Hệ thống 1500V có thể giảm chi phí cho mỗi kilowatt giờ của hệ thống quang điện một cách hiệu quả không?

Bất kể trong nước hay nước ngoài, tỷ lệ ứng dụng hệ thống 1500V ngày càng tăng.Theo thống kê của IHS, năm 2018, tỷ lệ ứng dụng 1500V ở các nhà máy điện mặt đất lớn ở nước ngoài đã vượt quá 50%;Theo thống kê sơ bộ, trong số những người dẫn đầu đợt thứ ba vào năm 2018, tỷ lệ ứng dụng 1500V là từ 15% đến 20%.Hệ thống 1500V có thể giảm chi phí trên mỗi kilowatt giờ của dự án một cách hiệu quả không?Bài báo này thực hiện phân tích so sánh tính kinh tế của hai cấp điện áp thông qua tính toán lý thuyết và số liệu trường hợp thực tế.

1. Phương án thiết kế cơ sở

Để phân tích mức chi phí của hệ thống 1500V, sơ đồ thiết kế thông thường được áp dụng và chi phí của hệ thống 1000V truyền thống được so sánh theo số lượng kỹ thuật.

tiền đề tính toán

(1) Nhà máy điện mặt đất, địa hình bằng phẳng, công suất lắp đặt không bị giới hạn bởi diện tích đất;

(2) Nhiệt độ cực cao và nhiệt độ cực thấp của khu vực dự án sẽ được xem xét theo 40oC và -20oC.

(3) Cáithông số chính của các thành phần và biến tần được chọnnhư sau.

Cơ cấu đầu tư hệ thống 1500V

Qua phân tích so sánh, người ta thấy rằng so với hệ thống 1000V truyền thống, hệ thống 1500V tiết kiệm chi phí hệ thống khoảng 0,1 nhân dân tệ/W.

3. Tác động của điện áp 1500V đến việc phát điện

Tiền đề tính toán:

Sử dụng cùng một mô-đun, sẽ không có sự khác biệt về công suất phát điện do sự khác biệt về mô-đun;giả sử địa hình bằng phẳng sẽ không có hiện tượng bóng bị che khuất do thay đổi địa hình.
Sự khác biệt về sản lượng điện chủ yếu dựa trên hai yếu tố:tổn thất không khớp giữa mô-đun và chuỗi, tổn thất dòng DC và mất dòng AC.

1. Mất không khớp giữa các thành phần và chuỗi Số lượng thành phần nối tiếp trong một nhánh đã tăng từ 22 lên 34. Do độ lệch công suất ±3W giữa các thành phần khác nhau, tổn thất điện năng giữa các thành phần hệ thống 1500V sẽ tăng lên, nhưng Không tính toán định lượng có thể được thực hiệnSố lượng kênh truy cập của một biến tần đã tăng từ 12 lên 18, nhưng số kênh theo dõi MPPT của biến tần đã tăng từ 6 lên 9 để đảm bảo 2 nhánh tương ứng với 1 MPPT.Do đó, giữa các chuỗi Sự mất MPPT sẽ không tăng.

2. Công thức tính tổn thất đường dây DC và AC: Q loss=I2R=(P/U)2R= ρ(P/U)2(L/S)1)

Bảng tính tổn thất đường dây DC: Tỷ lệ tổn thất đường dây DC của một nhánh

Qua tính toán lý thuyết trên, người ta thấy tổn thất đường dây DC của hệ thống 1500V gấp 0,765 lần so với hệ thống 1000V, tương đương với mức tổn thất đường dây DC giảm 23,5%.

Bảng tính tổn thất đường dây AC: Tỷ lệ tổn thất đường dây AC của một biến tần

Qua tính toán lý thuyết trên cho thấy tổn thất đường dây DC của hệ thống 1500V gấp 0,263 lần so với hệ thống 1000V, tương đương với mức giảm 73,7% tổn thất đường dây AC.

3. Dữ liệu trường hợp thực tế Do không thể tính toán định lượng sự mất mát không khớp giữa các thành phần và môi trường thực tế có trách nhiệm hơn nên trường hợp thực tế được sử dụng để giải thích thêm.Bài viết này sử dụng dữ liệu phát điện thực tế của đợt thứ ba của dự án đi trước và thời gian thu thập dữ liệu là từ tháng 5 đến tháng 6 năm 2019, tổng cộng là 2 tháng dữ liệu.

So sánh khả năng phát điện giữa hệ thống 1000V và 1500V

Từ bảng trên, có thể thấy, tại cùng một địa điểm dự án, sử dụng cùng linh kiện, sản phẩm của nhà sản xuất biến tần và cùng phương pháp lắp đặt giá đỡ, trong khoảng thời gian từ tháng 5 đến tháng 6 năm 2019, số giờ phát điện của hệ thống 1500V cao hơn 1,55% so với hệ thống 1000V.Có thể thấy, mặc dù việc tăng số lượng thành phần chuỗi đơn sẽ làm tăng tổn thất không khớp giữa các thành phần nhưng nó có thể giảm tổn thất đường dây DC khoảng 23,5% và tổn thất đường dây AC khoảng 73,7%.Hệ thống 1500V có thể tăng khả năng phát điện của dự án.

4. Phân tích toàn diện

Qua phân tích trước đây có thể thấy hệ thống 1500V được so sánh với hệ thống 1000V truyền thống:

1) Nó có thểtiết kiệm khoảng 0,1 nhân dân tệ/W chi phí hệ thống;

2) Mặc dù việc tăng số lượng các thành phần chuỗi đơn sẽ làm tăng tổn thất không khớp giữa các thành phần, nhưng nó có thể giảm khoảng 23,5% tổn thất trên đường dây DC và khoảng 73,7% tổn thất trên đường dây AC, vàhệ thống 1500V sẽ tăng khả năng phát điện của dự án.Vì vậy, chi phí điện có thể giảm ở một mức độ nhất định.Theo Dong Xiaoqing, Trưởng khoa Viện Kỹ thuật Năng lượng Hà Bắc, hơn 50% kế hoạch thiết kế dự án quang điện mặt đất được viện hoàn thành trong năm nay đã chọn 1500V;dự kiến ​​tỷ trọng 1500V trong các trạm điện mặt đất trên toàn quốc năm 2019 đạt khoảng 35%;nó sẽ tiếp tục tăng vào năm 2020. Tổ chức tư vấn nổi tiếng quốc tế IHS Markit đưa ra dự báo lạc quan hơn.Trong báo cáo phân tích thị trường quang điện toàn cầu 1500V, họ đã chỉ ra rằng quy mô nhà máy quang điện 1500V toàn cầu sẽ vượt quá 100GW trong hai năm tới.

Dự báo tỷ trọng 1500V trong các nhà máy điện mặt đất trên toàn cầu

Không còn nghi ngờ gì nữa, khi ngành công nghiệp quang điện toàn cầu đẩy nhanh quá trình trợ cấp và theo đuổi chi phí điện năng cao thì 1500V như một giải pháp kỹ thuật có thể giảm chi phí điện sẽ ngày càng được áp dụng nhiều hơn.

Lưu trữ năng lượng 1500V sẽ trở thành xu hướng chủ đạo trong tương lai

Tháng 7 năm 2014, biến tần của hệ thống SMA 1500V đã được ứng dụng trong dự án quang điện 3,2MW tại Khu công nghiệp Kassel, Đức.

Vào tháng 9 năm 2014, mô-đun quang điện hai kính của Trina Solar đã nhận được chứng chỉ PID 1500V đầu tiên do TUV Rheinland ở Trung Quốc cấp.

Vào tháng 11 năm 2014, Longma Technology đã hoàn thành việc phát triển hệ thống DC1500V.

Vào tháng 4 năm 2015, Tập đoàn TUV Rheinland đã tổ chức hội thảo “Chứng nhận Mô-đun quang điện/Bộ phận 1500V” năm 2015.

Vào tháng 6 năm 2015, Projoy đã ra mắt dòng công tắc DC quang điện PEDS cho hệ thống quang điện 1500V.

Vào tháng 7 năm 2015, Công ty Yingli đã công bố phát triển cụm khung nhôm với điện áp hệ thống tối đa 1500 volt, dành riêng cho các nhà máy điện mặt đất.

……

Các nhà sản xuất trong tất cả các lĩnh vực của ngành quang điện đang tích cực tung ra các sản phẩm hệ thống 1500V.Tại sao “1500V” ngày càng được nhắc đến nhiều hơn?Kỷ nguyên của hệ thống quang điện 1500V có thực sự sắp đến?

Trong một thời gian dài, chi phí phát điện cao là một trong những nguyên nhân chính hạn chế sự phát triển của ngành quang điện.Làm thế nào để giảm chi phí cho mỗi kilowatt giờ của hệ thống quang điện và nâng cao hiệu quả phát điệnđã trở thành vấn đề cốt lõi của ngành công nghiệp quang điện.Hệ thống 1500V và thậm chí cao hơn có nghĩa là chi phí hệ thống thấp hơn.Các thành phần như mô-đun quang điện và công tắc DC, đặc biệt là bộ biến tần, đóng một vai trò quan trọng.

Ưu điểm của biến tần quang điện 1500V

Bằng cách tăng điện áp đầu vào, độ dài của mỗi chuỗi có thể tăng thêm 50%, điều này có thể làm giảm số lượng cáp DC kết nối với biến tần và số lượng bộ biến tần hộp tổ hợp.Đồng thời, hộp tổ hợp, bộ biến tần, máy biến áp, v.v. Mật độ công suất của thiết bị điện tăng lên, khối lượng giảm và khối lượng công việc vận chuyển và bảo trì cũng giảm, điều này có lợi cho việc giảm chi phí quang điện hệ thống.

Bằng cách tăng điện áp phía đầu ra, mật độ công suất của biến tần có thể tăng lên.Dưới cùng mức hiện tại, sức mạnh có thể tăng gần gấp đôi.Mức điện áp đầu vào và đầu ra cao hơn có thể giảm tổn hao cáp DC của hệ thống và tổn thất máy biến áp, nhờ đó tăng hiệu suất phát điện.

Lựa chọn biến tần quang điện 1500V

Ở góc độ điện, việc đáp ứng 1500V tương đối đơn giản hơn so với việc đột phá công nghệ 1500V cho các sản phẩm module.Xét cho cùng, tất cả các sản phẩm nêu trên đều được phát triển từ một ngành công nghiệp trưởng thành để hỗ trợ quang điện.Theo quan điểm của tàu điện ngầm 1500VDC, bộ biến tần xe kéo, thiết bị điện sẽ không trở thành vấn đề lựa chọn, kể cả Mitsubishi, Infineon, v.v. có các thiết bị nguồn trên 2000V, các tụ điện có thể mắc nối tiếp để tăng mức điện áp, và bây giờ là Projoy, v.v. Với việc ra mắt công tắc 1500V, nhiều nhà sản xuất linh kiện khác nhau, JA Solar, Canadian Solar và Trina đều đã tung ra các linh kiện 1500V.Việc lựa chọn toàn bộ hệ thống biến tần sẽ không thành vấn đề.

Từ góc độ của bảng pin, một chuỗi gồm 22 bảng thường được sử dụng cho hệ thống 1000V và một chuỗi bảng cho hệ thống 1500V phải là khoảng 33. Theo đặc tính nhiệt độ của các bộ phận, điện áp điểm nguồn tối đa sẽ vào khoảng 26 -37V.Dải điện áp MPP của các thành phần chuỗi sẽ vào khoảng 850-1220V và điện áp thấp nhất chuyển đổi sang phía AC là 810/1.414=601V.Có tính đến biến động 10% và sáng sớm và đêm, nơi trú ẩn và các yếu tố khác, nó thường được xác định ở khoảng 450-550.Nếu dòng điện quá thấp thì dòng điện sẽ quá lớn và nhiệt lượng sẽ quá lớn.Trong trường hợp biến tần tập trung, điện áp đầu ra khoảng 300V và dòng điện khoảng 1000A tại 1000VDC, điện áp đầu ra khoảng 540V tại 1500VDC và dòng điện đầu ra khoảng 1100A.Sự chênh lệch không lớn nên mức hiện tại của việc lựa chọn thiết bị sẽ không chênh lệch quá nhiều nhưng mức điện áp lại tăng lên.Sau đây sẽ thảo luận về điện áp phía đầu ra là 540V.

Ứng dụng biến tần năng lượng mặt trời 1500V trong nhà máy quang điện

Đối với các nhà máy điện mặt đất quy mô lớn, các nhà máy điện mặt đất là các bộ biến tần nối lưới thuần túy và các bộ biến tần chính được sử dụng là bộ biến tần chuỗi tập trung, phân tán và công suất cao.Khi sử dụng hệ thống 1500V, tổn thất đường dây DC sẽ Giảm, hiệu suất của biến tần cũng sẽ tăng lên.Hiệu suất của toàn hệ thống dự kiến ​​sẽ tăng thêm 1,5%-2%, do sẽ có một máy biến áp tăng áp ở phía đầu ra của biến tần để tăng điện áp tập trung để truyền tải điện lên lưới mà không cần đến Major. thay đổi kế hoạch hệ thống.

Lấy dự án 1MW làm ví dụ (mỗi chuỗi là module 250W)