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導(dǎo)讀： 隨著1500V光伏系統(tǒng)在海外得到大規(guī)模應(yīng)用，將這一技術(shù)引入國內(nèi)并規(guī)模化推廣成為許多致力于平價上網(wǎng)的優(yōu)秀光伏企業(yè)在2019年的重點工作。
世界首個1500V電站于2014年由Firstsolar和GE聯(lián)合建立。此后，1500V系統(tǒng)逐漸在海外和國內(nèi)領(lǐng)跑者項目中陸續(xù)使用。
IHS報告顯示，在2017年除中國外的全球光伏市場上，三相逆變器出貨中的40％為1500V，2018年這一比例已提升至62％，全面超越1000V。IHS預(yù)計，2019年1500V三相逆變器份額將繼續(xù)增至74％，2020年則飆升到84％。這些以1500V為基礎(chǔ)打造的光伏項目，助力光伏電站投資企業(yè)在海外許多地區(qū)實現(xiàn)“平價”后，在電力交易市場化競爭中游刃有余。
從2月18日國家能源局新能源司座談會透露的信息來看，2019年的光伏項目將分為無補貼項目和需補貼項目。
但無論是平價還是需補貼，哪種光伏應(yīng)用形式，光伏企業(yè)都迫切降低光伏發(fā)電成本，盡早實現(xiàn)平價上網(wǎng)。如何降低電站初始投資成本、運維成本、提高發(fā)電量、提升電站整體收益率，成為光伏電站投資者關(guān)注的焦點。而隨著1500V光伏系統(tǒng)在海外得到大規(guī)模應(yīng)用，將這一技術(shù)引入國內(nèi)并規(guī)?；茝V成為許多致力于平價上網(wǎng)的優(yōu)秀光伏企業(yè)在2019年的重點工作。
2018年全球（中國以外）主要光伏市場的大型并網(wǎng)項目，幾乎全部采用或者明確要求采用1500V系統(tǒng)技術(shù)方案；以西班牙、土耳其、葡萄牙為代表的歐洲新興市場1500V光伏系統(tǒng)裝機容量超過5GW；沙特、科威特、阿曼等中東地區(qū)裝機及計劃裝機容量超過6GW，阿根廷、巴西、墨西哥等裝機及計劃裝機容量超過6GW，再加上美國、印度等傳統(tǒng)光伏大國的地面電站項目也已大量采用1500V系統(tǒng)，可以看到全球光伏行業(yè)已經(jīng)進入了1500V系統(tǒng)技術(shù)時代。
本文致力于通過闡述國內(nèi)外1500V光伏系統(tǒng)優(yōu)勢及國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈配套成熟度，為光伏產(chǎn)業(yè)提供一條早日實現(xiàn)平價上網(wǎng)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)破局的思路。
1、成本與收益雙贏
從600V到1500V的背后邏輯
太陽能行業(yè)經(jīng)歷了從600V發(fā)展到1000V，再到1500V的發(fā)展趨勢。1500V直流側(cè)輸入電壓提高后，帶來了如下優(yōu)點：
1）單串的組件數(shù)比1000V系統(tǒng)提高50％，子陣的組串數(shù)降低33％。從而節(jié)約了子陣系統(tǒng)成本：如電纜，匯流箱和支架等；
2）它支持允許更大的光伏陣列，減少了箱變、逆變器數(shù)量，從而降低了安裝和維護成本。
3）電壓提高后，降低了交直流線纜損耗，進一步提高了發(fā)電量。
1500V之所以受到熱捧，一方面反映了光伏發(fā)電成本穩(wěn)步下降，另一方面說明光伏行業(yè)逐步向數(shù)字化時代邁進：業(yè)主受成本壓力選擇投資更低、收益更高的方案來消化逐步下降的光伏電價帶來的影響，獲得更高收益；而與此同時能夠真正降低成本的先進光伏技術(shù)通過完善的數(shù)據(jù)模型和實證，被快速而廣泛的應(yīng)用到光伏項目中。
2、1500V
難點及電氣安全分析
雖然成熟的1500V系統(tǒng)是光伏產(chǎn)業(yè)的降本利器，但同樣對系統(tǒng)安全提出了挑戰(zhàn)。
1500V由于系統(tǒng)電壓提高了1．5倍，單串光伏組件數(shù)量相比1000V提高了1．5倍，直流電壓越高，更容易對于灰塵沉積導(dǎo)致絕緣不好，電氣間隙和爬電間距不夠的地方形成電擊穿，漏電，從而發(fā)生拉弧或觸電安全隱患。而且一旦拉弧后，由于直流電壓高能量大更難以熄滅。
從電弧產(chǎn)生后的減少危害的角度來說，有如下的理論存在：
1，交直流的對安全控制的難易程度不同，交流的有過零點，電網(wǎng)容量為理想電源，短路電流足夠大，可以輕易瞬時分斷故障。直流無過零點，而且組件為恒流源，短路電流有限，瞬時分斷更困難。
2，高壓大電流，高壓小電流的危害不同，電流小，電弧的能量越小，更容易熄滅，危害波及面也更小，相對更安全。
3，交流電弧檢測相對直流電弧檢測技術(shù)更成熟，容易檢測并及時分斷和熄滅。
4，小電流的直流電弧更更容易識別檢測出來，一旦直流電流匯流變大后，直流拉弧信號會被淹沒，難以識別和分斷。
綜合以上分析在1500V系統(tǒng)中，避免因施工不好，絕緣老化，粉塵灰塵等原因?qū)е碌碾娀∥：?，筆者建議在做電站設(shè)計時候盡量減少直流節(jié)點，減少直流部分的電流。從這方面來看，組串式方案逆變器靠近支架，直流路徑短，電能主要經(jīng)過交流傳輸，在1500V系統(tǒng)上電氣安全上更有保障，更適合于1500V系統(tǒng)。
而1500V的整個光伏產(chǎn)業(yè)鏈，在中國已經(jīng)完全成熟，業(yè)主完全可以在提出要求的情況下，與設(shè)計和施工方共同打造安全、高效的1500V光伏系統(tǒng)。
3、盤點
1500V光伏產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)發(fā)展
標準體系
國內(nèi)GB ／T 18216和全球IEC 61557中電氣設(shè)備低壓標準均已定義為AC 1000V和DC1500V，能支持到1500V。
北京鑒衡認證中心于2015 年 11 月組織發(fā)布《1500V 光伏電站關(guān)鍵設(shè)備認證實施規(guī)則》，CQC、TUV等其他權(quán)威第三方認證機構(gòu)廠家也都有成熟的1500V相關(guān)的認證準入和產(chǎn)品試驗設(shè)計。通過2014到2018近四年的發(fā)展，光伏領(lǐng)域，從零部件到整個系統(tǒng)，1500V的標準體系，已經(jīng)完全成熟。
光伏組件
2004年IEC61730－1（組件安全規(guī)范標準）已經(jīng)有了1500V系統(tǒng)組件的認證規(guī)范，2016年， IEC 61215和IEC61730對1500V系統(tǒng)組件的性能檢測、安全試驗等規(guī)范進行了補齊和完善，為1500V組件的測試及認證提供了標準依據(jù)，這大大推動了1500V電站的標準遵從性。
為了滿足1500V組件的標準規(guī)范要求，組件廠家通過優(yōu)化組件版型設(shè)計、升級背板材料、更換接線盒等措施增強絕緣性，保障組件安全性。在上述優(yōu)化措施基礎(chǔ)上，經(jīng)TUV等權(quán)威認證機構(gòu)測試，1500V系統(tǒng)組件的抗PID性能與1000V系統(tǒng)組件無差異，均滿足IEC62804標準規(guī)范要求。
根據(jù)筆者調(diào)研，目前國內(nèi)主流組件廠家全部提供了全系列的1500V組件產(chǎn)品，包括單面組件、雙面組件、雙玻組件，并且獲取了相關(guān)的認證信息。
1500V組件與1000V組件幾乎無差異如下表，而且隨著1500V發(fā)貨量越來越多，與1000V單組件成本幾乎持平。
上表可以看出，全球主流的廠商均已經(jīng)具有全系列的1500V組件認證，組件側(cè)產(chǎn)品鏈和標準，已經(jīng)完全成熟，并且得到了市場大規(guī)模應(yīng)用。
光伏逆變器
海外廠家SMA／GE／PE／INGETEAM／TMEIC等廠家普遍在2015年前后推出1500V逆變器解決方案。 國內(nèi)逆變器廠家也在2015年發(fā)布1500V系列逆變器產(chǎn)品，并率先在美國市場發(fā)布。
NB／T 32004－2013是國內(nèi)逆變器產(chǎn)品上市時都要滿足的標準。該標準定義適用范圍是：連接到PV源電路電壓不超過直流1500V，交流輸出電壓不超過1000V的光伏并網(wǎng)逆變器。標準本身已包含了直流1500V范圍，并給出了針對PV電路過電壓、電氣間隙、爬電距離、工頻耐壓等試驗要求。2016年，國內(nèi)廠家推出了多個基于1500V系列的中國市場逆變器產(chǎn)品，如華為的SUN2000HA系列等。
線纜
上表是1500V的線纜標準。國內(nèi)外主流線纜廠商均完全符合上述標準，且規(guī)模應(yīng)用。
配電部件：開關(guān)及防雷
光伏產(chǎn)業(yè)在1100Vdc時代時，逆變器輸出電壓最高為500Vac，可以借用690Vac的配電開關(guān)標準體系，及配套產(chǎn)品；從380Vac電壓上升到500Vac電壓沒有開關(guān)配套問題。但是在2015年前期，整個光伏及配電行業(yè)沒有800Vac／1000Vac的配電開關(guān)等規(guī)格產(chǎn)品，導(dǎo)致整個產(chǎn)品配套困難、配套成本高。
經(jīng)過2016－2018年的發(fā)展及海外1500V的普及，目前國內(nèi)主流的開關(guān)、熔絲廠家均開發(fā)了800Vac配套產(chǎn)品，獲取CCC及CE認證，并且供應(yīng)充足。
4、結(jié)語
1500V系統(tǒng)因為提升電壓降低電站初始投資成本是個非常好的方案，為我國光伏產(chǎn)業(yè)走向平價上網(wǎng)時代提供了最好的助力。就當前而言，1500V系統(tǒng)相關(guān)的標準法規(guī)已經(jīng)非常完善，產(chǎn)業(yè)鏈在近幾年的發(fā)展過程中已經(jīng)渡過了小批量供應(yīng)階段，在海內(nèi)外得到了海量的應(yīng)用，所以筆者認為1500V系統(tǒng)的時代已經(jīng)到來了。在1500V系統(tǒng)中，考慮到更高電壓帶來的安全，直流拉弧，PID衰減，組串串聯(lián)失配，漏電安全等風險，用雙面組件和跟蹤系統(tǒng)加組串逆變器方案結(jié)合更能幫助早日實現(xiàn)平價上網(wǎng)。
我們們有理由相信，在2019年，1500V系統(tǒng)＋雙面組件＋組串式逆變器方案將是我國走向平價上網(wǎng)的最好選擇，無論是平價項目，還是領(lǐng)跑者基地，1500V都將是大型地面電站的主流解決方案，同時也將成為企業(yè)競價上網(wǎng)，脫穎而出的有力法寶。
世界首個1500V電站于2014年由Firstsolar和GE聯(lián)合建立。此后，1500V系統(tǒng)逐漸在海外和國內(nèi)領(lǐng)跑者項目中陸續(xù)使用。
IHS報告顯示，在2017年除中國外的全球光伏市場上，三相逆變器出貨中的40％為1500V，2018年這一比例已提升至62％，全面超越1000V。IHS預(yù)計，2019年1500V三相逆變器份額將繼續(xù)增至74％，2020年則飆升到84％。這些以1500V為基礎(chǔ)打造的光伏項目，助力光伏電站投資企業(yè)在海外許多地區(qū)實現(xiàn)“平價”后，在電力交易市場化競爭中游刃有余。
1500V市場占比趨勢圖
從2月18日國家能源局新能源司座談會透露的信息來看，2019年的光伏項目將分為無補貼項目和需補貼項目。
但無論是平價還是需補貼，哪種光伏應(yīng)用形式，光伏企業(yè)都迫切降低光伏發(fā)電成本，盡早實現(xiàn)平價上網(wǎng)。如何降低電站初始投資成本、運維成本、提高發(fā)電量、提升電站整體收益率，成為光伏電站投資者關(guān)注的焦點。而隨著1500V光伏系統(tǒng)在海外得到大規(guī)模應(yīng)用，將這一技術(shù)引入國內(nèi)并規(guī)?；茝V成為許多致力于平價上網(wǎng)的優(yōu)秀光伏企業(yè)在2019年的重點工作。
2018年全球（中國以外）主要光伏市場的大型并網(wǎng)項目，幾乎全部采用或者明確要求采用1500V系統(tǒng)技術(shù)方案；以西班牙、土耳其、葡萄牙為代表的歐洲新興市場1500V光伏系統(tǒng)裝機容量超過5GW；沙特、科威特、阿曼等中東地區(qū)裝機及計劃裝機容量超過6GW，阿根廷、巴西、墨西哥等裝機及計劃裝機容量超過6GW，再加上美國、印度等傳統(tǒng)光伏大國的地面電站項目也已大量采用1500V系統(tǒng)，可以看到全球光伏行業(yè)已經(jīng)進入了1500V系統(tǒng)技術(shù)時代。
本文致力于通過闡述國內(nèi)外1500V光伏系統(tǒng)優(yōu)勢及國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈配套成熟度，為光伏產(chǎn)業(yè)提供一條早日實現(xiàn)平價上網(wǎng)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)破局的思路。
1、成本與收益雙贏
從600V到1500V的背后邏輯
太陽能行業(yè)經(jīng)歷了從600V發(fā)展到1000V，再到1500V的發(fā)展趨勢。1500V直流側(cè)輸入電壓提高后，帶來了如下優(yōu)點：
1）單串的組件數(shù)比1000V系統(tǒng)提高50％，子陣的組串數(shù)降低33％。從而節(jié)約了子陣系統(tǒng)成本：如電纜，匯流箱和支架等；
2）它支持允許更大的光伏陣列，減少了箱變、逆變器數(shù)量，從而降低了安裝和維護成本。
3）電壓提高后，降低了交直流線纜損耗，進一步提高了發(fā)電量。
1500V之所以受到熱捧，一方面反映了光伏發(fā)電成本穩(wěn)步下降，另一方面說明光伏行業(yè)逐步向數(shù)字化時代邁進：業(yè)主受成本壓力選擇投資更低、收益更高的方案來消化逐步下降的光伏電價帶來的影響，獲得更高收益；而與此同時能夠真正降低成本的先進光伏技術(shù)通過完善的數(shù)據(jù)模型和實證，被快速而廣泛的應(yīng)用到光伏項目中。
2、1500V
難點及電氣安全分析
雖然成熟的1500V系統(tǒng)是光伏產(chǎn)業(yè)的降本利器，但同樣對系統(tǒng)安全提出了挑戰(zhàn)。
1500V由于系統(tǒng)電壓提高了1．5倍，單串光伏組件數(shù)量相比1000V提高了1．5倍，直流電壓越高，更容易對于灰塵沉積導(dǎo)致絕緣不好，電氣間隙和爬電間距不夠的地方形成電擊穿，漏電，從而發(fā)生拉弧或觸電安全隱患。而且一旦拉弧后，由于直流電壓高能量大更難以熄滅。
從電弧產(chǎn)生后的減少危害的角度來說，有如下的理論存在：
1，交直流的對安全控制的難易程度不同，交流的有過零點，電網(wǎng)容量為理想電源，短路電流足夠大，可以輕易瞬時分斷故障。直流無過零點，而且組件為恒流源，短路電流有限，瞬時分斷更困難。
2，高壓大電流，高壓小電流的危害不同，電流小，電弧的能量越小，更容易熄滅，危害波及面也更小，相對更安全。
3，交流電弧檢測相對直流電弧檢測技術(shù)更成熟，容易檢測并及時分斷和熄滅。
4，小電流的直流電弧更更容易識別檢測出來，一旦直流電流匯流變大后，直流拉弧信號會被淹沒，難以識別和分斷。
綜合以上分析在1500V系統(tǒng)中，避免因施工不好，絕緣老化，粉塵灰塵等原因?qū)е碌碾娀∥：?，筆者建議在做電站設(shè)計時候盡量減少直流節(jié)點，減少直流部分的電流。從這方面來看，組串式方案逆變器靠近支架，直流路徑短，電能主要經(jīng)過交流傳輸，在1500V系統(tǒng)上電氣安全上更有保障，更適合于1500V系統(tǒng)。
而1500V的整個光伏產(chǎn)業(yè)鏈，在中國已經(jīng)完全成熟，業(yè)主完全可以在提出要求的情況下，與設(shè)計和施工方共同打造安全、高效的1500V光伏系統(tǒng)。
3、盤點
1500V光伏產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)發(fā)展
標準體系
國內(nèi)GB ／T 18216和全球IEC 61557中電氣設(shè)備低壓標準均已定義為AC 1000V和DC1500V，能支持到1500V。
北京鑒衡認證中心于2015 年 11 月組織發(fā)布《1500V 光伏電站關(guān)鍵設(shè)備認證實施規(guī)則》，CQC、TUV等其他權(quán)威第三方認證機構(gòu)廠家也都有成熟的1500V相關(guān)的認證準入和產(chǎn)品試驗設(shè)計。通過2014到2018近四年的發(fā)展，光伏領(lǐng)域，從零部件到整個系統(tǒng)，1500V的標準體系，已經(jīng)完全成熟。
光伏組件
2004年IEC61730－1（組件安全規(guī)范標準）已經(jīng)有了1500V系統(tǒng)組件的認證規(guī)范，2016年， IEC 61215和IEC61730對1500V系統(tǒng)組件的性能檢測、安全試驗等規(guī)范進行了補齊和完善，為1500V組件的測試及認證提供了標準依據(jù)，這大大推動了1500V電站的標準遵從性。
為了滿足1500V組件的標準規(guī)范要求，組件廠家通過優(yōu)化組件版型設(shè)計、升級背板材料、更換接線盒等措施增強絕緣性，保障組件安全性。在上述優(yōu)化措施基礎(chǔ)上，經(jīng)TUV等權(quán)威認證機構(gòu)測試，1500V系統(tǒng)組件的抗PID性能與1000V系統(tǒng)組件無差異，均滿足IEC62804標準規(guī)范要求。
根據(jù)筆者調(diào)研，目前國內(nèi)主流組件廠家全部提供了全系列的1500V組件產(chǎn)品，包括單面組件、雙面組件、雙玻組件，并且獲取了相關(guān)的認證信息。
1500V組件與1000V組件幾乎無差異如下表，而且隨著1500V發(fā)貨量越來越多，與1000V單組件成本幾乎持平。
上表可以看出，全球主流的廠商均已經(jīng)具有全系列的1500V組件認證，組件側(cè)產(chǎn)品鏈和標準，已經(jīng)完全成熟，并且得到了市場大規(guī)模應(yīng)用。
光伏逆變器
海外廠家SMA／GE／PE／INGETEAM／TMEIC等廠家普遍在2015年前后推出1500V逆變器解決方案。 國內(nèi)逆變器廠家也在2015年發(fā)布1500V系列逆變器產(chǎn)品，并率先在美國市場發(fā)布。
NB／T 32004－2013是國內(nèi)逆變器產(chǎn)品上市時都要滿足的標準。該標準定義適用范圍是：連接到PV源電路電壓不超過直流1500V，交流輸出電壓不超過1000V的光伏并網(wǎng)逆變器。標準本身已包含了直流1500V范圍，并給出了針對PV電路過電壓、電氣間隙、爬電距離、工頻耐壓等試驗要求。2016年，國內(nèi)廠家推出了多個基于1500V系列的中國市場逆變器產(chǎn)品，如華為的SUN2000HA系列等。
線纜
上表是1500V的線纜標準。國內(nèi)外主流線纜廠商均完全符合上述標準，且規(guī)模應(yīng)用。
配電部件：開關(guān)及防雷
光伏產(chǎn)業(yè)在1100Vdc時代時，逆變器輸出電壓最高為500Vac，可以借用690Vac的配電開關(guān)標準體系，及配套產(chǎn)品；從380Vac電壓上升到500Vac電壓沒有開關(guān)配套問題。但是在2015年前期，整個光伏及配電行業(yè)沒有800Vac／1000Vac的配電開關(guān)等規(guī)格產(chǎn)品，導(dǎo)致整個產(chǎn)品配套困難、配套成本高。
經(jīng)過2016－2018年的發(fā)展及海外1500V的普及，目前國內(nèi)主流的開關(guān)、熔絲廠家均開發(fā)了800Vac配套產(chǎn)品，獲取CCC及CE認證，并且供應(yīng)充足。
1500V系統(tǒng)因為提升電壓降低電站初始投資成本是個非常好的方案，為我國光伏產(chǎn)業(yè)走向平價上網(wǎng)時代提供了最好的助力。就當前而言，1500V系統(tǒng)相關(guān)的標準法規(guī)已經(jīng)非常完善，產(chǎn)業(yè)鏈在近幾年的發(fā)展過程中已經(jīng)渡過了小批量供應(yīng)階段，在海內(nèi)外得到了海量的應(yīng)用，所以筆者認為1500V系統(tǒng)的時代已經(jīng)到來了。在1500V系統(tǒng)中，考慮到更高電壓帶來的安全，直流拉弧，PID衰減，組串串聯(lián)失配，漏電安全等風險，用雙面組件和跟蹤系統(tǒng)加組串逆變器方案結(jié)合更能幫助早日實現(xiàn)平價上網(wǎng)。
我們們有理由相信，在2019年，1500V系統(tǒng)＋雙面組件＋組串式逆變器方案將是我國走向平價上網(wǎng)的最好選擇，無論是平價項目，還是領(lǐng)跑者基地，1500V都將是大型地面電站的主流解決方案，同時也將成為企業(yè)競價上網(wǎng)，脫穎而出的有力法寶。
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