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編者按：2016年，中國以突破34GW的年總裝機量連續(xù)四年領跑全球光伏市場。除了炙手可熱的裝機熱潮以外，業(yè)界也在不斷探討，如何以更先進的技術讓光伏的發(fā)電成本持續(xù)下降，同時優(yōu)化發(fā)電效率。

直流1500V電壓系統(tǒng)相比常規(guī)的1000V系統(tǒng)，可以減少直流側組串數(shù)，從而減少光伏電纜用量和直流匯流箱數(shù)量，降低直流線路損耗，減少安裝成本。同時，電流不變的前提下提升電壓，意味著匯流箱、逆變器等電氣設備單位功率密度的提高，從系統(tǒng)上降低光伏發(fā)電成本，提高系統(tǒng)發(fā)電效率。從全球市場來看，北美和歐洲的大部分系統(tǒng)也正逐步向直流1500V遞進。 那么，直流1500V系統(tǒng)對光伏逆變器及其他核心部件設計提出了怎樣的技術挑戰(zhàn)?器件制造商該如何應對?TÜV萊茵大中華區(qū)太陽能及燃料電池技術服務經(jīng)理戴建偉先生就此話題為業(yè)界提供了應對思路和解決方案。

直流1000V和1500V系統(tǒng)要求，差異在哪里?

IEC/EN 62109-1/2標準具體規(guī)范了光伏逆變器的安全要求，涉及七大危害防護：電氣、機械、過溫、防火、化學、噪聲、液體氣體爆炸危險。直流1000V和1500V系統(tǒng)安全設計要求的區(qū)別主要集中在電氣安全。

標準規(guī)定，安全可觸及部分和危險電壓部分必須要有可靠的防護以確保安全。防護方式有以下4種：

1、隔離防護

2、高阻防護

3、限壓防護

4、接地保護

那么，相對于1000V系統(tǒng)，怎樣的防護才能滿足1500V系統(tǒng)的要求?

隔離防護是利用電氣間隙和爬電距離來阻隔危險電壓對人接觸安全可觸及部分時造成的觸電危險，是電氣安全防護中常用且可靠的方式。

TÜV萊茵指出，在電氣間隙的要求上直流1000V和1500V沒有差異。但是，直流1500V系統(tǒng)的爬電距離要求比1000V系統(tǒng)提高較多，對現(xiàn)有的逆變器及相關器件的安全設計造成一定挑戰(zhàn)，詳見下表： 針對爬電距離要求升級的安全防護設計解決方案

爬電距離的提升對逆變器及器件制造商來說是個很大的挑戰(zhàn)，有沒有好的辦法可以解決?TÜV萊茵提出了一種有效的解決方案：

標準明確定義了影響爬電距離的四大因素：污染等級、工作電壓、絕緣材料組別和絕緣類型。其中降低污染等級可以大幅降低爬電距離的限值要求，是可以滿足標準要求的可行措施，而灌膠與涂層就是降低污染等級的有效手段。

使用灌膠與涂層后，改變非常明顯。從下表可以看到，由于污染等級從2類變?yōu)?類在直流1500V系統(tǒng)中，基本絕緣和加強絕緣的限值分別從之前的15mm和30mm降到了5.2mm和10.4mm。 評估灌膠與涂層的關鍵測試有哪些?

根據(jù)IEC 60664-3，評估灌膠與涂層有以下關鍵測試：

1)目檢。這不是純粹依靠肉眼就能完成，測試需要將PCB板放大10倍后，檢查灌膠與涂層材料是否有膨脹、起泡、裂痕、與底部基材脫離等不滿足要求的情況;

2)低溫測試：-25℃，或以產(chǎn)品說明書定義的最低使用溫度，持續(xù)96個小時;

3)干熱測試：125℃，或以產(chǎn)品說明書定義的最低使用溫度，持續(xù)1000小時;

4)快速溫變測試：50個循環(huán)/單個循環(huán)1小時/溫變速度≤30秒;

5)靜態(tài)電壓下的濕熱測試：40℃/93%濕度、持續(xù)時間96小時;

6)附著力測試：考核涂層與PCB板基材的結合程度;

7)潮態(tài)處理：40℃/93%濕度、持續(xù)48小時;

8)絕緣電阻測試;

9)耐壓測試; (灌膠與涂層的測試項目)

如果能夠順利通過測試，則可以認定該灌膠與涂層符合標準要求。

TÜV萊茵指出，提高絕緣材料組別也是降低爬電距離限值要求的另一種方式，但此種方式存在以下問題：

1.高組別的絕緣材料對廠商來說意味著更高的成本;

2.逆變器結構復雜，涉及的絕緣材料多種多樣，如采用隨機測試的方式進行驗證，需要提供標準試樣的種類和數(shù)量較多，一些元件的絕緣材料試樣比較難以獲得，例如光耦;

3.即便所有種類的絕緣材料全部符合了所要求的絕緣組別要求，一旦廠商需要更換某個涉及絕緣的零部件，新增的可選零部件仍需提供絕緣試樣進行隨機測試;

4.即使采用最高組別的絕緣材料CTI ≥600，其對應的爬電距離限值仍高于污染等級為1時的爬電距離要求，達到基本絕緣7.5mm和加強絕緣15mm;

相比較而言，采取降低污染等級的方式，雖然前期認證成本較高，但對廠商而言，后期的維護成本較低，增加的成本只涉及灌膠/涂層的材料，不影響其它元器件的更換。

直流1500V系統(tǒng)中的零部件選擇要求

TÜV萊茵指出所有的相關器件需要具備IEC或EN相關標準的TÜV或相關認證，額定工作電壓必須符合直流1500V的規(guī)格要求。以下是分別針對防雷裝置、直流側保險絲、直流側斷路器所進行的總結：

除此以外，TÜV萊茵還特別提出直流1500V系統(tǒng)還需要非常重視以下問題：例如直流拉弧和PID防護等。

原標題：應對直流1500V電壓系統(tǒng)，光伏逆變器設計思路詳解