Napetostna tehnologija fotonapetostnih sistemov za proizvodnjo električne energije je v glavnem razdeljena na več različnih napetostnih ravni, izbira teh ravni napetosti pa je običajno odvisna od obsega sistema, geografske lege in zahtev za dostop do omrežja.
Tu je več skupnih napetosti in njihovih razvojnih trendov:
Skupne napetostne ravni
1. Priključek z nizko napetostno mrežo (220V/380V)
Primerno za majhne porazdeljene fotovoltaične sisteme, kot so nameščeni fotovoltaični sistemi v stanovanjskih stavbah ali malih podjetjih. Ta vrsta sistema ima običajno nižjo moč in instalirana zmogljivost na splošno ne presega 400kW.
2. Priključek srednje napetosti (10kV)
Kadar je nameščena zmogljivost fotovoltaične proizvodnje električne energije večja od 400kW, je običajno izbran 10kV napetost, da se priključi v omrežje. Ta sistem zahteva, da se namestitveni transformator ujema z napetostjo omrežja.
3. Priključek z visoko napetostno mrežo (na primer 35kV, 110kV itd.)
Velike ozemljitvene fotonapetostne elektrarne običajno uporabljajo višje napetostne ravni za povezavo z omrežjem, kar zmanjšuje izgube prenosa in je primerno za prenos na dolge razdalje.
4. Povečajte stransko napetost DC na 1500V:
To je trenutno ena izmed naprednejših napetosti za fotonapetostne sisteme. S povečanjem napetosti DC s tradicionalnih 1000V na 1500V lahko izgube kabla zmanjšate, lahko povečamo dolžino niza komponent in stroške sistema znižate.
5. Povečajte napetost AC na 1000 V:
Povečanje izmenične napetosti pomaga tudi zmanjšati izgube prenosa, zlasti pri prenosu moči na dolge razdalje. Poleg tega omogoča tudi uporabo manj pretvornikov in transformatorjev, poenostavitev sistema in zmanjšanje stroškov.
6. Tehnologija pretvornika z visokim zagonom:
Pretvorniki z visokim povečanjem se uporabljajo za povečanje izhoda napetosti brez znatnega povečanja toka, kar je ključnega pomena za optimizacijo učinkovitosti sistemov porazdeljenih proizvodnje. Na primer, struktura povečevanja sklopnega vezja je dodala novo enoto za nastavitev ojačanja, ki omogoča fotovoltaičnemu sistemu, da stabilno oddaja višjo enosmerno napetost.
7. Oblikovanje pretvornika na več nivojih:
Večstopenjska zasnova pretvornika sprejme več faz pretvorbe moči, da doseže večji povečanje napetosti, hkrati pa zmanjšuje tlak na posameznih komponentah. Na primer, tristopenjski pretvornik za povečanje ne samo poveča povečanje napetosti, ampak tudi zmanjšuje prevodnost, preklapljanje izgub in povratne izgube obnovitve.
Razvojni trend
Razvojni trend napetostne tehnologije v fotovoltaičnih sistemih za proizvodnjo električne energije se odraža predvsem v naslednjih vidikih:
Napetost sistema se še naprej povečuje
DC stranska napetost sistemov za proizvodnjo fotovoltaične energije se je postopoma povečevala z zgodnjega 600V na 1000 V in zdaj na 1500V in se bo v prihodnosti nadaljevala proti višjim napetosti. Na primer, Huawei napoveduje, da bo do leta 2030 stranska napetost fotonapetosnih sistemov presegla 1500V in celo dosegla 2000 V. Glavni namen tega trenda je izboljšati učinkovitost proizvodnje energije in zmanjšati stroške sistema na kilovatno uro (LCOE) z zmanjšanjem izgub linij, količino opreme in materialnih stroškov.
Sožitje visoke napetosti in visoke zanesljivosti
S povečanjem napetosti ima sistem višje zahteve za zanesljivost. Na primer, čeprav ima sistem 1500V pomembne prednosti pri zmanjševanju stroškov in izboljšanju učinkovitosti, prinaša tudi težave, kot so nevarnosti električnega udarca, nevarnosti požara in tveganja PID (potencialno inducirano razpadanje). Zato je za prihodnji razvoj potreben krepitev varnosti in stabilnosti sistema, hkrati pa spodbuja visoko napetost, na primer, sprejema bipolarne visokonapetostne arhitekture in varnostne zmogljivosti varnosti na ravni sistema.
Tehnološka inovacija poganja napetost
Tehnološki napredek je pomembna gonilna sila za povečanje napetosti.
Na primer, uporaba polprevodniških materialov tretje generacije, kot sta silicijev karbid in galijev nitrid, ter razvoj disipacije toplote in topološke arhitekture čipov, je znatno izboljšala gostoto moči in učinkovitost pretvornikov, s čimer je podpirala realizacijo višjih napetosti. Poleg tega uporaba modularnega oblikovanja in digitalne tehnologije zagotavlja tudi jamstva za stabilno delovanje visokonapetostnih sistemov.
Integracija in uporaba sistemov za shranjevanje energije
Z razvojem tehnologije za shranjevanje energije je integracija fotonapetostnih sistemov in opreme za shranjevanje energije postala trend.
Na primer, konfiguracija napetosti 1500V DC je postopoma postala glavna izbira za sisteme za shranjevanje energije, ki ne samo zmanjša stroške sistema, ampak tudi izboljša volumetrično gostoto moči in operativno učinkovitost opreme. V prihodnosti se lahko z nadaljnjo zrelostjo tehnologije za shranjevanje energije napetost fotonapetostnih sistemov še poveča na 2000 V.
Inteligenten in energetsko učinkovit dizajn
Inteligenca je pomembna razvojna smer za prihodnje fotovoltaične sisteme. Z vključevanjem inteligentnih komponent, kot so senzorji in krmilniki, lahko fotovoltaični sistemi spremljajo status delovanja v realnem času, diagnosticirajo napake in samodejno prilagodijo delovne parametre, s čimer se izboljša zanesljivost in operativno učinkovitost sistema. Hkrati bo oblikovalski koncept visoke učinkovitosti in varčevanja z energijo vključen tudi v raziskave in razvoj ključne opreme, kot so transformatorji in pretvorniki.
Ravnotežje med varnostjo in gospodarstvom
Čeprav imajo visokonapetostni sistemi pomembne prednosti pri zmanjševanju stroškov in izboljšanju učinkovitosti, je treba še vedno reševati njihova varnostna vprašanja. Na primer, visokonapetostni sistemi povečajo tveganje PID in poslabšajo težave z neusklajenostjo. Zato je prihodnji tehnološki razvoj potreben krepitev ukrepov za zaščito varnosti sistema in izboljšanje tehničnih standardov, hkrati pa povečanje napetosti.
