級下，串聯CIGS組件數量從原來1000V等級下的8塊/串CIGS組件提升到13塊/串CIGS組件。下面以1萬平方米CIGS光電幕墻在1000V電壓等級和1500V電壓等級下的設備組成及造價舉例，可直觀的看出1500V光伏系統的優越性。

1萬平方米CIGS光電幕墻共采用97.5Wp組件13888片，裝機量1354.08kW。以下數據不含CIGS組件價格及光電幕墻結構材料價格：

1萬平方米光電幕墻在由1000V電壓等級提高到1500V電壓等級后，光伏組串由1740個減少到1068個，共減少組串672個;直流匯流箱減少56個。1500V光伏系統1平方米造價可降低54元。

6 結語

綜上所述，1500V系統相關的標準法規已經非常完善，產業鏈在近幾年的發展過程中已經渡過了小批量供應階段，在國內外都得到了海量的應用。

目前國內光伏組件、逆變器等關鍵設備技術已發展成熟，與設備層面降本相比，未來系統優化將成為降本增效的主要方向。CIGS光伏建筑一體化的1500V光伏系統可有效的降低系統造價，減少電氣設備及電纜的數量，更加節約建筑空間，使整個光伏發電系統更加優化，為CIGS光伏建筑一體化推廣普及提供了有力的技術支撐。

參考文獻：

[1].《光伏發電站設計規范》（GB50797-2012）

[2].《AI加持， 最佳LCOE的1500V智能光伏解決方案》-華為投資控股有限公司

[3].《深度盤點丨1500V光伏系統產業鏈各環節發展情況及領軍企業》-華為智能光伏.