DC1500V光伏发电系统性能效益分析

摘 要 本文以安徽省天长市光伏电站为研究对象，对DC 1500V光伏阵列与DC 1000V光伏阵列进行对比。结果表明，DC1500V光伏阵列无论是在系统成本还是在发电效率上均优于DC 1000V光伏阵列，同时对DC1500V系统故障率与运维投入进行分析，多角度分析DC 1500V系统的经济效益。

关键词 太阳能发电;DC 1500V系统，成本;效率

引言

光伏发电作为一种新兴的可再生能源已经得到了长足的发展。近年来随着光伏行业的不断成熟，光伏标杆电价也在不断下调，平价上网也将会成为未来的一个趋势，国家发改委、国家能源局先后出台了一系列关于平价上网的相关政策文件[1-3]，2019年初发布的《关于积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知》，同时光伏电站发展也面临着用地资源紧张等问题。2017年光伏用地供应量下降至3888h㎡，相比2016年下降了49.2%[4-5]。因此，需要在提高系统效率的同时降低投资成本，这样才能增加投资收益，规避风险。DC1500V光伏发电系统便是在这种发展趋势下应运而生。第三批1.5GW光伏领跑着项目全部采用DC1500V系统，2019年项目投资情况如图1，DC1500V系统凭借提高系统发电效率、降低系统成本等显著优势，成为众多项目的不二之选。

1光伏发电系统构架

1.1 地理环境

本文研究对象为天长市渔光互补光伏电站，地处江淮丘陵向苏北平原过渡地带，年均气温14.8℃，雨量适中，旱、雨季分明。多年平均降水量1048mm。旱季长7个月、雨季5个月，雨季降水量占年降水量的68%。年平均气温17.4℃，年均总降水量1600毫米，日照充足，年均日照总时数为2097小时。

项目所在地西临高邮湖，周围地势平緩，电站周围无建筑物光照充足，整体占地面积达3616亩[6]。

1.2 发电系统

天长光伏项目采用的是并网光伏系统，本项目共有108个光伏阵列，厂区所有组件厂商均为晋能清洁能源科技股份公司，其中有3个HJT方阵，4个PERC方阵，101个多晶方阵。每个方阵经升压系统升压至35kV经过汇集线路（共有9条汇集线路）并入110KV升压站，最终经送出线路并入电网。

天长光伏项目DC1500V发电阵列共有1个，且安装组件为异质结组件，其余均为DC 1000V光伏发电阵列。选取DC1500V方阵为A1，选取与A1同样组件同样设备厂家的DC 1000V方阵A2为研究对象。

2系统性分析

2.1 初使投资分析

相比DC1000V系统，DC1500V系统组串长度更长，输电电压更高，从而减少功率损耗及施工、成本：每串可连接更多组件，组串长度增加55.6%;电压提升、电流降低可以减少功率损失;组串数量减少约35.9%，相应汇流箱、直流线缆等配套设备用量也相应减少约35.9%;电气设备的单位功率密度提升，运输、安装、运维等方面工作量减少，人工成本降低。表1是选取的两个样板方阵A1、A2的系统投资对比。通过对比可以发现DC1500V系统在初使投资阶段就占据很大的优势，DC1500V系统交直流侧电压升高后，逆变器功率密度提高，随之最佳经济方阵容量增大，而且方阵容量增大后，电站逆变器、变压器等设备数量减少，安装维护成本降低，站内高压线路减少，线缆和施工成本进一步降低，从而降低电站系统成本，提高电站收益。

2.2 发电系统分析方法

（1）除去初使投资外还需，综合考虑组件类型、方阵容量、光照辐射度和设备故障率等关键因素，通过横向对比发电数据，包含后期电站运行维护等内容最终对两种系统做出综合评定。

（2）在做系统发电数据分析时，需要对数据进行筛处理，要除去检修维护工作时间，对发电数据进行单日和单月以及整体进行对比分析，同时还需要在全年辐照值最高的几天对方阵发电能力进行分析。

（3）在运维层面上对两种系统进行分析，需要考虑两种系统故障率以及运维投入，DC1500V高压系统相对于DC1000V系统而言在运维工作上还是存在很大的难度。

3实验结论与讨论

在对比A1与A2两个方阵时，发电量数据采集取逆变器输出端统计值，需要对两种系统的进行单位容量（Wp）发电性能进行对比。

3.1 DC1500V系统发电优越性

对分析周期内辐照值进行统计，结合本项目所在地的全年辐照度分布图和气候特点，对发电性能进行对比分析。

项目所在地2019年度辐照度逐月分布情况如图3所示。在此条件下对研究对象A1、A2进行分析的同时还可以通过计算系统效率（Performance Ratio，简称PR），来对比DC1500V系统的发电性能[7]。

对研究对象2019年整年发电量进行对比，可以发现DC1500V系统相比DC1000V系统单Wp月均发电量年平均发电增益为7.69%，其中5、10月份辐照度较高且雨水量大，组件表面清洁度较高，DC1500V系统比DC1000V系统发电量增益均超过11%。远远超出理论设计增益值0.316%。

为进一步研究两种系统发电性能。选取3月2日06：00至18：15每隔15min记录1次的逆变器瞬时输出功率数据如图6所示，进一步观察DC1500V系统发电表现。通过对比可以发现二者总体发电趋势相同，但是DC1500V系统输出功率在光照度较高的9：30到15：30基本持续高于DC1000V系统，全天平均增益为6.2%，在光照度较低时发电性能基本一致。

结合2019年各个组件单Wp日均发电量和单日输出功率数据的对比分析，可以看出DC1500V系统的发电性能是优于DC1000V系统的。

3.2 运维优缺

DC1500V系统相比DC1000V系统而言，电压等级更高对设备的绝缘要求也相应更高，但是建设期往往会由于成本考虑，选用的电缆和汇流箱设备绝缘度并不是很高，在后期设备运行过程中故障率就会明显增大，现就天长市东大圩光伏电站为例。在运行一年后DC1500V系统发生绝缘故障比DC1000V系统高出4‰，此统计以汇流箱未统计单位。而且DC1500V系统容易出现放电拉忽从而诱发明火造成火灾隐患，整体而言DC1500V系统运维难度更大。

4结束语

本文的初步研究可以得出以下结论：

（1）相比1000V系统，1500V系统交直流侧电压升高后，逆变器功率密度提高，单体功率增大，随之最佳、最经济的方阵容量增大，并且交流侧变压器、汇流箱、环网柜等设备成本也会下降。

（2）但是在后期运维上会增加运维难度，并且如果1500V系统对整个系统的绝缘和接地要求较高，需要增加此方面的检查。

参考文献

[1] 国家发展改革委，国家能源局.关于积极推进风电、光伏无补贴 平价上网有关通知[EB/OL].（2019-01-10） http：//www.nea.gov.cn/2019-01/10/c_137731320.htm.

[2] 國家发展改革委，国家能源局.关于公布2019年第一批风电、光伏发电平价上网项目的通知[EB/OL].（2019-05-20）.http：www.zfxxgk.nea.gov.cn/auto87/201905/t20190522_3664.html.

[3] 国家能源局.关于2019年风电、光伏发电项目建设有关事项的通知[EB/OL].（2018-05-28）.http：www.zfxxgk.nea.gov.cn/auto87/201905/t20190530_3667.html.

[4] 李蕾，张迪，郭瑞雪.供给侧结构性改革背景下的产业用地供应[J].中国土地，2016（8）;8-11.

[5] 陈惟彬.国内光伏产业度过“寒冬”[J].中国经济周刊，2018（5）： 62-63.

[6] 俞年昌， 李俊龙， 杨俊杰， 等. 华东院天长一期100MWp渔光互补光伏发电项目可行性研究报告[R].杭州：华东勘测设计研究院有限公司，2016.

[7] 马晓宇，赵耀.基于综合效率系数的光伏电站发电量估算方法[J].内蒙古电力技术，2019（2）：10-13.

作者简介

史金林（1991-），男，安徽天长人;学历：本科，职称：助理工程师;现就职单位：天长市中电建大桥新能源有限公司，研究方向：新能源光伏产业。