1500V——平价系统的趋势与必然选择

降本增效一直是光伏人努力前进的方向。而在这其中，技术创新作用关键。2019年，随着中国去补贴加速，1500Vdc被寄予厚望。

据调研与分析机构IHS数据显示，2012年1500Vdc系统首次提出，2014年FirstSolar在全球投资了第一个1500Vdc光伏电站。2016年1月，国内首个1500Vdc示范项目——格尔木阳光启恒新能源格尔木市30MW光伏发电项目正式并网发电，标志着国内1500Vdc光伏系统真正进入大规模实际示范应用阶段。两年后，2018年，1500Vdc技术在国际、国内上已经有了大规模的应用。2018年开工建设并网的国内第三批领跑者项目中，中标价格最低（0.31元/kWh）的格尔木项目，以及协鑫德令哈、正泰白城项目等均采用了1500Vdc的技术。相对于传统的1000Vdc的光伏系统，1500Vdc光伏系统近期应用越来越广泛。那我们很容易会产生这样一些疑问：

为什么要把电压从1000Vdc升高到1500Vdc？

除了逆变器，其他的电气设备都能耐1500Vdc的高压吗？

1500Vdc系统使用后效果如何？

一、1500Vdc光伏系统的技术优劣势分析

优势分析

1）减少汇流箱、直流电缆用量

在《光伏发电站设计规范(GB 50797-2012)》，光伏组件与逆变器的匹配，应符合如下公式：


根据上述公式和组件的相关参数，1000Vdc系统的每个组串一般为22个组件，而1500Vdc系统的每个组串可允许32个组件。

以285W组件2.5MW的发电单元、采用组串式逆变器为例，1000Vdc系统：408个光伏组串，816对桩基础，34台75kW组串式逆变器；1500Vdc系统：280个光伏组串，700对桩基础，14台75kW组串式逆变器；由于组串数量减少，组件之间连接的直流电缆、组串到逆变器的交流电缆用量都会减少。

2）减少直流线损

∵ P = I R I=P/U

∴ U提高1.5倍→I变为（1/1.5）→P 变为1/2.25

又∵ R =ρL/S 直流电缆的L变为原来的0.67、0.5倍

∴ R （1500Vdc）＜0.67 R （1000Vdc）

综上所述，直流部分的1500VdcP 约为1000Vdc P 的0.3倍。

3）减少一定的工程量和故障率

由于直流电缆和汇流箱数量减少，施工过程中安装的电缆接头、汇流箱接线就会减少，而这两处是故障易发点。因此，1500Vdc可能会减少一定的故障率。

4）减少投资
相对于1000Vdc系统22串方案，1500Vdc系统32串方案大约可以节约电缆、桩基础的费用为3.2分/W，如下表所示。

劣势分析

1）设备要求提高

与1000Vdc系统相比，电压提高到1500Vdc对断路器、熔断器、防雷器及开关电源等器件有重大影响，提出了更高的耐压、可靠性要求，设备单价相对会提高。

2）安全要求更高

电压提高到1500Vdc后，电气被击穿放电的危险提高，从而要提高绝缘保护和电气间隙；另外，直流侧一旦发生事故，将面临更为严重的直流灭弧问题。因此，1500Vdc系统使系统在安全防护方面的要求提高。

3）增加PID效应的可能

光伏组件串联之后，高压组件的电池片和地面之间形成的漏电流是造成PID效应的重要原因。电压从1000Vdc提高到1500Vdc后，显然电池片与地面间的压差增大，会增加PID效应的可能性。

4）增加匹配损失

光伏组串间存在一定的匹配损失，主要由下述几个原因造成：

不同光伏组件出厂功率会有0~3%的偏差，运输、安装过程形成的隐裂会造成功率偏差。

安装后的不均匀衰减、不均匀遮挡，也会造成功率偏差。

鉴于上述因素，将每个组串由22个组件提高到32个组件，显然会增加匹配损失。

针对1500V的上述问题，经过近两年的研究和探索，设备企业也做了一些改进。

二、1500Vdc的光伏系统核心设备情况

1.光伏组件

First Solar、阿特斯、天合、英利等企业率先推出了1500Vdc的光伏组件。

自2014年全球首个1500Vdc光伏电站建成，随后1500V系统的应用量不断扩大。在此情况的推动下，IEC标准开始将1500V相关规范纳入新标准实施。2016年，IEC 61215（对于C-Si）、IEC 61646（用于薄膜）和IEC61730是1500V以下组件安全标准。这三个标准补齐了关于1500V组件系统的性能检测、安全试验要求，打破1500V要求的最后一个障碍，这大大推动了1500V电站的标准遵从性。

目前国内一线厂家均推出了成熟的1500V产品，包括单面组件、双面组件、双玻组件产品，并且获取了IEC相关认证。

针对1500V 产品PID问题，目前主流厂家采取下述两项措施，确保1500V组件与常规1000V组件PID性能保持同一水平。

1）通过提升接线盒、优化组件版型设计以符合1500V的爬电距离和电气间隙要求；

2）通过背板材料增厚 40%，增强绝缘性，保障组件安全性；

针对PID效果，各个厂家均保证在1500V系统下组件仍然保证PID衰减小于5%，确保与常规组件PID性能保持同一水平。

2.逆变器

海外厂家SMA/GE/PE/INGETEAM/TEMIC等厂家普遍在2015年前后推出1500V逆变器解决方案。 国内多个一线厂家都推出了基于1500V系列的逆变器产品，如阳光电源SG3125、华为的SUN2000HA系列等，并率先在美国市场发布。

NB/T 32004：2013是国内逆变器产品上市时都要满足的标准。改标准定义适用范围是：连接到PV源电路电压不超过直流1500V，交流输出电压不超过1000V的光伏并网逆变器。标准本身已包含了直流1500V范围，并给出了针对PV电路过电压、电气间隙、爬电距离、工频耐压等试验要求。

3.汇流箱

汇流箱和各关键器件的标准已准备就绪，1500Vdc已经进入汇流箱认证标准CGC/GF 037:2014《光伏汇流设备技术规范》中。

4.线缆

目前，光伏电缆的1500V标准也已经出台。


5.开关及防雷

光伏产业在1100Vdc时代时，逆变器输出电压最高为500Vac，可以借用690Vac的配电开关标准体系及配套产品；从380Vac电压上升到500Vac电压没有开关配套问题。但是在2015年前期，整个光伏及配电行业没有800Vac/1000Vac的配电开关等规格产品，导致整个产品配套困难、配套成本高。

经过2016-2018年的发展及海外1500V的普及，目前国内主流的开关、熔丝厂家均开发了800Vac配套产品，获取CCC及CE认证，并且供应充足。

综合说明

1500Vdc光伏系统在海外已经得到了广泛的应用，在全球范围内，已经是一个成熟的应用技术。

因此，光伏系统的主要设备已经实现大规模的量产，价格相对于2016年的示范性阶段，已经出现了大幅下降。

三、1500Vdc光伏系统的应用情况
如前文所述，1500Vdc光伏系统由于具备综合造价低、发电量高等特点，早在2014年的时候，在国外就有所应用。

全球1500Vdc应用的探索案例

First solar 2014年5月宣布，在 Deming, New Mexico建成的第一个1500Vdc电站投入使用。电站总容量52MW，34个阵列采用1000Vdc结构，其余阵列采用1500Vdc结构。

SMA 2014年7月宣布，其在德国北部卡塞尔Niestetal的工业园区Sandershauser Berg industrial park建设的3.2MW光伏电站已投入使用，该电站采用了1500Vdc的系统。

1500Vdc已经广泛应用于低价项目

目前，已经被广泛的应用于国内外中标电价最低的光伏项目中。下表统计了目前国内外中标电价低的项目，几乎无一例外都应用了1500Vdc光伏系统。

表：近期1500Vdc光伏系统在最低中标电价项目中的应用


根据权威研究机构IHS Markit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。

“去补贴”是全球光伏产业的大趋势，在这种趋势下，能够降低成本、提高发电量的技术将得到更加广阔的市场。