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1500V光伏系統經濟性分析

從2018年開始,無論國外還是國內,1500V系統的應用比例越來越大。根據IHS的統計,2018年國外大地面電站1500V的應用量超過50%;據初步統計,2018年的第三批領跑者中,1500V的應用比例大約在15%~20%之間。1500V系統是否能有效降低項目的度電成本?本文通過理論計算和實際案例數據兩種電壓等級的經濟性做了對比分析。

一、基本設計方案

為了分析1500V系統的造價水平,采用常規設計方案,按照工程量與傳統1000V系統造價做對比。1、計算前提

1)地面電站,平坦地勢,裝機規模不受土地面積限制;2)項目場址的極端高溫、極端低溫按照40℃、-20℃考慮。3)選用組件、逆變器關鍵參數如下表。表1:雙面光伏組件主要參數

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表2:兩類逆變器主要參數

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2、基本設計方案

1)1000V系設計方案

22塊310W雙面光伏組件組成一個6.82kW支路,2個支路組成一個方陣,240個支路共120個方陣,進入20臺75kW逆變器(直流端1.09倍超配,背面增益按15%考慮,為1.25倍超配),組成一個1.6368MW發電單元。組件按照4*11橫向安裝,前后雙立柱固定支架。

2)1500V系設計方案

34塊310W雙面光伏組件組成一個10.54kW支路,2個支路組成一個方陣,324個支路共162個方陣,進入18臺175kW逆變器(直流端1.08倍超配,背面增益按15%考慮,為1.25倍超配),組成一個3.415MW發電單元。 組件按照4*17橫向安裝,前后雙立柱固定支架。

二、1500V對于初始投資的影響

根據上文的設計方案,對1500V系統和傳統1000V系統的工程量和造價做對比分析如下。表3:1000V系統的投資構成

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表4:1500V系統的投資構成

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通過對比分析發現,與傳統1000V系統相比,1500V系統節約大約0.1元/W的系統成本。

三、1500V對于發電量的影響

計算前提:

采用相同的組件,不會由于組件差異造成發電量差異;假設平坦地形,不會由于地勢變化造成陰影遮擋;

造成發電量差異的主要基于兩個因素:組件和組串間的失配損失、直流線損和交流線損。1、組件和組串間的失配損失單個支路的串聯組件數量由22個提高到34個,由于不同組件之間存在±3W的功率偏差,因此1500V系統組件間的功率損失會增加,但無法做定量計算。單臺逆變器的接入路數由12路提高到18路,但由于逆變器的MPPT跟蹤路數由6路提高到9路,保證2個支路對應1路MPPT,因此組串間的MPPT損失并不會增加。

2、直流和交流線損線損的計算公式Q損=I2R=(P/U)2R= ρ(P/U)2(L/S)1)直流線損的計算表:單個支路直流線損比值

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通過上述理論計算發現,1500V系統的直流線損為1000V系統的0.765倍,相當于減少了23.5%的直流線損。

2)交流線損的計算表:單臺逆變器交流線損比值

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通過上述理論計算發現,1500V系統的直流線損為1000V系統的0.263倍,相當于減少了73.7%的交流線損。

3)實際案例數據由于組件間的失配損失無法進行定量計算,且實際環境比較負責,因此采用實際案例進一步進行說明。本文采用了第三批某領跑者項目的實際發電量數據,數據采集時間為2019年5月~6月,共2個月的數據。表:1000V與1500V系統發電量對比

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從上表中可以發現,在同一項目場址,采用相同組件、逆變器廠家產品,相同的支架安裝方式,在2019年5~6月份期間,1500V系統的發電小時高于1000V系統1.55%。可見,雖然單串組件數量增加,會帶來組件間失配損失增加,但由于可以減少約23.5%的直流線損,約73.7%的交流線損,1500V系統能實現項目發電量提高。

四、綜合分析

通過前文的分析可以發現,1500V系統與傳統1000V系統相比,1)可以節約大約0.1元/W的系統成本;2)雖然單串組件數量增加,會帶來組件間失配損失增加,但由于可以減少約23.5%的直流線損,約73.7%的交流線損,1500V系統提高項目發電量。因此,可以在一定程度上降低度電成本。根據河北能源工程院院長董曉青介紹,該院今年完成的地面光伏項目設計方案中50%以上選用了1500V;預期全國2019年1500V在地面電站的占有率將達到35%左右;2020年會進一步提高。國際著名咨詢機構IHS Markit則給出更加樂觀的預測,在他們發布的1500V年全球光伏市場分析報告,指出未來兩年內全球1500V光伏電站規模突破100GW。

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圖:1500V在全球地面電站中的占比預測

毫無疑問,隨著全球光伏行業去補貼的進程加快,對度電成本的極致追求,1500V作為一種能降低度電成本的技術方案,將得到越來越多的應用。感謝董曉青、商長征、付國輝對本文的貢獻

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