1500V系统电压光伏发电技术研究

孟庆平 杨爱静

摘 要：为在诸多新的光伏技术中，1500V系统是目前最成熟和最具有应用价值的一种技术。因此开发1500V相关光伏产品，研究1500V电压光伏系统从而有效降低光伏系统的成本、提高发电效率是近几年光伏产业发展的一个重要课题。

关键词：光伏发电；系统电压；技术标准

一、我国光伏发电应用技术现状

截至2017年，我国已经成为全球光伏发电装机容量最大的国家，随着光伏电站建设规模的不断扩大，对光伏电站从设计、安装以及运维全过程都提出了优化措施，从而不断提升光伏系统发电效率。目前提升光伏系统常用的措施包括：一是使用高质量的太阳能组件。二是严格分选组件功率、电流档，减少组合损失。三是通过优化接线方式或提升系统电压可以有效的降低电流传输过程中所带来的损耗。四是采用倾角可调支架。五是优化逆变器选型。六是加强实时监测，及时处理故障。七是定期对组件清洁维护。在上述提升系统发电效率的方法中，提高系统电压是最主要的手段之一，相比其他方法，提高系统电压一方面可以有效降低直流侧的线缆损失，另一方面可以提早启动逆变器，延长逆变器的工作时间，降低系统的弱光损失。同时提升光伏电站系统电压可以节约电站建設成本，助推上下游关键设备技术升级，顺应国家对光伏产业的发展趋势和要求。

二、1500V电压光伏发电系统分析

（一）1500V系统电压的发展历程

一直以来光伏产品的系统电压就在不断的提高之中。十五年前，600V的系统电压是组件的主流产品，5年前至今，1000V的系统电压是整个产业的系统电压标准。而在最近的几年，随着光伏技术、材料技术的不断创新，电池的效率、材料的绝缘等级、制造工艺技术都有了突飞猛进，可以实现让更高的系统高电压成为可能。目前，1500V等级系统的系统电压已经成为趋势。从系统的角度来看，更高的输入、输出电压等级，可以降低交直流侧线损及变压器低压侧绕组损耗，电站的系统效率预期可以提升1.5-2%。在度电成本如此苛求的现实下，任何一个可以降低成本的机会都会被行业重视，更何况当前技术的发展已经让1500V成为可能。

（二）1500V光伏发电系统现状

并网光伏电站是个系统结构，包含了光伏组件和诸多电气设备，因此光伏电站系统电压从1000V提升到1500V，需要组件及所有电气设备产品的升级以及整体光伏系统的优化。下面着重对1500V光伏组件、1500V逆变器等主要设备进行分析。

1.1500V系统光伏组件技术现状。光伏组件是光伏系统的发电单元，也是整个光伏系统中最核心的器件，光伏电站系统电压从1000V提升到1500V后，这就对光伏组件设计及材料选型提出更高的技术要求。1500V光伏组件经过几年的技术发展，目前来看组件原材料、工艺等都已经基本成熟，国内一线组件厂家都已经掌握1500V光伏组件的技术，而且大部分厂家都已经通过了相应的检测认证测试，具备1500V光伏组件的生产能力。

2.1500V系统电气设备技术现状。目前现有光伏系统电气设备都是按照1000V进行设计，一旦系统电压提升到1500V，所有电气设备设计和制造都需要按照相应的电压等级进行修改。对于电气设备而言，增加设备耐压等级主要通过选用更高电压等级的元器件，如断路器、保险丝、电容器以及线缆等即可实现，相对而言较为容易实现，目前所有电气设备均已有多家设备供应商可提供相应产品。

3.1500V电压光伏系统现状。1500V光伏系统目前还处在推动的起始阶段，随着全生命周期度电成本、平价上网等理念的普及，1500V电压系统已成光伏行业共识的未来发展方向。因为将直流系统电压从1000V提升到1500V，将有助于光伏电站系统效率提升（设备和线路损耗降低）及系统成本下降（平衡系统设备成本、安装成本等减少），从而促进光伏发电度电成本的显著下降。但更高的系统电压也给光伏电站带来的更高的电击危险、火灾隐患、PID风险等。1500V光伏系统的优势已逐步被行业接受，但作为系统性创新技术，1500V标准体系尚不健全，安全性、可靠性等也有待提高。

三、1000V与1500V电压光伏发电系统对比分析

对两种电压系统就投资成本、发电效率、市场层面、技术标准等几个方面进行对比分析如下：

（一）投资成本对比来看。1500V光伏系统相比传统的1000V光伏系统，可以大幅减少汇流箱、逆变器等电气设备的数量，其初始投资成本更低，而且电气设备的减少意味着光伏系统的故障点减少，意味着光伏电站后期运维成本的下降。从目前市场投资成本测算来看，可在不考虑安装、土地及运维成本的情况下。1500V系统电压比1000V系统电压的电站建设单位成本低0.138元/瓦，其中电缆节省成本最多，在实际建设过程中，成本还可进一步下降。

（二）系统发电效率对比来看。1500V电压光伏系统可以有效降低光伏系统的直流线缆和交流线缆损失，从而提升光伏系统的发电效率。通过软件仿真模拟，1000V电压光伏系统的直流和交流线缆损失分别为0.7%和0.5%，总损失为1.2%，而1000V电压光伏系统的直流和交流线缆损失分别为0.3%和0.2%，总损失为0.5%。

（三）从市场层面来看。目前1500V系统关键产品，如光伏组件、汇流箱、逆变器等设备都已完成技术储备，相应产品也都通过了相关的检测认证测试，均已有相应的产品。但大部分仍达不到量产水平，1500V系统尚处于示范阶段，未形成一定市场，1500V系统大范围推广还需要时间。

（四）从技术标准来看。现有光伏系统大都采用1000V电压，相应的零部件产品和系统标准较为成熟，而1500V的标准认证体系不健全，目前的1500V产品认证一般采用已有的标准，将测试电压加大至1500V进行试验。但随着1500V光伏系统的示范应用，国际IEC标准和我国相关机构正在积极开展1500V系统标准的制定，预计近期就陆续有相应标准出台。

四、结论

（一）开展1500V光伏产品技术开发，加强1500V系统技术储备。1500V光伏系统由于其更低的投资成本和更高的系统效率，必将成为光伏发电的发展方面。目前1500V光伏系统相应的光伏组件、电气设备都已经拥有相应产品，且大部分企业产品已经通过检测机构的认证测试，但1500V系统尚处于示范阶段，尚未实现大规模应用。应在各个环节开展1500V光伏产品的技术开发，加强1500V光伏系统的技术储备。

（二）建立1500V光伏系统示范电站，开展系统实证对比分析。目前1500V光伏系统尚属于新事物，大部分系统器件完全没有达到中试，都是小试阶段，各个项目的实施也都是在示范阶段，对于1500V系统与现有1000V的对比分析也大都基于理论分析和仿真模拟，缺乏相应的实际测试数据。建议积极开展1500V光伏系统示范电站的建设，并对实际运行数据进行比对，从而分析两种电压对系统发电效率的影响，一方面为后期大规模应用提供数据支持，另一方面也做好1500V光伏系统的技术储备。

（三）积极参与1500V系统标准制定。1500V光伏系统作为一个新鲜事物，相关认证标准、规范（主要指组件）尚未正式出台，目前的1500V产品认证一般采用已有的标准，将测试电压加大至1500V。为规范及合理引导1500V系统的发展及推动，光伏行业正在加快1500V系统相关标准的制定，应积极参与1500V系统标准的制定，一方面掌握1500V光伏系统标准和技术最新情况，另一方面提升在光伏行业的话语权。

参考文献：

[1]光伏发电系统综合量化评价体系探讨[J].王斯成.太阳能.2018（03）

[2]光伏发电发展趋势分析[J].张志.现代物业（中旬刊）.2018（01）

[3]高效光伏并网发电系统关键技术整体达国际先进水平[J].设备管理与维修.2016（12）