DC1500V光伏發(fā)電系統(tǒng)性能效益分析

摘 要 本文以安徽省天長市光伏電站為研究對象，對DC 1500V光伏陣列與DC 1000V光伏陣列進行對比。結(jié)果表明，DC1500V光伏陣列無論是在系統(tǒng)成本還是在發(fā)電效率上均優(yōu)于DC 1000V光伏陣列，同時對DC1500V系統(tǒng)故障率與運維投入進行分析，多角度分析DC 1500V系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。

關鍵詞 太陽能發(fā)電;DC 1500V系統(tǒng)，成本;效率

引言

光伏發(fā)電作為一種新興的可再生能源已經(jīng)得到了長足的發(fā)展。近年來隨著光伏行業(yè)的不斷成熟，光伏標桿電價也在不斷下調(diào)，平價上網(wǎng)也將會成為未來的一個趨勢，國家發(fā)改委、國家能源局先后出臺了一系列關于平價上網(wǎng)的相關政策文件[1-3]，2019年初發(fā)布的《關于積極推進風電、光伏發(fā)電無補貼平價上網(wǎng)有關工作的通知》，同時光伏電站發(fā)展也面臨著用地資源緊張等問題。2017年光伏用地供應量下降至3888h㎡，相比2016年下降了49.2%[4-5]。因此，需要在提高系統(tǒng)效率的同時降低投資成本，這樣才能增加投資收益，規(guī)避風險。DC1500V光伏發(fā)電系統(tǒng)便是在這種發(fā)展趨勢下應運而生。第三批1.5GW光伏領跑著項目全部采用DC1500V系統(tǒng)，2019年項目投資情況如圖1，DC1500V系統(tǒng)憑借提高系統(tǒng)發(fā)電效率、降低系統(tǒng)成本等顯著優(yōu)勢，成為眾多項目的不二之選。

1光伏發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)架

1.1 地理環(huán)境

本文研究對象為天長市漁光互補光伏電站，地處江淮丘陵向蘇北平原過渡地帶，年均氣溫14.8℃，雨量適中，旱、雨季分明。多年平均降水量1048mm。旱季長7個月、雨季5個月，雨季降水量占年降水量的68%。年平均氣溫17.4℃，年均總降水量1600毫米，日照充足，年均日照總時數(shù)為2097小時。

項目所在地西臨高郵湖，周圍地勢平緩，電站周圍無建筑物光照充足，整體占地面積達3616畝[6]。

1.2 發(fā)電系統(tǒng)

天長光伏項目采用的是并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，本項目共有108個光伏陣列，廠區(qū)所有組件廠商均為晉能清潔能源科技股份公司，其中有3個HJT方陣，4個PERC方陣，101個多晶方陣。每個方陣經(jīng)升壓系統(tǒng)升壓至35kV經(jīng)過匯集線路（共有9條匯集線路）并入110KV升壓站，最終經(jīng)送出線路并入電網(wǎng)。

天長光伏項目DC1500V發(fā)電陣列共有1個，且安裝組件為異質(zhì)結(jié)組件，其余均為DC 1000V光伏發(fā)電陣列。選取DC1500V方陣為A1，選取與A1同樣組件同樣設備廠家的DC 1000V方陣A2為研究對象。

2系統(tǒng)性分析

2.1 初使投資分析

相比DC1000V系統(tǒng)，DC1500V系統(tǒng)組串長度更長，輸電電壓更高，從而減少功率損耗及施工、成本：每串可連接更多組件，組串長度增加55.6%;電壓提升、電流降低可以減少功率損失;組串數(shù)量減少約35.9%，相應匯流箱、直流線纜等配套設備用量也相應減少約35.9%;電氣設備的單位功率密度提升，運輸、安裝、運維等方面工作量減少，人工成本降低。表1是選取的兩個樣板方陣A1、A2的系統(tǒng)投資對比。通過對比可以發(fā)現(xiàn)DC1500V系統(tǒng)在初使投資階段就占據(jù)很大的優(yōu)勢，DC1500V系統(tǒng)交直流側(cè)電壓升高后，逆變器功率密度提高，隨之最佳經(jīng)濟方陣容量增大，而且方陣容量增大后，電站逆變器、變壓器等設備數(shù)量減少，安裝維護成本降低，站內(nèi)高壓線路減少，線纜和施工成本進一步降低，從而降低電站系統(tǒng)成本，提高電站收益。

2.2 發(fā)電系統(tǒng)分析方法

（1）除去初使投資外還需，綜合考慮組件類型、方陣容量、光照輻射度和設備故障率等關鍵因素，通過橫向?qū)Ρ劝l(fā)電數(shù)據(jù)，包含后期電站運行維護等內(nèi)容最終對兩種系統(tǒng)做出綜合評定。

（2）在做系統(tǒng)發(fā)電數(shù)據(jù)分析時，需要對數(shù)據(jù)進行篩處理，要除去檢修維護工作時間，對發(fā)電數(shù)據(jù)進行單日和單月以及整體進行對比分析，同時還需要在全年輻照值最高的幾天對方陣發(fā)電能力進行分析。

（3）在運維層面上對兩種系統(tǒng)進行分析，需要考慮兩種系統(tǒng)故障率以及運維投入，DC1500V高壓系統(tǒng)相對于DC1000V系統(tǒng)而言在運維工作上還是存在很大的難度。

3實驗結(jié)論與討論

在對比A1與A2兩個方陣時，發(fā)電量數(shù)據(jù)采集取逆變器輸出端統(tǒng)計值，需要對兩種系統(tǒng)的進行單位容量（Wp）發(fā)電性能進行對比。

3.1 DC1500V系統(tǒng)發(fā)電優(yōu)越性

對分析周期內(nèi)輻照值進行統(tǒng)計，結(jié)合本項目所在地的全年輻照度分布圖和氣候特點，對發(fā)電性能進行對比分析。

項目所在地2019年度輻照度逐月分布情況如圖3所示。在此條件下對研究對象A1、A2進行分析的同時還可以通過計算系統(tǒng)效率（Performance Ratio，簡稱PR），來對比DC1500V系統(tǒng)的發(fā)電性能[7]。

對研究對象2019年整年發(fā)電量進行對比，可以發(fā)現(xiàn)DC1500V系統(tǒng)相比DC1000V系統(tǒng)單Wp月均發(fā)電量年平均發(fā)電增益為7.69%，其中5、10月份輻照度較高且雨水量大，組件表面清潔度較高，DC1500V系統(tǒng)比DC1000V系統(tǒng)發(fā)電量增益均超過11%。遠遠超出理論設計增益值0.316%。

為進一步研究兩種系統(tǒng)發(fā)電性能。選取3月2日06：00至18：15每隔15min記錄1次的逆變器瞬時輸出功率數(shù)據(jù)如圖6所示，進一步觀察DC1500V系統(tǒng)發(fā)電表現(xiàn)。通過對比可以發(fā)現(xiàn)二者總體發(fā)電趨勢相同，但是DC1500V系統(tǒng)輸出功率在光照度較高的9：30到15：30基本持續(xù)高于DC1000V系統(tǒng)，全天平均增益為6.2%，在光照度較低時發(fā)電性能基本一致。

結(jié)合2019年各個組件單Wp日均發(fā)電量和單日輸出功率數(shù)據(jù)的對比分析，可以看出DC1500V系統(tǒng)的發(fā)電性能是優(yōu)于DC1000V系統(tǒng)的。

3.2 運維優(yōu)缺

DC1500V系統(tǒng)相比DC1000V系統(tǒng)而言，電壓等級更高對設備的絕緣要求也相應更高，但是建設期往往會由于成本考慮，選用的電纜和匯流箱設備絕緣度并不是很高，在后期設備運行過程中故障率就會明顯增大，現(xiàn)就天長市東大圩光伏電站為例。在運行一年后DC1500V系統(tǒng)發(fā)生絕緣故障比DC1000V系統(tǒng)高出4‰，此統(tǒng)計以匯流箱未統(tǒng)計單位。而且DC1500V系統(tǒng)容易出現(xiàn)放電拉忽從而誘發(fā)明火造成火災隱患，整體而言DC1500V系統(tǒng)運維難度更大。

4結(jié)束語

本文的初步研究可以得出以下結(jié)論：

（1）相比1000V系統(tǒng)，1500V系統(tǒng)交直流側(cè)電壓升高后，逆變器功率密度提高，單體功率增大，隨之最佳、最經(jīng)濟的方陣容量增大，并且交流側(cè)變壓器、匯流箱、環(huán)網(wǎng)柜等設備成本也會下降。

（2）但是在后期運維上會增加運維難度，并且如果1500V系統(tǒng)對整個系統(tǒng)的絕緣和接地要求較高，需要增加此方面的檢查。

參考文獻

[1] 國家發(fā)展改革委，國家能源局.關于積極推進風電、光伏無補貼 平價上網(wǎng)有關通知[EB/OL].（2019-01-10） http：//www.nea.gov.cn/2019-01/10/c_137731320.htm.

[2] 國家發(fā)展改革委，國家能源局.關于公布2019年第一批風電、光伏發(fā)電平價上網(wǎng)項目的通知[EB/OL].（2019-05-20）.http：www.zfxxgk.nea.gov.cn/auto87/201905/t20190522_3664.html.

[3] 國家能源局.關于2019年風電、光伏發(fā)電項目建設有關事項的通知[EB/OL].（2018-05-28）.http：www.zfxxgk.nea.gov.cn/auto87/201905/t20190530_3667.html.

[4] 李蕾，張迪，郭瑞雪.供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革背景下的產(chǎn)業(yè)用地供應[J].中國土地，2016（8）;8-11.

[5] 陳惟彬.國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)度過“寒冬”[J].中國經(jīng)濟周刊，2018（5）： 62-63.

[6] 俞年昌， 李俊龍， 楊俊杰， 等. 華東院天長一期100MWp漁光互補光伏發(fā)電項目可行性研究報告[R].杭州：華東勘測設計研究院有限公司，2016.

[7] 馬曉宇，趙耀.基于綜合效率系數(shù)的光伏電站發(fā)電量估算方法[J].內(nèi)蒙古電力技術，2019（2）：10-13.

作者簡介

史金林（1991-），男，安徽天長人;學歷：本科，職稱：助理工程師;現(xiàn)就職單位：天長市中電建大橋新能源有限公司，研究方向：新能源光伏產(chǎn)業(yè)。