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誰(shuí)來(lái)吹響號(hào)角
氣候和環(huán)境惡化始終催促著新能源和可再生能源革命的進(jìn)程，而新能源和可再生能源的革命的進(jìn)程是依靠技術(shù)的進(jìn)步和成本的下降。以當(dāng)前新能源之光伏的發(fā)展?fàn)顩r，“平價(jià)上網(wǎng)”又一直在倒逼成本的下降，多年來(lái)系統(tǒng)成本的下降是被明確要求和預(yù)測(cè)的!國(guó)家能源局新能源與可再生能源司副司長(zhǎng)梁志鵬及處長(zhǎng)董秀芬在不同場(chǎng)合均說明：到2020年，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)的平價(jià)上網(wǎng);到2025年，實(shí)現(xiàn)發(fā)電側(cè)的平價(jià)上網(wǎng)。唯有能滿足平價(jià)上網(wǎng)的低成本、高產(chǎn)出、高質(zhì)量的電站才能獲得市場(chǎng)機(jī)會(huì)，跑贏這場(chǎng)新能源大賽。
無(wú)論是“領(lǐng)跑者”計(jì)劃的正面激勵(lì)，還是補(bǔ)貼逐年下調(diào)、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的反面刺激，宏觀市場(chǎng)都已吹響了2020年平價(jià)上網(wǎng)的號(hào)角。
面對(duì)降成本的硬指標(biāo)，要么新技術(shù)能物美價(jià)廉，要么就提高系統(tǒng)效率且不增加或降低系統(tǒng)造價(jià)，增加發(fā)電量。因?yàn)橹挥刑岣吡讼到y(tǒng)效率，且降低了系統(tǒng)成本，一個(gè)電站的度電成本才能下降，才能實(shí)現(xiàn)有效的降成本。筆者認(rèn)為，唯有以打造一個(gè)“多快好省”的光伏電站的思想出發(fā)，才能真正有效迎接市場(chǎng)的需求。多，就是要多發(fā)電，系統(tǒng)效率要高;快，就是要技術(shù)快實(shí)現(xiàn)，能很快在系統(tǒng)中使用，白貓黑貓，先選能抓老鼠的貓;好，就是要質(zhì)量好，LCOE能經(jīng)得起市場(chǎng)和時(shí)間的考驗(yàn);省，就是要成本低，能有效降低系統(tǒng)成本。
反觀現(xiàn)有的技術(shù)路線，技術(shù)的進(jìn)步包含著組件的效率提升、雙面及雙玻發(fā)電組件的應(yīng)用(以英利、天合光能等為代表)、1500V系統(tǒng)的組件、逆變器及對(duì)應(yīng)的電氣設(shè)備的應(yīng)用、鋁合金電纜的應(yīng)用、單晶硅組件的性能提升、薄膜組件的性能提升及自清潔玻璃膜(萊恩創(chuàng)科)等等，由于市場(chǎng)認(rèn)知及價(jià)格問題，需要一定的時(shí)間來(lái)接受這些技術(shù)，都還未能在目前階段稱為“多快好省”的典范，而唯有1100V系統(tǒng)，在現(xiàn)有階段就能成為這吹響平價(jià)上網(wǎng)的第一號(hào)角，而其他新技術(shù)的應(yīng)用成為。其優(yōu)點(diǎn)在于：
電壓升級(jí)降低系統(tǒng)成本
根據(jù)電力學(xué)最基本公式P(電功率)=U(電壓)*I(電流)，當(dāng)功率一定的情況下，電壓提升N倍，電流將下降到1/N。在電力傳輸過程中所涉及的線纜功率損耗、功率部件成本和配電部件成本在電流下降后都會(huì)跟著下降，電壓越高，損耗越小。
1100V系統(tǒng)比1000V系統(tǒng)電壓提高了1.1倍，直流側(cè)輸入電壓提高后，光伏組件(以多晶60片電池片計(jì)算)的單串?dāng)?shù)量從原來(lái)的22塊擴(kuò)充到24塊，子串?dāng)?shù)量減少，逆變器、匯流箱以及直流側(cè)線纜的用量也隨之減少，且減少的線損還能充分提升輸出電量。簡(jiǎn)而言之，就是用的設(shè)備少了，發(fā)電量還提升了，可謂有效降低系統(tǒng)成本。
1100V系統(tǒng)是將組件單串?dāng)?shù)量增加至24塊 ，組串輸入電壓達(dá)到700V~750V，逆變器效率提高0.3~0.4%，而當(dāng)組串輸入電壓達(dá)到720V時(shí)，逆變器效率最高。以一個(gè)實(shí)際的光伏電站實(shí)測(cè) ，24塊相對(duì)22塊發(fā)電量提升0.31%，晴天提升0.38%。
此外，相比1000V，24塊一串1100V方案線纜用量減少，且1MW子陣線損減少0.08%;24塊一串在地面電站有支架的系統(tǒng)中，支架成本也會(huì)對(duì)應(yīng)減少一些。
1100V方案已經(jīng)成熟
整個(gè)光伏系統(tǒng)中主要有3個(gè)部分和直流系統(tǒng)電壓相關(guān)，電池組件，直流線纜，逆變器，系統(tǒng)圖如下：
圖1：光伏電站系統(tǒng)框圖
1，電池組件系統(tǒng)電壓對(duì)電池組件的影響，主要體現(xiàn)在電池片對(duì)組件邊框的電壓上，由于組件邊框都需要接地，那就是對(duì)大地的電壓上。
如圖1所示，正常運(yùn)行的系統(tǒng)中，對(duì)于浮地系統(tǒng)，電池正/負(fù)極對(duì)地電壓只有系統(tǒng)電壓50%左右，對(duì)于接地系統(tǒng)，電池正/負(fù)極對(duì)地電壓等于系統(tǒng)電壓。
單電池組件在標(biāo)準(zhǔn)條件下開路電壓一般在38V(60 cells)，46V(72 cells)左右，隨著串?dāng)?shù)的增加組件電壓不會(huì)變化，而組件對(duì)大地(邊框)的電壓隨著串?dāng)?shù)增加會(huì)線性增加。所以系統(tǒng)電壓對(duì)于組件的風(fēng)險(xiǎn)主要取決于電池片對(duì)邊框的電壓。
在IEC標(biāo)準(zhǔn)中跟組件系統(tǒng)電壓相關(guān)的，主要有以下參數(shù)的要求：
1> IEC61215：主要是一些測(cè)試參數(shù)上的改變，例如絕緣耐壓測(cè)試、濕漏電測(cè)試，背板局部放電測(cè)試等;
2> IEC61730-1：主要是針對(duì)更高等級(jí)系統(tǒng)電壓對(duì)應(yīng)的空氣間隙和爬電距離提出了更高要求等，對(duì)組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出來(lái)了更高的安全要求;
3> IEC61730-2：主要是一些安規(guī)測(cè)試參數(shù)上的改變，例如絕緣耐壓測(cè)試、脈沖電壓測(cè)試等;
這些電壓參數(shù)的測(cè)試主要變更點(diǎn)為電氣安全相關(guān)的測(cè)試，其他測(cè)試如老化、力學(xué)測(cè)試沒有變化。
GBT50797-2012光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，組串最大接入組件數(shù)量要根據(jù)光伏組件工作條件下的極限低溫。當(dāng)前根據(jù)歷史最低極限溫度，按照組件在1000W/m2光照下的開路電壓計(jì)算，不超過1000V;按照國(guó)內(nèi)西部地區(qū)最低-30℃和常用多晶硅電池板計(jì)算，最多22塊串聯(lián)。但實(shí)際組件開路電壓要考慮輻照和溫升的影響。
當(dāng)前常規(guī)開路電壓評(píng)估方法根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖畹蜆O限溫度，按照組件在1000W/m2光照下的開路電壓計(jì)算。實(shí)際運(yùn)行中最低溫度時(shí)輻照在100W/m2以下，輻照達(dá)到1000W/m2時(shí)組件溫升30~40℃，實(shí)際組串全天最大開路電壓時(shí)，輻照低于1000W/m2、溫度高于歷史極限低溫，而輻照降低，溫度升高都將導(dǎo)致組串開壓降低。所以，修正輻照和溫升后，組件開路電壓較當(dāng)前主流算法低80V以上。
從組件耐壓性考慮，其可靠性和安全性因素包括電池結(jié)構(gòu)(電氣間隙)、背板、接線盒、連接器等。其中組件、接線盒、連接器的電氣間隙和爬電距離相對(duì)IEC61215標(biāo)準(zhǔn)有較大富裕。
在浮地系統(tǒng)中，當(dāng)組串的正負(fù)極有接地故障，會(huì)導(dǎo)致電池組件對(duì)地電壓等于系統(tǒng)電壓，目前國(guó)內(nèi)有技術(shù)領(lǐng)先的逆變器廠家會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)直流側(cè)的對(duì)地絕緣情況，一旦發(fā)現(xiàn)絕緣問題，會(huì)將組串進(jìn)行短路處理，讓系統(tǒng)電壓降到0，消除過電壓和漏電風(fēng)險(xiǎn)。
所以系統(tǒng)電壓即使超過1000V(1100V以內(nèi))在浮地系統(tǒng)中使用當(dāng)前的1000V組件并沒有可靠性問題。
另外，目前階段無(wú)論是含氟背板還是氟碳涂料背板(包括PVF/PET/PVF/PVDF/PET/PVDF PTFE/PET/ PTFE等)，其背板材料分為1000V系統(tǒng)和1500系統(tǒng)，而基本上包括中來(lái)、眀冠、臺(tái)宏、福斯特等背板耐壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均大于1200V。在1100V系統(tǒng)上，基本上不需要重新研發(fā)就可以使用，但是需要取得對(duì)應(yīng)的認(rèn)證。
目前，國(guó)內(nèi)包括英利、愛康、晶科、中利科技、比亞迪等組件廠商已經(jīng)推出了1100V的系統(tǒng)方案，也推出相對(duì)應(yīng)的1100V組件，后面有更多的組件廠家正在做1100V認(rèn)證和準(zhǔn)備認(rèn)證中。
2，直流線纜
光伏直流線纜耐壓參考標(biāo)準(zhǔn)《2Pfg 1169/08.2007 Requrements for cables for use in photovoltaic-system》，可滿足1100V電壓的需求。
在標(biāo)準(zhǔn)中有如下的標(biāo)注：系統(tǒng)的工作電壓可能會(huì)永久超過額定電壓的20%。電纜可在電壓值高于額定電壓20%的情況下操作，只要該額定電壓不小于系統(tǒng)的額定電壓。
而對(duì)于額定電壓，在1000V的定義中如下：
交流U0/U 0,6/1 kV (相對(duì)地電壓/相對(duì)相)1.8千伏直流(導(dǎo)線-導(dǎo)線，非接地系統(tǒng)，非負(fù)載條件下電路)。
如果在直流系統(tǒng)中使用電纜，兩個(gè)導(dǎo)體之間的額定電壓應(yīng)不得超過電纜額定電壓U 的1.5倍值。在單相接地直流系統(tǒng)中，此值應(yīng)乘以因數(shù)0.5。
對(duì)于浮地系統(tǒng)來(lái)說，額定電壓為0.6/1kV的線纜可支持直流系統(tǒng)電壓在開路時(shí)達(dá)到1.8kV，在帶載時(shí)1.2KV要求，因此，可滿足1100V系統(tǒng)中使用。
3, 逆變器
在逆變器方面，相比1500V系統(tǒng)，1100V系統(tǒng)只是把電壓提升了1.1倍，而且僅在極端低溫下存在這種情況，這對(duì)逆變器廠商來(lái)說，將開路電壓達(dá)到1100V的耐壓，并不是難事。逆變器內(nèi)部的器件均滿足1100V系統(tǒng)的耐壓要求。考慮到直流單相接地故障也不能損壞組件，要求使用1000V組件的系統(tǒng)中，逆變器能夠檢測(cè)到絕緣故障并能消除高電壓風(fēng)險(xiǎn)。在歐洲和美國(guó)的一些主流廠家中，包括SMA、POWERONE、KAKO、GE，國(guó)內(nèi)廠家如華為、陽(yáng)光等，均已經(jīng)推出了1100V逆變器,而部分美國(guó)逆變器廠商推出了1250V系統(tǒng)。
可以說1100V方案在降低成本的同時(shí)仍可繼續(xù)使用符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，對(duì)應(yīng)的組件、線纜、逆變器均能夠滿足要求。
基于此，1100V方案不需要升級(jí)特定的設(shè)備，相比1000V方案，初始投資成本進(jìn)一步降低。經(jīng)過測(cè)算，1100V系統(tǒng)24塊一串設(shè)計(jì)方案，相比1000V系統(tǒng)，初始成本可降低約0.06元/W，同時(shí)發(fā)電量提升3%左右(比集中式)，每年增值0.07元/W，100MW 25年增值1.9億。
遠(yuǎn)有2020實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)平價(jià)上網(wǎng)的目標(biāo)要求，近有成本收益的現(xiàn)實(shí)核算，面對(duì)降本的現(xiàn)實(shí)壓力，光伏行業(yè)的競(jìng)賽結(jié)果終將取決于新技術(shù)。從目前來(lái)看，1100V系統(tǒng)成本、發(fā)電量?jī)?yōu)于1000V系統(tǒng)，而在產(chǎn)業(yè)鏈配套、核心部件、技術(shù)成熟度以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范上和1000V系統(tǒng)基本保持不變，是現(xiàn)有情況下最佳的理想方案，這也是目前一些大型光伏電站開發(fā)商青睞于1100V系統(tǒng)的原因，也使得1100V系統(tǒng)現(xiàn)階段最有可能取得突破，成為平價(jià)上網(wǎng)吹響的第一聲號(hào)角。
原標(biāo)題：光伏平價(jià)上網(wǎng)的第一聲號(hào)角:從1100V開始
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