1500V+ 双面 + 多路MPPT, 平价上网的必然选择

日前，能源局新一轮光伏政策意见征求结果显示：2019年地面光伏电站与工商业电站将参与竞价，对于光伏投资企业而言，游戏方式从以前的达到“及格线”变成了尽量追求“满分”，如何选择极致降本方案就成了重中之重。

根据权威研究机构IHS Markit在发布的《1500V年全球光伏市场分析报告》中指出：未来两年内全球1500V光伏电站规模将突破100GW。

相较于传统的1000V系统，1500V系统以更高的电压等级、更长的组串长度，大幅减少设备成本、线缆成本及施工成本，发电量提升同时，系统BOS成本每瓦至少降低约5分，是时下无补贴及低补贴国家光伏项目设计方案的不二选择。

据IHS调研结果显示：在全球范围内，1500V已然成为大型光伏项目的必要条件，特别是印度、拉美等低电价国家，大型地面光伏电站招标几乎全部采用1500V方案。

业内领先的光伏逆变器企业华为相关负责人指出：“1500V可以看做是光伏电站技术新浪潮的开端。”以1500V电压等级为基础，结合AI技术，华为推出了全新的横跨零部件及电网的智能解决方案。

这给业内带来了突破瓶颈的方法，诞生出了许多在以前难以想象的项目：欧洲首个也是最大的无补贴电站-西班牙Don Rodrigo 175MW;印度Bhadla Solar Park300MW最低电价电站，电价RMB0.24/kWh;国投&协鑫青海德令哈200MW领跑者项目，中标电价0.32元/kWh，低于当地脱硫煤电价;南美最高海拔的阿根廷高差瑞300MW光伏电站也在中国和阿根廷两国元首的见证下落成。

沙特阿拉伯Sakaka 300MW光伏项目通过1500V设计实现2.3美分/kWh的超低电价，引起行业普遍关注。 IHS报告显示，在2017年除中国外的全球光伏市场上，三相逆变器出货中的40%为1500V，2018年这一比例已提升至62%，全面超越1000V。IHS预计，2019年1500V三相逆变器份额将继续增至74%，2020年则飙升到84%。伴随1500V系统在全球光伏市场的攀升，1500V逆变器出货量借势“水涨船高”。

1500V与1000V发电量提升原理对比分析

根据电力学最基本公式P=UI，当功率一定的情况下，电压提升N倍，电流将下降到1/N。在电力传输过程中所涉及的线缆功率损耗、功率部件成本和配电部件成本在电流下降后都会跟着下降。

以电力线缆为例，电力线缆的组抗和长度成正比，和截面积成反比，长度和截面积确定后，一段电力线缆的直流阻抗就固定下来。根据电力线缆损耗公式P=I2R，电流下降一半，电力损耗会降到原来的四分之一。举个例子，一段100米长50mm2截面积的铜线缆，流过100A的电流功率损耗是350W，流过50A电流功率损耗是87.5W，100A电流损耗是50A电流损耗的4倍;在同等功率损耗情况下，100A电流使用50mm2截面积的线缆，那流过50A电流时对应的线缆截面积可以是12.5mm2。

电压提升后，电流不变，功率会提升。假如电站容量不变，因为设备功率提升了，那么设备数量会减少，设备的物料费用和安装费用会相应减少。另外，设备数量减少了，设备之间的连接线缆数量也会相应减少，线缆的物料费用和相应施工费用会一并减少。

综上所述，电压从1000V提升到1500V后，能够降低系统成本，降低线缆损耗并提高发电量。

组串式1500V相对1000V系统Capex对比分析

我们将组串式1000V以最优子阵1.6MW方案和1500V最优子阵3.15MW方案进行设计对比，使用相同的组件和跟踪系统，其成本差异如下表：

从上表可看出，1500V系统在电压提升后，线缆用量减少，最优的子阵容量变大，从而使变压器及施工降低了3.2分/Wp，变压器基础降低了0.5分/Wp，逆变器数量减少，逆变器和施工成本降低了0.4分/Wp，单MW容量组串数量变少，组串线缆及施工降低了0.5分/Wp，逆变器交流输出单位容量数量变少，交流线缆成本降低了0.9分/Wp，子阵监控单元降低了0.5分/ Wp。合计降低了6.1分/Wp。综合如下图所示：

1500V与1000V电站解决方案发电量实际对比分析

理想状态模型下1500V系统相对1000V系统电压提升了50%，同等组串电流下，用同等线径的线缆传输能量，相同长度线缆损失的功率是一样的，而组串功率提升了50%。由于同等电站容量下的组串数量减少了33.3%,单个同等容量下的子阵1500V系统相对1000V系统可共降低损耗是55.6%。

当然实际的电站受子阵大小，组串排布，线缆线径选择，包括组件失配损失,逆变器效率，设备自耗电等都有关系。笔者选择了当前主流的1000V和1500V解决方案做了仿真对比，1500V系统方案和1000V系统方案发电量损失对比如下表：

如上表所示，1500V系统相对1000V系统大部分损失是相当的，由于组串变长，导致组串的失配损失变大，前后遮挡导致的的电损失也大一点。由于系统电压变高，在直流线损和交流线损上相对减少了。逆变器的转换效率基本相当，1500V的逆变器效率略为高一些，这个主要和逆变器的拓扑改进相关，具体如下：

1.遮挡电损失：组串式方案1500V系统相对1000V系统遮挡导致电损失多约0.057%，集中式方案1500V系统相对1000V系统遮挡导致电损失多约0.124%;

2.失配损失：组串式方案，1500V系统相对1000V系统多损失约0.05%，集中式方案，由于没有多路MPPT功能， 1500V系统相对1000V系统多损失约0.2%左右。

3.直流线损：组串式方案，1500V系统相对1000V系统少损失0.06%，集中式方案，1500V系统相对1000V系统少损失0.4%。

4.交流线损：组串式方案，1500V系统相对1000V系统少损失0.338%，集中式方案，1500V系统相对1000V系统少损失0.05%。

5.逆变器转换效率： 1500V逆变器相对1000V逆变器效率损失基本相当，组串式方案少损失0.02%，集中式方案少损失0.023%。

综上所述，1500V系统相对1000V系统发电量，组串式解决方案提升约0.262%，集中式解决方案提升0.124%左右。1500V系统较1000V系统串联组件数更多，组串的串并联失配将更加严重。从这个角度而言，选择组串式的1500V，在发电量方面更有优势。而随着双面组件成为建站的主流，失配问题将更加严重，因此，具有多路MPPT的组串逆变器成为更佳的选择。

LCOE最低方案分析：双面组件+跟踪系统

从LCOE定义我们知道，除降低Capex和Opex成本外，提升发电量是光伏系统降低LCOE的重要手段。双面组件和跟踪系统是提升发电量的热点，但同时双面组件和跟踪系统投资成本也较单面组件和固定支架方案高，双面组件+跟踪系统是否是LCOE更低的方案呢?

本文根据光伏资源的丰富程度，选择三个典型区域，分别测算单面+固定支架，单面+平单支架和双面+平单支架三种方案。通过对比不同方案的LCOE，如下图所示，帮助确定最优方案。

Capex边界条件如下表;不同方案Opex成本相当，采用业界平均水平;残值按5%计。

发电量由PVsyst仿真获的。

以上LCOE计算有如下结论：

1.不同区域三种方案中，均为“双面+平单”方案的LCOE最低，降幅可高达10%;

2.光伏资源丰富的I类区域当前已实现平价上网，“双面+平单”达到目标收益的投资价格较当前价格水平裕量最大;以上分析可以考到，考虑1500V可有效降低Capex，从LCOE最低的角度看，大部分区域最优方案为“1500V+双面+平单”，但当笔者也要特别强调设计该方案时可能存在的如下问题。

1. 1500V系统较1000V系统串联组件数更多，组串的串并联失配将更加严重;

2.双面组件背面辐照不均衡，也会带来显著的失配问题;

3.平单轴跟踪支架系统的跟踪效果存在不小的差异，双面系统中理论上传统跟踪算法并非最优算法

4.双面组件系统需要优化设计，例如离地高度，支架间距等，进行技术经济必选。所以笔者建议光伏设计人员，选择“1500V+双面+平单”方案时，从组件排布(横排、竖排等)、线缆接线方案(C型、

一字型等)、逆变器方案类型(组串式、集中式)等方案尽量减少系统的失配损失，选择优化的适合双面组件的跟踪算法支架系统。

总结与建议

1500V系统因为提升发电量降低电站初始投资成本，为我国光伏产业走向平价上网时代提供了最好的助力。就当前而言， 1500V系统在海外已然成为了主流趋势，1500V的产业链和相关的标准法规已经非常完善成熟，而中国相关的产业链也已经成熟，所以笔者认为1500V系统的时代在中国已经全面到来。在1500V系统中，考虑到更高电压带来的安全，直流拉弧，PID衰减，组串串联失配，漏电安全等风险，用双面组件和跟踪系统加多路MPPT的组串逆变器方案结合更能帮助早日实现平价上网。

我们相信1500V系统+双面组件+多路MPPT的方案将是我国走向平价上网的必然选择，是未来大型地面电站的主流趋势。