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1500V光伏系统经济性分析

从2018年开始,无论国外还是国内,1500V系统的应用比例越来越大。根据IHS的统计,2018年国外大地面电站1500V的应用量超过50%;据初步统计,2018年的第三批领跑者中,1500V的应用比例大约在15%~20%之间。1500V系统是否能有效降低项目的度电成本?本文通过理论计算和实际案例数据两种电压等级的经济性做了对比分析。

一、基本设计方案

为了分析1500V系统的造价水平,采用常规设计方案,按照工程量与传统1000V系统造价做对比。1、计算前提

1)地面电站,平坦地势,装机规模不受土地面积限制;2)项目场址的极端高温、极端低温按照40℃、-20℃考虑。3)选用组件、逆变器关键参数如下表。表1:双面光伏组件主要参数

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表2:两类逆变器主要参数

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2、基本设计方案

1)1000V系设计方案

22块310W双面光伏组件组成一个6.82kW支路,2个支路组成一个方阵,240个支路共120个方阵,进入20台75kW逆变器(直流端1.09倍超配,背面增益按15%考虑,为1.25倍超配),组成一个1.6368MW发电单元。组件按照4*11横向安装,前后双立柱固定支架。

2)1500V系设计方案

34块310W双面光伏组件组成一个10.54kW支路,2个支路组成一个方阵,324个支路共162个方阵,进入18台175kW逆变器(直流端1.08倍超配,背面增益按15%考虑,为1.25倍超配),组成一个3.415MW发电单元。 组件按照4*17横向安装,前后双立柱固定支架。

二、1500V对于初始投资的影响

根据上文的设计方案,对1500V系统和传统1000V系统的工程量和造价做对比分析如下。表3:1000V系统的投资构成

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表4:1500V系统的投资构成

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通过对比分析发现,与传统1000V系统相比,1500V系统节约大约0.1元/W的系统成本。

三、1500V对于发电量的影响

计算前提:

采用相同的组件,不会由于组件差异造成发电量差异;假设平坦地形,不会由于地势变化造成阴影遮挡;

造成发电量差异的主要基于两个因素:组件和组串间的失配损失、直流线损和交流线损。1、组件和组串间的失配损失单个支路的串联组件数量由22个提高到34个,由于不同组件之间存在±3W的功率偏差,因此1500V系统组件间的功率损失会增加,但无法做定量计算。单台逆变器的接入路数由12路提高到18路,但由于逆变器的MPPT跟踪路数由6路提高到9路,保证2个支路对应1路MPPT,因此组串间的MPPT损失并不会增加。

2、直流和交流线损线损的计算公式Q损=I2R=(P/U)2R= ρ(P/U)2(L/S)1)直流线损的计算表:单个支路直流线损比值

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通过上述理论计算发现,1500V系统的直流线损为1000V系统的0.765倍,相当于减少了23.5%的直流线损。

2)交流线损的计算表:单台逆变器交流线损比值

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通过上述理论计算发现,1500V系统的直流线损为1000V系统的0.263倍,相当于减少了73.7%的交流线损。

3)实际案例数据由于组件间的失配损失无法进行定量计算,且实际环境比较负责,因此采用实际案例进一步进行说明。本文采用了第三批某领跑者项目的实际发电量数据,数据采集时间为2019年5月~6月,共2个月的数据。表:1000V与1500V系统发电量对比

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从上表中可以发现,在同一项目场址,采用相同组件、逆变器厂家产品,相同的支架安装方式,在2019年5~6月份期间,1500V系统的发电小时高于1000V系统1.55%。可见,虽然单串组件数量增加,会带来组件间失配损失增加,但由于可以减少约23.5%的直流线损,约73.7%的交流线损,1500V系统能实现项目发电量提高。

四、综合分析

通过前文的分析可以发现,1500V系统与传统1000V系统相比,1)可以节约大约0.1元/W的系统成本;2)虽然单串组件数量增加,会带来组件间失配损失增加,但由于可以减少约23.5%的直流线损,约73.7%的交流线损,1500V系统提高项目发电量。因此,可以在一定程度上降低度电成本。根据河北能源工程院院长董晓青介绍,该院今年完成的地面光伏项目设计方案中50%以上选用了1500V;预期全国2019年1500V在地面电站的占有率将达到35%左右;2020年会进一步提高。国际著名咨询机构IHS Markit则给出更加乐观的预测,在他们发布的1500V年全球光伏市场分析报告,指出未来两年内全球1500V光伏电站规模突破100GW。

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图:1500V在全球地面电站中的占比预测

毫无疑问,随着全球光伏行业去补贴的进程加快,对度电成本的极致追求,1500V作为一种能降低度电成本的技术方案,将得到越来越多的应用。感谢董晓青、商长征、付国辉对本文的贡献

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