ระบบ 1500V สามารถลดต้นทุนต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมงของระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ได้อย่างมีประสิทธิภาพหรือไม่?

ไม่ว่าต่างประเทศหรือในประเทศ สัดส่วนการใช้งานของระบบ 1500V ก็เพิ่มขึ้นตามสถิติของ IHS ในปี 2561 การใช้งาน 1500V ในโรงไฟฟ้าภาคพื้นดินขนาดใหญ่ในต่างประเทศเกิน 50%ตามสถิติเบื้องต้น ในบรรดานักวิ่งหน้ากลุ่มที่สามในปี 2018 สัดส่วนการใช้งาน 1500V อยู่ระหว่าง 15% ถึง 20%ระบบ 1500V สามารถลดต้นทุนต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมงของโครงการได้อย่างมีประสิทธิภาพหรือไม่?บทความนี้ทำการวิเคราะห์เชิงเปรียบเทียบทางเศรษฐศาสตร์ของระดับแรงดันไฟฟ้าสองระดับผ่านการคำนวณทางทฤษฎีและข้อมูลกรณีที่เกิดขึ้นจริง

1. แผนการออกแบบขั้นพื้นฐาน

เพื่อวิเคราะห์ระดับต้นทุนของระบบ 1500V จึงมีการนำแผนการออกแบบทั่วไปมาใช้ และเปรียบเทียบต้นทุนของระบบ 1000V แบบดั้งเดิมตามปริมาณทางวิศวกรรม

หลักฐานการคำนวณ

(1) สถานีไฟฟ้าภาคพื้นดิน พื้นที่ราบ กำลังผลิตติดตั้ง ไม่จำกัดพื้นที่

(2) อุณหภูมิที่สูงมากและอุณหภูมิที่ต่ำมากของพื้นที่โครงการจะต้องพิจารณาตาม 40°C และ -20°C

(3) ที่พารามิเตอร์ที่สำคัญของส่วนประกอบและอินเวอร์เตอร์ที่เลือกมีรายละเอียดดังนี้.

โครงสร้างการลงทุนของระบบ 1500V

จากการวิเคราะห์เปรียบเทียบ พบว่าเมื่อเปรียบเทียบกับระบบ 1000V แบบดั้งเดิม ระบบ 1500V ช่วยประหยัดต้นทุนระบบได้ประมาณ 0.1 หยวน/วัตต์

3. ผลกระทบของ 1500V ต่อการผลิตไฟฟ้า

หลักฐานการคำนวณ:

การใช้โมดูลเดียวกันจะไม่มีความแตกต่างในการผลิตไฟฟ้าเนื่องจากความแตกต่างของโมดูลสมมติว่าเป็นภูมิประเทศที่ราบเรียบ จะไม่มีเงาบดบังเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงภูมิประเทศ
ความแตกต่างในการผลิตไฟฟ้าขึ้นอยู่กับปัจจัยสองประการเป็นหลัก:การสูญเสียที่ไม่ตรงกันระหว่างโมดูลและสตริง การสูญเสียสาย DC และการสูญเสียสาย AC.

1. การสูญเสียที่ไม่ตรงกันระหว่างส่วนประกอบและสตริง จำนวนส่วนประกอบซีรีส์ในสาขาเดียวเพิ่มขึ้นจาก 22 เป็น 34 เนื่องจากการเบี่ยงเบนพลังงาน ±3W ระหว่างส่วนประกอบต่างๆ การสูญเสียพลังงานระหว่างส่วนประกอบของระบบ 1500V จะเพิ่มขึ้น แต่ไม่มีการคำนวณเชิงปริมาณ สามารถที่จะทำ.จำนวนช่องการเข้าถึงของอินเวอร์เตอร์ตัวเดียวเพิ่มขึ้นจาก 12 เป็น 18 ช่อง แต่จำนวนช่องการติดตาม MPPT ของอินเวอร์เตอร์เพิ่มขึ้นจาก 6 เป็น 9 เพื่อให้แน่ใจว่า 2 สาขาสอดคล้องกับ 1 MPPTดังนั้นระหว่างสายอักขระ การสูญเสีย MPPT จะไม่เพิ่มขึ้น

2. สูตรการคำนวณการสูญเสียสาย DC และ AC: Q loss=I2R=(P/U)2R= ρ(P/U)2(L/S)1)

ตารางการคำนวณการสูญเสียสาย DC: อัตราการสูญเสียสาย DC ของสาขาเดียว

จากการคำนวณทางทฤษฎีข้างต้น พบว่าการสูญเสียสาย DC ของระบบ 1500V เท่ากับ 0.765 เท่าของระบบ 1000V ซึ่งเทียบเท่ากับการสูญเสียสาย DC ที่ลดลง 23.5%

ตารางการคำนวณการสูญเสียสาย AC: อัตราการสูญเสียสาย AC ของอินเวอร์เตอร์ตัวเดียว

จากการคำนวณทางทฤษฎีข้างต้น พบว่าการสูญเสียสาย DC ของระบบ 1500V เท่ากับ 0.263 เท่าของระบบ 1000V ซึ่งเทียบเท่ากับการลดลง 73.7% ของการสูญเสียสาย AC

3. ข้อมูลกรณีที่เกิดขึ้นจริง เนื่องจากการสูญเสียที่ไม่ตรงกันระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ไม่สามารถคำนวณในเชิงปริมาณได้ และสภาพแวดล้อมจริงมีความรับผิดชอบมากกว่า จึงใช้กรณีจริงเพื่ออธิบายเพิ่มเติมบทความนี้ใช้ข้อมูลการผลิตไฟฟ้าจริงของโครงการ Front-Runner ชุดที่สาม และเวลาในการรวบรวมข้อมูลคือตั้งแต่เดือนพฤษภาคมถึงมิถุนายน 2019 รวมเป็นข้อมูล 2 เดือน

การเปรียบเทียบการผลิตไฟฟ้าระหว่างระบบ 1,000V และ 1500V

จากตารางข้างต้น พบว่า ณ ที่ตั้งโครงการเดียวกัน โดยใช้ส่วนประกอบ ผลิตภัณฑ์ของผู้ผลิตอินเวอร์เตอร์ และวิธีการติดตั้งขายึดเดียวกัน ในช่วงเดือนพฤษภาคมถึงมิถุนายน 2562 ชั่วโมงการผลิตไฟฟ้าของระบบ 1500V สูงกว่าระบบ 1000V ถึง 1.55%จะเห็นได้ว่าแม้ว่าการเพิ่มจำนวนส่วนประกอบสายเดี่ยวจะเพิ่มการสูญเสียที่ไม่ตรงกันระหว่างส่วนประกอบต่างๆ แต่ก็สามารถลดการสูญเสียสาย DC ได้ประมาณ 23.5% และการสูญเสียสาย AC ประมาณ 73.7%ระบบ 1500V สามารถเพิ่มการผลิตไฟฟ้าของโครงการได้

4. การวิเคราะห์ที่ครอบคลุม

จากการวิเคราะห์ก่อนหน้านี้พบว่าระบบ 1500V เปรียบเทียบกับระบบ 1000V แบบดั้งเดิม:

1) สามารถทำได้ประหยัดต้นทุนระบบประมาณ 0.1 หยวน/วัตต์;

2) แม้ว่าการเพิ่มจำนวนส่วนประกอบสตริงเดี่ยวจะเพิ่มการสูญเสียที่ไม่ตรงกันระหว่างส่วนประกอบต่างๆ แต่ก็สามารถลดการสูญเสียสาย DC ได้ประมาณ 23.5% และประมาณ 73.7% ของการสูญเสียสาย AC และระบบ 1500V จะเพิ่มการผลิตไฟฟ้าของโครงการ.จึงสามารถลดต้นทุนค่าไฟฟ้าได้ในระดับหนึ่งตง เสี่ยวชิง คณบดีสถาบันวิศวกรรมพลังงานเหอเป่ย ระบุว่า มากกว่า 50% ของแผนการออกแบบโครงการไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ภาคพื้นดินที่สถาบันสร้างเสร็จในปีนี้ได้เลือก 1500V;คาดว่าส่วนแบ่ง 1,500V ในโรงไฟฟ้าภาคพื้นดินทั่วประเทศในปี 2562 จะสูงถึงประมาณ 35%และจะเพิ่มขึ้นอีกในปี 2563 IHS Markit องค์กรที่ปรึกษาที่มีชื่อเสียงระดับนานาชาติให้การคาดการณ์ในแง่ดีมากขึ้นในรายงานการวิเคราะห์ตลาดเซลล์แสงอาทิตย์ทั่วโลกขนาด 1500V พวกเขาชี้ให้เห็นว่าขนาดโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ทั่วโลกขนาด 1500V จะเกิน 100GW ในอีกสองปีข้างหน้า

การคาดการณ์สัดส่วน 1500V ในโรงไฟฟ้าภาคพื้นดินทั่วโลก

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าในขณะที่อุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ทั่วโลกเร่งกระบวนการอุดหนุนและการแสวงหาค่าไฟฟ้าอย่างสุดขีด 1500V ซึ่งเป็นโซลูชันทางเทคนิคที่สามารถลดต้นทุนค่าไฟฟ้าจะถูกนำไปใช้มากขึ้นเรื่อยๆ

การจัดเก็บพลังงาน 1500V จะกลายเป็นกระแสหลักในอนาคต

ในเดือนกรกฎาคม 2014 มีการใช้อินเวอร์เตอร์ของระบบ SMA 1500V ในโครงการเซลล์แสงอาทิตย์ขนาด 3.2MW ในสวนอุตสาหกรรม Kassel ประเทศเยอรมนี

ในเดือนกันยายน 2014 โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์แบบกระจกสองชั้นของทรินา โซลาร์ ได้รับใบรับรอง 1500V PID ฉบับแรกที่ออกโดย TUV Rheinland ในจีน

ในเดือนพฤศจิกายน 2014 Longma Technology เสร็จสิ้นการพัฒนาระบบ DC1500V

ในเดือนเมษายน 2015 TUV Rheinland Group ได้จัดงานสัมมนา "การรับรองโมดูลไฟฟ้าโซลาร์เซลล์/ชิ้นส่วน 1500V" ประจำปี 2015

ในเดือนมิถุนายน 2558 Projoy ได้เปิดตัวซีรีส์ PEDS ของสวิตช์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ DC สำหรับระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ 1500V

ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2558 บริษัท Yingli ได้ประกาศการพัฒนาชุดโครงอะลูมิเนียมที่มีแรงดันไฟฟ้าระบบสูงสุด 1,500 โวลต์ สำหรับโรงไฟฟ้าภาคพื้นดินโดยเฉพาะ

……

ผู้ผลิตในทุกภาคส่วนของอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์กำลังเปิดตัวผลิตภัณฑ์ระบบ 1500V อย่างแข็งขันเหตุใด “1500V” จึงถูกพูดถึงบ่อยขึ้นเรื่อยๆ?ยุคของระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ 1500V กำลังมาจริงหรือ?

เป็นเวลานานมาแล้วที่ต้นทุนการผลิตไฟฟ้าที่สูงเป็นสาเหตุหลักประการหนึ่งที่จำกัดการพัฒนาอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์วิธีลดต้นทุนต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมงของระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์และปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าได้กลายเป็นประเด็นหลักของอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ระบบ 1500V และสูงกว่านั้นหมายถึงต้นทุนระบบที่ลดลงส่วนประกอบต่างๆ เช่น โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์และสวิตช์ไฟฟ้ากระแสตรง โดยเฉพาะอินเวอร์เตอร์ มีบทบาทสำคัญ

ข้อดีของอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ 1500V

ด้วยการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าอินพุต ความยาวของแต่ละสายจะเพิ่มขึ้น 50% ซึ่งสามารถลดจำนวนสายเคเบิล DC ที่เชื่อมต่อกับอินเวอร์เตอร์และจำนวนอินเวอร์เตอร์กล่องรวมในเวลาเดียวกัน กล่องรวม อินเวอร์เตอร์ หม้อแปลง ฯลฯ ความหนาแน่นของพลังงานของอุปกรณ์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ปริมาณลดลง และภาระงานในการขนส่งและการบำรุงรักษาก็ลดลง ซึ่งเอื้อต่อการลดต้นทุนของระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ ระบบ

การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าด้านเอาท์พุตจะช่วยเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานของอินเวอร์เตอร์ได้ภายใต้ระดับกระแสเดียวกัน กำลังไฟฟ้าสามารถเพิ่มได้เกือบสองเท่าระดับแรงดันไฟฟ้าอินพุตและเอาต์พุตที่สูงขึ้นสามารถลดการสูญเสียของสายเคเบิล DC ของระบบและการสูญเสียของหม้อแปลง จึงเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้า

การเลือกอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ 1500V

จากมุมมองทางไฟฟ้า การประชุม 1500V นั้นค่อนข้างง่ายกว่าการเจาะผ่านเทคโนโลยี 1500V สำหรับผลิตภัณฑ์โมดูลท้ายที่สุดแล้ว ผลิตภัณฑ์ทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้นได้รับการพัฒนาจากอุตสาหกรรมที่เติบโตเต็มที่เพื่อรองรับแผงเซลล์แสงอาทิตย์ในมุมมองของรถไฟใต้ดิน 1500VDC อินเวอร์เตอร์สำหรับรถลาก อุปกรณ์จ่ายไฟจะไม่กลายเป็นปัญหาในการเลือก รวมถึง Mitsubishi, Infineon และอื่นๆ ที่มีอุปกรณ์จ่ายไฟสูงกว่า 2000V สามารถเชื่อมต่อตัวเก็บประจุแบบอนุกรมเพื่อเพิ่มระดับแรงดันไฟฟ้า และตอนนี้โดย Projoy ฯลฯ ด้วยการเปิดตัวสวิตช์ 1500V ผู้ผลิตส่วนประกอบต่างๆ JA Solar, Canadian Solar และ Trina ได้เปิดตัวส่วนประกอบ 1500V ทั้งหมดการเลือกระบบอินเวอร์เตอร์ทั้งหมดจะไม่มีปัญหา

จากมุมมองของแผงแบตเตอรี่ โดยทั่วไปจะใช้สตริงแผง 22 แผงสำหรับ 1000V และแผงแผงสำหรับระบบ 1500V ควรมีประมาณ 33 แผง ตามลักษณะอุณหภูมิของส่วนประกอบ แรงดันไฟฟ้าจุดไฟสูงสุดจะอยู่ที่ประมาณ 26 -37V.ช่วงแรงดันไฟฟ้า MPP ของส่วนประกอบสตริงจะอยู่ที่ประมาณ 850-1220V และแรงดันไฟฟ้าต่ำสุดที่แปลงเป็นฝั่ง AC คือ 810/1.414=601Vโดยคำนึงถึงความผันผวน 10% และช่วงเช้าและกลางคืน ที่พักพิง และปัจจัยอื่นๆ โดยทั่วไปจะกำหนดไว้ที่ประมาณ 450-550ถ้ากระแสต่ำเกินไป กระแสก็จะใหญ่เกินไป และความร้อนก็จะใหญ่เกินไปในกรณีของอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์ แรงดันเอาต์พุตจะอยู่ที่ประมาณ 300V และกระแสไฟฟ้าจะอยู่ที่ประมาณ 1,000A ที่ 1,000VDC และแรงดันเอาต์พุตจะอยู่ที่ 540V ที่ 1500VDC และกระแสเอาต์พุตจะอยู่ที่ประมาณ 1100Aความแตกต่างไม่มากดังนั้นระดับการเลือกอุปกรณ์ในปัจจุบันจะไม่แตกต่างกันมากนักแต่ระดับแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นต่อไปนี้จะกล่าวถึงแรงดันไฟฟ้าด้านเอาต์พุตเป็น 540V

การใช้อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ 1500V ในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

สำหรับโรงไฟฟ้าภาคพื้นดินขนาดใหญ่ สถานีไฟฟ้าภาคพื้นดินเป็นอินเวอร์เตอร์ที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายล้วนๆ และอินเวอร์เตอร์หลักที่ใช้คืออินเวอร์เตอร์แบบสตริงแบบรวมศูนย์ แบบกระจาย และกำลังสูงเมื่อใช้ระบบ 1500V การสูญเสียของสาย DC จะลดลง ประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์ก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกันคาดว่าประสิทธิภาพของทั้งระบบจะเพิ่มขึ้น 1.5%-2% เนื่องจากจะมีหม้อแปลงแบบ step-up ที่ด้านเอาท์พุตของอินเวอร์เตอร์เพื่อบูสต์แรงดันไฟฟ้าจากส่วนกลางเพื่อส่งพลังงานไปยังโครงข่ายโดยไม่จำเป็นต้องดำเนินการหลัก การเปลี่ยนแปลงแผนระบบ

ยกตัวอย่างโครงการ 1MW (แต่ละสตริงคือโมดูล 250W)