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新一代公共事业规模光伏电站

发布时间:2019-08-15 20:20:59

  凭借安装和维护成本的降低,将系统直流电压从1000VDC提高至1500VDC的新一代电站结构主导了更具成本效益和生产力的公共事业规模电站领域。Mahesh Morjaria、Kevin Collins、Michael Stavish和Greg Ball等人共同探索了相关技术发展所遇到的挑战,以及为应对这些挑战所进行的努力。

  过去几年里,价格的迅速下跌在公共事业规模电站的成本下调和降低购置门槛等方面起到了显著的作用。但是,太阳能必须进一步降低成本,才能实现与传统能源相比具有全面的成本竞争力的目标。例如,美国能源部Sun Shot计划已设定相关目标,在2020年前将公共事业规模的安装成本降低至US$1/W以下,从而将太阳能生产成本降低至US$0.06/kWh以下。

  自从Sun Shot计划在2010年开始实施以来,美国公共事业规模光伏系统的平均成本从之前的0.21美元/千瓦时下降到0.11美元/千瓦时。对于一个典型的联公共事业规模光伏系统来说,系统平衡(BOS)成本目前占系统总成本的60%-70%,此前这一数值始终低于50%。因此,进一步降低成本的关键在于改善BOS组成。

  在过去十年中,由于美国公共事业规模光伏系统的架构从600VDC变成1000VDC,其成本和效率得到了极大改善。同样地,过渡到1500VDC的过程也带来了更高的效率和更大幅度的成本降低。在直流零部件,如电缆、汇流箱和等,具有相同的载流量(电流承载能力)时,较高的电压操作可实现更大的输出功率。从而实现更为广泛的中低压变压器和相关开关设备间的合并。并进一步提高系统设计在优化效率和/或成本方面的灵活性。

  1500VDC产品及其标准

  美国公共事业规模市场采用1000VDC系统这状况是由新世纪最初几年内国际产品的可用性和设备安装的优先性 主要是欧洲地区,所决定的。这些产品最初只具有国际标准认证,但随着时间的推移,越来越多的产品为满足市场需求通过了美国标准的认证。最近,2014年版的美国国家电气规范(US National Electrical Code)已经将其低压阈值由600VDC提高至了1000VDC,消除了在600VDC和1000VDC项目安装中不必要的差别要求。与过去相似,此次电压升至1500VDC的部分原因是由于IEC标准将1500VDC划归至了低电压范围,使得零部件和产品均极易获得。

  作为一家以光伏组件生产作为其核心竞争力之一的垂直一体化公司,First Solar公司具有独特的能力能够将其组件的输出特性 调整 至与新1500VDC标准相匹配。在开发这些新一代CdTe薄膜组件(4系列)过程中,公司除了获得额外转换效率,还获得了一个意外的优势。实际上,为1500VDC进行优化的组件在效率和最大输出功率方面,相比于1000VDC的产品具有更加的性能。

  此外,First Solar及其BOS零部件供应商正合作开发新一代1500VDC电站产能。这些已被广泛应用在风力发电行业的技术已调整至能够适应光伏直流系统。例如,GE已经在2009年作为风转换器衍生产品而引入欧洲的1MVA ProSolar平台基础上,开发出了新的4MVA ProSolar逆变器/变压器系统。与 1000VDC的电站相比,这些产品可使电站的设计平台具有极大的灵活性,并增加每个逆变器所承载的阵列,或是在维持太阳能电池阵列规模的同时减少电线和电缆使用。1500VDC电站的设计平台可在保持高功率输送的同时降低安装和维护成本。

  技术与监管挑战

  在向北美以及其他国际目标市场输入新一代电站的流程中,在审批和具体操作方面会遇到许多技术和监管上的挑战。有些挑战是任何新技术在其早期应用过程中都会碰到的。

  在这种情况下,无论是组件还是逆变器所具有的现场操作经验均极为有限。由于现有的国际电工委员会(IEC)标准是针对1500VDC系统的设计和安全性进行规范的,在很多地方,尤其是在北美以外的地区,其监管方面的挑战并不高。所面临的挑战较大的市场是美国市场,因为该市场缺乏针对1500VDC系统的现有标准,通常会导致很难从具有司法管辖权的地方政府那里获得电站施工许可。

  然而,就像早期向1000VDC设计过渡一样,这些问题均是可以解决的,并且产业并没有预计会出现针对这一设计的应用的长期障碍。标准规范委员会正针对日益增长的大规模光伏电站市场需求采取积极措施。UL最近宣布采用ANSI/UL 作为《用于功率转换的美国国家安全标准》,成为美国本土1500VDC 逆变器认证标准,从而迈开了通往正确方向的一步。UL正在努力为组件和其它直流BOS设备采取类似的标准,同时,国家电气规范(NEC)也预计会做出改变,从而更好地适应大型、公共事业规模光伏电站设计平台的独特需求。

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