DC1500V光伏發電系統性能效益分析

摘 要 本文以安徽省天長市光伏電站為研究對象，對DC 1500V光伏陣列與DC 1000V光伏陣列進行對比。結果表明，DC1500V光伏陣列無論是在系統成本還是在發電效率上均優于DC 1000V光伏陣列，同時對DC1500V系統故障率與運維投入進行分析，多角度分析DC 1500V系統的經濟效益。

關鍵詞 太陽能發電;DC 1500V系統，成本;效率

引言

光伏發電作為一種新興的可再生能源已經得到了長足的發展。近年來隨著光伏行業的不斷成熟，光伏標桿電價也在不斷下調，平價上網也將會成為未來的一個趨勢，國家發改委、國家能源局先后出臺了一系列關于平價上網的相關政策文件[1-3]，2019年初發布的《關于積極推進風電、光伏發電無補貼平價上網有關工作的通知》，同時光伏電站發展也面臨著用地資源緊張等問題。2017年光伏用地供應量下降至3888h㎡，相比2016年下降了49.2%[4-5]。因此，需要在提高系統效率的同時降低投資成本，這樣才能增加投資收益，規避風險。DC1500V光伏發電系統便是在這種發展趨勢下應運而生。第三批1.5GW光伏領跑著項目全部采用DC1500V系統，2019年項目投資情況如圖1，DC1500V系統憑借提高系統發電效率、降低系統成本等顯著優勢，成為眾多項目的不二之選。

1光伏發電系統構架

1.1 地理環境

本文研究對象為天長市漁光互補光伏電站，地處江淮丘陵向蘇北平原過渡地帶，年均氣溫14.8℃，雨量適中，旱、雨季分明。多年平均降水量1048mm。旱季長7個月、雨季5個月，雨季降水量占年降水量的68%。年平均氣溫17.4℃，年均總降水量1600毫米，日照充足，年均日照總時數為2097小時。

項目所在地西臨高郵湖，周圍地勢平緩，電站周圍無建筑物光照充足，整體占地面積達3616畝[6]。

1.2 發電系統

天長光伏項目采用的是并網光伏系統，本項目共有108個光伏陣列，廠區所有組件廠商均為晉能清潔能源科技股份公司，其中有3個HJT方陣，4個PERC方陣，101個多晶方陣。每個方陣經升壓系統升壓至35kV經過匯集線路（共有9條匯集線路）并入110KV升壓站，最終經送出線路并入電網。

天長光伏項目DC1500V發電陣列共有1個，且安裝組件為異質結組件，其余均為DC 1000V光伏發電陣列。選取DC1500V方陣為A1，選取與A1同樣組件同樣設備廠家的DC 1000V方陣A2為研究對象。

2系統性分析

2.1 初使投資分析

相比DC1000V系統，DC1500V系統組串長度更長，輸電電壓更高，從而減少功率損耗及施工、成本：每串可連接更多組件，組串長度增加55.6%;電壓提升、電流降低可以減少功率損失;組串數量減少約35.9%，相應匯流箱、直流線纜等配套設備用量也相應減少約35.9%;電氣設備的單位功率密度提升，運輸、安裝、運維等方面工作量減少，人工成本降低。表1是選取的兩個樣板方陣A1、A2的系統投資對比。通過對比可以發現DC1500V系統在初使投資階段就占據很大的優勢，DC1500V系統交直流側電壓升高后，逆變器功率密度提高，隨之最佳經濟方陣容量增大，而且方陣容量增大后，電站逆變器、變壓器等設備數量減少，安裝維護成本降低，站內高壓線路減少，線纜和施工成本進一步降低，從而降低電站系統成本，提高電站收益。

2.2 發電系統分析方法

（1）除去初使投資外還需，綜合考慮組件類型、方陣容量、光照輻射度和設備故障率等關鍵因素，通過橫向對比發電數據，包含后期電站運行維護等內容最終對兩種系統做出綜合評定。

（2）在做系統發電數據分析時，需要對數據進行篩處理，要除去檢修維護工作時間，對發電數據進行單日和單月以及整體進行對比分析，同時還需要在全年輻照值最高的幾天對方陣發電能力進行分析。

（3）在運維層面上對兩種系統進行分析，需要考慮兩種系統故障率以及運維投入，DC1500V高壓系統相對于DC1000V系統而言在運維工作上還是存在很大的難度。

3實驗結論與討論

在對比A1與A2兩個方陣時，發電量數據采集取逆變器輸出端統計值，需要對兩種系統的進行單位容量（Wp）發電性能進行對比。

3.1 DC1500V系統發電優越性

對分析周期內輻照值進行統計，結合本項目所在地的全年輻照度分布圖和氣候特點，對發電性能進行對比分析。

項目所在地2019年度輻照度逐月分布情況如圖3所示。在此條件下對研究對象A1、A2進行分析的同時還可以通過計算系統效率（Performance Ratio，簡稱PR），來對比DC1500V系統的發電性能[7]。

對研究對象2019年整年發電量進行對比，可以發現DC1500V系統相比DC1000V系統單Wp月均發電量年平均發電增益為7.69%，其中5、10月份輻照度較高且雨水量大，組件表面清潔度較高，DC1500V系統比DC1000V系統發電量增益均超過11%。遠遠超出理論設計增益值0.316%。

為進一步研究兩種系統發電性能。選取3月2日06：00至18：15每隔15min記錄1次的逆變器瞬時輸出功率數據如圖6所示，進一步觀察DC1500V系統發電表現。通過對比可以發現二者總體發電趨勢相同，但是DC1500V系統輸出功率在光照度較高的9：30到15：30基本持續高于DC1000V系統，全天平均增益為6.2%，在光照度較低時發電性能基本一致。

結合2019年各個組件單Wp日均發電量和單日輸出功率數據的對比分析，可以看出DC1500V系統的發電性能是優于DC1000V系統的。

3.2 運維優缺

DC1500V系統相比DC1000V系統而言，電壓等級更高對設備的絕緣要求也相應更高，但是建設期往往會由于成本考慮，選用的電纜和匯流箱設備絕緣度并不是很高，在后期設備運行過程中故障率就會明顯增大，現就天長市東大圩光伏電站為例。在運行一年后DC1500V系統發生絕緣故障比DC1000V系統高出4‰，此統計以匯流箱未統計單位。而且DC1500V系統容易出現放電拉忽從而誘發明火造成火災隱患，整體而言DC1500V系統運維難度更大。

4結束語

本文的初步研究可以得出以下結論：

（1）相比1000V系統，1500V系統交直流側電壓升高后，逆變器功率密度提高，單體功率增大，隨之最佳、最經濟的方陣容量增大，并且交流側變壓器、匯流箱、環網柜等設備成本也會下降。

（2）但是在后期運維上會增加運維難度，并且如果1500V系統對整個系統的絕緣和接地要求較高，需要增加此方面的檢查。

參考文獻

[1] 國家發展改革委，國家能源局.關于積極推進風電、光伏無補貼 平價上網有關通知[EB/OL].（2019-01-10） http：//www.nea.gov.cn/2019-01/10/c_137731320.htm.

[2] 國家發展改革委，國家能源局.關于公布2019年第一批風電、光伏發電平價上網項目的通知[EB/OL].（2019-05-20）.http：www.zfxxgk.nea.gov.cn/auto87/201905/t20190522_3664.html.

[3] 國家能源局.關于2019年風電、光伏發電項目建設有關事項的通知[EB/OL].（2018-05-28）.http：www.zfxxgk.nea.gov.cn/auto87/201905/t20190530_3667.html.

[4] 李蕾，張迪，郭瑞雪.供給側結構性改革背景下的產業用地供應[J].中國土地，2016（8）;8-11.

[5] 陳惟彬.國內光伏產業度過“寒冬”[J].中國經濟周刊，2018（5）： 62-63.

[6] 俞年昌， 李俊龍， 楊俊杰， 等. 華東院天長一期100MWp漁光互補光伏發電項目可行性研究報告[R].杭州：華東勘測設計研究院有限公司，2016.

[7] 馬曉宇，趙耀.基于綜合效率系數的光伏電站發電量估算方法[J].內蒙古電力技術，2019（2）：10-13.

作者簡介

史金林（1991-），男，安徽天長人;學歷：本科，職稱：助理工程師;現就職單位：天長市中電建大橋新能源有限公司，研究方向：新能源光伏產業。