長久以來，高額的光伏發(fā)電成本始終是制約光伏產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的障礙之一。如何有效降低光伏系統(tǒng)的成本、提高發(fā)電效率仍將是未來光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心課題。目前，主流的光伏組件及配套部件均是基于直流端1000V的電壓要求設(shè)計和制造的，其發(fā)電成本和發(fā)電效率還難以滿足大型光伏電站和大容量發(fā)電設(shè)備的需求, 因此開發(fā)1500V相關(guān)光伏產(chǎn)品已經(jīng)是一種趨勢。
1500V電壓標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢
1500V耐高壓組件和配套電氣設(shè)備意味著更低的系統(tǒng)成本，更高的發(fā)電效率，即將成為光伏行業(yè)的新寵。
直流側(cè)輸入電壓提高后，每串可連接更多組件，可增加50%的組串長度，接到逆變器的直流纜線使用量減少，匯流箱逆變器的數(shù)量也可相應(yīng)減少，同時, 匯流箱、逆變器、變壓器等電氣設(shè)備功率密度提升，體積減小，運輸、維護(hù)等方面工作量也減少，有利于光伏系統(tǒng)成本的降低。
從系統(tǒng)的角度來看，更高的輸入、輸出電壓等級，可以降低交直流側(cè)線損及變壓器低壓側(cè)繞組損耗，電站的系統(tǒng)效率預(yù)期可以提升1.5-2%。
1500V電壓標(biāo)準(zhǔn)的挑戰(zhàn)
1500V系統(tǒng)電壓會降低電氣的安全性和可靠性，同時增大PID等風(fēng)險。因此制作1500V光伏組件主要考慮背板局放、電連接器和電絕緣等影響組件可靠性和安全性的因素，其難點主要在材料選取上，例如企業(yè)要選擇質(zhì)量更佳、要求更為嚴(yán)格和苛刻的接線盒、背板、連接器等。
1500V系統(tǒng)電壓對逆變器要求更高，主要考慮絕緣，電氣間隙以及電壓升高后可能帶來擊穿放電等問題，因此逆變器需要采用更復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計和更高電壓等級的功率器件以及直流開關(guān)設(shè)備。
電壓等級升至1500V后，對系統(tǒng)的安全性能要求也更高了，直流電和交流電不同，沒有過零點，一旦出現(xiàn)漏電，將會造成大的事故。因此選擇一款合適的1500V直流開關(guān)對提升整個系統(tǒng)的安全性至關(guān)重要。
1500V電壓標(biāo)準(zhǔn)前景
自2013年開始，各大光伏組件廠商紛紛將重點轉(zhuǎn)至1500V光伏組件的研發(fā)，目前阿特斯、天合、晶澳等均已開發(fā)1500V組件，華為、陽光、追日均在研發(fā)針對1500V系統(tǒng)的逆變器。據(jù)悉，國際電工委員會(IEC)推出的1500V組件試行標(biāo)準(zhǔn)在不久的將來必將過渡為強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。各方消息表明，未來1500V必將成為一個新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，1500V相對于1000V的系統(tǒng)電壓有了質(zhì)的飛躍，意味著光伏組件及零部件必須滿足比現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)高得多的技術(shù)要求和質(zhì)量要求。
直流開關(guān)在光伏系統(tǒng)應(yīng)用中的重要性及如何選型?
光伏直流開關(guān)是光伏系統(tǒng)應(yīng)用中的重要保護(hù)器件, 直接影響到光伏系統(tǒng)的安全可靠運行。從而影響整個光伏系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)電和收益，尤其是在直流1500V光伏系統(tǒng)中，保障光伏系統(tǒng)能夠安全，穩(wěn)定，可靠運行，以及在安全維修 系統(tǒng)運維 安裝調(diào)試過程中, 選擇一款合適的直流開關(guān)的重要性將不言而喻。
德國、荷蘭等強(qiáng)制要求逆變器制造商標(biāo)配內(nèi)置直流開關(guān)，英國 印度 澳洲等更強(qiáng)制規(guī)定光伏系統(tǒng)一定要安裝外置直流開關(guān)，隨著國內(nèi)光伏政策的明晰，光伏電站新增安裝的逐年增加，尤其是目前分布式光伏系統(tǒng)的啟動，個人住戶屋頂光伏系統(tǒng)的安裝將越來越流行。目前國內(nèi)市場所謂的光伏直流開關(guān)多是一些交流開關(guān)或其改進(jìn)產(chǎn)品，不是真正應(yīng)用在光伏系統(tǒng)中的具有安全滅弧、高功率切斷的直流開關(guān)。這些交流開關(guān)的滅弧能力、額定帶載切斷功率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，容易導(dǎo)致過熱、漏電和火花，嚴(yán)重時甚至燒毀掉整個光伏電站。所以選擇合格的光伏直流開關(guān)將至關(guān)重要。
直流側(cè)1500V系統(tǒng)電壓作為全新的技術(shù)理念，需要逆變器、線纜等部件廠家的共同參與和配合。其中，直流開關(guān)是光伏系統(tǒng)安全性保障的最重要部件，其工作電流電壓也將對系統(tǒng)選型產(chǎn)生影響。直流開關(guān)的電壓和電流由需要斷開的光伏陣列的串電壓和并電流決定，因此，在系統(tǒng)選型中，需要先確認(rèn)系統(tǒng)電流電壓，然后選擇合適的光伏直流開關(guān)。一般光伏系統(tǒng)的電壓可能達(dá)到1000V，未來或?qū)⑦_(dá)到1500V，需要斷開的電流根據(jù)組件的品牌和功率、光伏系統(tǒng)連接方式是多串并聯(lián)還是多串獨立連接(多路MPPT)而不同。
由于1500V系統(tǒng)電壓設(shè)計將成為主流趨勢，未來在系統(tǒng)選型中需要關(guān)注直流開關(guān)電壓設(shè)計。而目前市面上一般品牌的直流開關(guān)都可以斷開1000V的系統(tǒng)直流電壓，但是很少有可以斷開1500V的直流輸入。從各大直流開關(guān)了解到的最新數(shù)據(jù)顯示，國外能提供1500V最大直流電壓的開關(guān)制造商只有IMO等少數(shù)品牌，國內(nèi)目前僅PROJOY(蘇州普兆)一家。
據(jù)悉，普兆最新的PEDS系列及IMO SI系列光伏專用直流開關(guān)最大直流電壓可達(dá)1500V，歐洲某直流開關(guān)X100系列最大直流電壓為1000V，X60系類最大直流電壓僅為600V。
圖1：PROJOY/IMO/歐洲某廠家相關(guān)數(shù)據(jù)對比
更高的系統(tǒng)電壓除了對直流開關(guān)電壓電流作出新的要求，同時也對開關(guān)的工作溫度，IP等級都有了更高要求。普兆PEDS系列開關(guān)可在-25℃~+70℃環(huán)境溫度下滿載工作，IMO SI系列開關(guān)工可在-40°C ~ + 65°C環(huán)境下工作。而歐洲某廠家系列開關(guān)僅在-20°C ~ + 70°C下工作。同時，防護(hù)等級看，普兆PEDS開關(guān)可達(dá)IP66等級，國內(nèi)暫時還沒有其他開關(guān)廠家能夠做到這樣的防護(hù)等級。
光伏直流開關(guān)作為一個光伏行業(yè)很小的分支，也許并沒有得到足夠的重視，但直流開關(guān)在整個光伏系統(tǒng)中的地位不言而喻。只有不斷洞悉行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)，才能更好的為整個系統(tǒng)服務(wù)。
由于1500V直流接入的優(yōu)勢明顯，1500V直流系統(tǒng)在地鐵和風(fēng)電直流母線中已經(jīng)有成熟的應(yīng)用，未來1500V的光伏系統(tǒng)一定會得到光伏電站投資者的青睞。另外隨著酒泉湖南±800千伏特高壓直流輸電工程開工，標(biāo)志著我國特高壓電網(wǎng)進(jìn)入全面提速、大規(guī)模建設(shè)的新階段。光伏發(fā)電本身的直流輸出特性必將是未來光伏高壓直流接入到特高壓或高壓直流輸電系統(tǒng)、以及低壓直流組網(wǎng)或柔性直流配電課題中的熱門研究和研討方向。高壓產(chǎn)品必將會成為今后的技術(shù)趨勢，這對組件廠商、逆變器制造商、乃至直流開關(guān)制造商都將是新的技術(shù)挑戰(zhàn)。
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