Czy system 1500 V może skutecznie obniżyć koszt kilowatogodziny systemu fotowoltaicznego?

Niezależnie od tego, czy jest to zagraniczny, czy krajowy, odsetek zastosowań systemu 1500 V rośnie.Według statystyk IHS w 2018 roku zastosowanie napięcia 1500V w dużych zagranicznych elektrowniach naziemnych przekroczyło 50%;według wstępnych statystyk, w trzeciej grupie liderów w 2018 r. odsetek zastosowań napięcia 1500 V wynosił od 15% do 20%.Czy system 1500 V może skutecznie obniżyć koszt kilowatogodziny projektu?W artykule dokonano analizy porównawczej ekonomiki dwóch poziomów napięcia na podstawie obliczeń teoretycznych i rzeczywistych danych przypadku.

1. Podstawowy plan projektu

Aby przeanalizować poziom kosztów systemu 1500 V, przyjęto konwencjonalny schemat projektowania i porównano koszt tradycyjnego systemu 1000 V według wielkości inżynieryjnych.

Założenie obliczeniowe

(1) Elektrownia naziemna, teren płaski, moc zainstalowana nie jest ograniczona obszarem lądowym;

(2) Ekstremalnie wysoką i ekstremalnie niską temperaturę w miejscu realizacji projektu należy rozpatrywać w zakresie 40 ℃ i -20 ℃.

(3)kluczowe parametry wybranych podzespołów i falownikówsą następujące.

Struktura inwestycji systemu 1500V

Analiza porównawcza wykazała, że ​​w porównaniu z tradycyjnym systemem 1000 V, system 1500 V pozwala zaoszczędzić około 0,1 juana/W kosztów systemu.

3. Wpływ napięcia 1500V na wytwarzanie energii

Założenie obliczeniowe:

Używając tego samego modułu, nie będzie różnicy w wytwarzaniu energii ze względu na różnice w modułach;zakładając, że teren jest płaski, nie będzie okluzji cienia spowodowanej zmianami topografii.
Różnica w wytwarzaniu energii opiera się głównie na dwóch czynnikach:utrata niedopasowania pomiędzy modułem a ciągiem znaków, utrata linii DC i utrata linii AC.

1. Straty spowodowane niedopasowaniem pomiędzy komponentami i ciągami. Liczba komponentów szeregowych w jednej gałęzi została zwiększona z 22 do 34. Ze względu na odchylenie mocy pomiędzy różnymi komponentami wynoszące ±3 W, straty mocy pomiędzy komponentami systemu 1500 V wzrosną, ale nie ma obliczeń ilościowych. da się zrobić.Liczba kanałów dostępu pojedynczego falownika została zwiększona z 12 do 18, ale liczba kanałów śledzenia MPPT falownika została zwiększona z 6 do 9, aby zapewnić, że 2 gałęzie odpowiadają 1 MPPT.Dlatego między ciągami Straty MPPT nie wzrosną.

2. Wzór obliczeniowy strat w liniach prądu stałego i przemiennego: Strata Q=I2R=(P/U)2R= ρ(P/U)2(L/S)1)

Tabela obliczeń strat w linii DC: współczynnik strat w linii DC w pojedynczej gałęzi

Z powyższych obliczeń teoretycznych wynika, że ​​strata w linii prądu stałego w systemie 1500 V jest 0,765 razy większa niż w systemie 1000 V, co odpowiada 23,5% redukcji strat w linii prądu stałego.

Tabela obliczeń strat w linii AC: współczynnik strat w linii AC dla pojedynczego falownika

Z powyższych obliczeń teoretycznych wynika, że ​​strata w linii prądu stałego w systemie 1500 V jest 0,263 razy większa niż w systemie 1000 V, co odpowiada redukcji strat w linii prądu przemiennego o 73,7%.

3. Rzeczywiste dane przypadku Ponieważ strat niedopasowania pomiędzy komponentami nie można obliczyć ilościowo, a rzeczywiste środowisko jest bardziej odpowiedzialne, do dalszych wyjaśnień wykorzystano rzeczywisty przypadek.W tym artykule wykorzystano rzeczywiste dane dotyczące wytwarzania energii z trzeciej partii czołowego projektu, a dane zbierano od maja do czerwca 2019 r., co daje w sumie dane z 2 miesięcy.

Porównanie generacji mocy w systemach 1000V i 1500V

Z powyższej tabeli wynika, że ​​w tym samym miejscu realizacji inwestycji, przy użyciu tych samych podzespołów, produktów producentów falowników i przy tej samej metodzie montażu wsporników, w okresie od maja do czerwca 2019 r., godziny wytwarzania energii w systemie 1500 V są o 1,55% wyższe niż w systemie 1000V.Można zauważyć, że chociaż wzrost liczby komponentów jednostrunowych zwiększy straty niedopasowania między komponentami, może zmniejszyć straty w linii DC o około 23,5%, a straty w linii AC o około 73,7%.System 1500 V może zwiększyć wytwarzanie energii w ramach projektu.

4. Kompleksowa analiza

Z poprzedniej analizy wynika, że ​​system 1500 V jest porównywany z tradycyjnym systemem 1000 V:

1) Możnazaoszczędź około 0,1 juana/W kosztów systemu;

2) Chociaż wzrost liczby komponentów jednopasmowych zwiększy straty spowodowane niedopasowaniem między komponentami, może zmniejszyć około 23,5% strat w linii DC i około 73,7% strat w linii AC orazsystem 1500 V zwiększy produkcję energii w ramach projektu.Można zatem w pewnym stopniu obniżyć koszty energii elektrycznej.Według Dong Xiaoqinga, dziekana Instytutu Inżynierii Energetycznej w Hebei, ponad 50% planów projektów naziemnej fotowoltaiki zrealizowanych w tym roku przez instytut wybrało napięcie 1500 V;oczekuje się, że udział 1500V w elektrowniach naziemnych w całym kraju w 2019 roku wyniesie około 35%;w 2020 r. ulegnie ona dalszemu wzrostowi. Bardziej optymistyczna prognoza została przedstawiona przez znaną na całym świecie organizację konsultingową IHS Markit.W swoim raporcie z analizy globalnego rynku fotowoltaiki 1500 V wskazali, że w ciągu najbliższych dwóch lat globalna skala elektrowni fotowoltaicznych 1500 V przekroczy 100 GW.

Prognoza udziału napięcia 1500V w światowych elektrowniach naziemnych

Nie ulega wątpliwości, że w miarę przyspieszania przez światowy przemysł fotowoltaiczny procesu dotacji i ekstremalnej pogoni za kosztem energii elektrycznej, napięcie 1500 V jako rozwiązanie techniczne mogące obniżyć koszty energii elektrycznej będzie coraz powszechniej stosowane.

W przyszłości magazynowanie energii 1500 V stanie się głównym nurtem

W lipcu 2014 roku falownik systemu SMA 1500V został zastosowany w projekcie fotowoltaicznym o mocy 3,2MW w Kassel Industrial Park w Niemczech.

We wrześniu 2014 podwójnie przeszklone moduły fotowoltaiczne Trina Solar otrzymały pierwszy certyfikat PID 1500V wydany przez TUV Rheinland w Chinach.

W listopadzie 2014 r. firma Longma Technology zakończyła prace nad systemem DC1500V.

W kwietniu 2015 roku Grupa TUV Rheinland zorganizowała seminarium „Certyfikacja modułów/części fotowoltaicznych 1500V 2015”.

W czerwcu 2015 roku firma Projoy wprowadziła na rynek serię fotowoltaicznych przełączników prądu stałego PEDS do systemów fotowoltaicznych 1500 V.

W lipcu 2015 r. firma Yingli ogłosiła opracowanie aluminiowego zespołu ramy o maksymalnym napięciu systemowym 1500 woltów, specjalnie dla elektrowni naziemnych.

……

Producenci ze wszystkich sektorów branży fotowoltaicznej aktywnie wprowadzają na rynek produkty systemu 1500V.Dlaczego coraz częściej mówi się o „1500 V”?Czy naprawdę nadchodzi era systemów fotowoltaicznych 1500V?

Wysokie koszty wytwarzania energii elektrycznej od dawna są jedną z głównych przyczyn ograniczających rozwój branży fotowoltaicznej.Jak obniżyć koszt kilowatogodziny systemów fotowoltaicznych i poprawić efektywność wytwarzania energiistało się głównym problemem branży fotowoltaicznej.Systemy o napięciu 1500 V i wyższym oznaczają niższe koszty systemu.Podzespoły takie jak moduły fotowoltaiczne i przełączniki prądu stałego, zwłaszcza falowniki, odgrywają kluczową rolę.

Zalety falownika fotowoltaicznego 1500V

Zwiększając napięcie wejściowe, można zwiększyć długość każdego ciągu o 50%, co może zmniejszyć liczbę kabli prądu stałego podłączonych do falownika i liczbę falowników w skrzynce rozdzielczej.Jednocześnie skrzynki przyłączeniowe, falowniki, transformatory itp. Zwiększa się gęstość mocy urządzeń elektrycznych, zmniejsza się objętość, zmniejsza się również obciążenie transportem i konserwacją, co sprzyja obniżeniu kosztów fotowoltaiki systemy.

Zwiększając napięcie po stronie wyjściowej, można zwiększyć gęstość mocy falownika.Przy tym samym poziomie prądu moc może zostać prawie podwojona.Wyższy poziom napięcia wejściowego i wyjściowego może zmniejszyć straty w kablu prądu stałego systemu i straty w transformatorze, zwiększając w ten sposób wydajność wytwarzania energii.

Dobór falownika fotowoltaicznego 1500V

Z elektrycznego punktu widzenia osiągnięcie napięcia 1500 V jest stosunkowo prostsze niż przełamanie technologii 1500 V w przypadku produktów modułowych.Przecież wszystkie wyżej wymienione produkty powstają na bazie dojrzałej branży, aby wspierać fotowoltaikę.W obliczu metra 1500VDC problemem doboru nie będą falowniki pojazdów trakcyjnych, urządzenia zasilające m.in. Mitsubishi, Infineon itp. posiadają urządzenia zasilające powyżej 2000V, kondensatory można łączyć szeregowo w celu podwyższenia poziomu napięcia, a teraz poprzez Projoy itp. Wraz z wprowadzeniem na rynek przełącznika 1500 V różni producenci komponentów, JA Solar, Canadian Solar i Trina, wprowadzili na rynek komponenty 1500 V.Dobór całego układu inwerterowego nie będzie stanowił problemu.

Z punktu widzenia panelu akumulatorowego, ciąg 22 paneli jest powszechnie używany dla 1000 V, a ciąg paneli dla systemu 1500 V powinien wynosić około 33. Zgodnie z charakterystyką temperaturową komponentów, maksymalne napięcie w punkcie mocy będzie wynosić około 26 -37 V.Zakres napięcia MPP elementów stringu będzie wynosić około 850-1220V, a najniższe napięcie przeliczone na stronę AC będzie wynosić 810/1,414=601V.Biorąc pod uwagę 10% fluktuację oraz wczesny poranek i noc, schronienie i inne czynniki, ogólnie będzie ona zdefiniowana na poziomie około 450-550.Jeśli prąd jest zbyt niski, prąd będzie zbyt duży, a ciepło będzie zbyt duże.W przypadku falownika centralnego napięcie wyjściowe wynosi około 300 V, a prąd wynosi około 1000 A przy 1000 Vdc, napięcie wyjściowe wynosi 540 V przy 1500 V DC, a prąd wyjściowy wynosi około 1100 A.Różnica nie jest duża, więc bieżący poziom doboru urządzeń nie będzie zbyt różny, ale poziom napięcia będzie podwyższony.Poniżej omówiono napięcie po stronie wyjściowej jako 540 V.

Zastosowanie falownika fotowoltaicznego 1500V w elektrowni fotowoltaicznej

W przypadku dużych elektrowni naziemnych elektrownie naziemne to falowniki podłączone wyłącznie do sieci, a głównymi stosowanymi falownikami są falowniki scentralizowane, rozproszone i falowniki łańcuchowe dużej mocy.Gdy używany jest system 1500 V, straty w linii DC zmniejszą się, a wydajność falownika również wzrośnie.Oczekuje się, że wydajność całego systemu wzrośnie o 1,5–2%, ponieważ po stronie wyjściowej falownika znajduje się transformator podwyższający, który centralnie podnosi napięcie w celu przesłania mocy do sieci bez konieczności zmiany w planie systemu.

Weźmy na przykład projekt o mocy 1 MW (każdy ciąg to moduły o mocy 250 W)