Fonte: solarpowerworldonline
Da quando i sistemi da 1.500 V montati a terra sono stati menzionati nel National Electrical Code 2017, i produttori hanno lavorato duramente su pannelli solari, inverter da 1.500 V e tutti gli elementi intermedi. Le apparecchiature solari ad alta tensione consentono agli installatori di condensare i sistemi ottenendo la stessa potenza.
La sezione 690.7 del NEC del 2017 ha stabilito per la prima volta che i sistemi di montaggio a terra possono avere una tensione massima di 1.500 V. I grandi sistemi su scala pubblica avevano già iniziato a spostarsi a 1.500 volt negli anni precedenti a questo codice a causa di requisiti standard diversi, ma il codice aggiornato apre la possibilità di 1.500 volt per progetti su piccola scala e gli inverter di stringa ad alta tensione che si adattano bene a quel mercato.
La "Roadmap tecnologica internazionale 2017 per il fotovoltaico (ITRPV)" ha messo in luce la tendenza della tensione del sistema che aumenta da 1.000 volt a 1.500 volt. Lo studio ha rilevato che dal 2020 in poi il mercato a 1.500 V sarà superiore al 30% e che la tensione raggiungerà una quota di mercato superiore al 50% a partire dal 2025.
Cos'è il sistema solare a 1.500 volt
Un aumento di 500 volt consente agli appaltatori di condensare i sistemi perché ogni inverter può elaborare più energia. È possibile collegare più pannelli in serie per creare stringhe più lunghe. Sono necessari meno fili. Sono necessari meno inverter perché possono accettare più potenza. Ma un sistema da 1.500 V può funzionare solo se tutti i componenti sono classificati per funzionare a 1.500 V.
La maggior parte dei produttori di pannelli solari ha iniziato ad aggiornare i propri pannelli utilizzati nei progetti su larga scala a 1.500 V. Jeff Juger, direttore dello sviluppo aziendale di JinkoSolar, ha spiegato che gli installatori solari avranno ancora bisogno dello stesso numero di pannelli totali per raggiungere la potenza prevista in 1.500 -V sistema, solo poche stringhe di pannelli. Ad esempio, se la tensione di un modulo a circuito aperto (Voc) è 45 VDC, un sistema da 1.000 V consente 22 moduli (1.000 / 45) in una stringa mentre un sistema da 1500 V consente 33 moduli (1.500 / 45) in un corda.
Il costo dei moduli da 1.500 V è sostanzialmente lo stesso dei pannelli a bassa tensione, sebbene nella produzione vengano utilizzati materiali leggermente diversi. Juger ha detto che l'unico problema con questi pannelli aggiornati è la maggiore opportunità di degrado indotto potenziale o PID.
"L'alta tensione può creare il rischio di PID, in cui gli ioni migrano dalle celle al telaio del modulo, con conseguente perdita di corrente", ha detto Juger. "Jinko è stato il primo a offrire un modulo senza PID incorniciato e non ha avuto problemi con il PID nei suoi moduli da 1.500 V."
Costo delle unità correnti
I sistemi ad alta tensione sono più economici perché sono necessari meno materiali, dalle grandi cose come gli inverter alle piccole cose come i fili e le disconnessioni. Questo perché la corrente, che è inversamente proporzionale alla tensione, diminuirà man mano che le tensioni aumentano. Le dimensioni del conduttore possono diminuire perché la corrente è inferiore e i costi diminuiscono con la dimensione del conduttore.
"Il motto che abbiamo qui è il costo attuale delle unità", ha affermato Eric Every, product manager di Yaskawa - Solectria Solar. "Maggiore è la tensione, minore è il materiale di base effettivo che è necessario acquistare."
Ogni detto che passare da un sistema da 1.000 V a 1.500 V significa solo rendere un po 'più grande l'isolamento del filo, mentre scendere in tensione e corrente richiede più materiale di rame effettivo all'interno dei fili. L'uso di più rame è costoso nel caso di progetti multi-megawatt, quindi l'utilizzo di meno rame con sistemi a 1.500 V è un'opzione gradita per gli sviluppatori e gli installatori solari su larga scala.
Grandi sistemi, grandi guadagni
I risparmi sui costi di 1.500 V sono maggiori se distribuiti su larga scala. Ecco perché gli inverter centrali da 1.500 V sono diventati la scelta dominante e sostanzialmente esclusiva per le nuove grandi installazioni su scala pubblica negli Stati Uniti, mentre gli inverter di stringa da 1.500 V stanno entrando nel mercato per servire piccoli progetti di utilità.
"Con questo passaggio a 1.500 volt, si ottengono inverter più potenti", ha affermato Carlos Lezana, marketing e comunicazione per il solare per Ingeteam, che produce sia inverter di stringa che centrali. "Se sviluppi [una centrale da 100 MW] con un inverter centrale da 1.500 V, avrai bisogno di meno unità [e] meno inverter rispetto a quando lo fai con inverter da 1.000 V."
Un minor numero di inverter centrali significa meno manodopera e meno scatole combinate necessarie per consolidare i cavi in queste installazioni ad alta tensione. Meno inverter significa anche meno tecnici necessari per risolvere i problemi dopo la messa in servizio.
"Quando hai meno inverter, allora tutti quei costi, quei costi di manodopera, sono ridotti", ha detto Lezana.
Anche se passare a 1.500 volt comporta molti vantaggi, ci sono anche degli svantaggi. Una maggiore tensione che passa attraverso un numero inferiore di inverter centrali significa una maggiore perdita di potenza in caso di guasto di un inverter.
"Ovviamente se hai meno inverter, è perché ognuno di loro gestisce più energia, quindi se uno scende, allora perdi più energia", ha detto Lezana. “Tutti i produttori di inverter fotovoltaici hanno un tasso di guasto. Devi assicurarti che i tuoi fornitori, o la società che si occupa delle operazioni e della manutenzione, sarà molto veloce nella risposta, perché vuoi che la tua centrale elettrica funzioni sempre alla massima potenza, come molti ore il più possibile. "
Immettere gli inverter di stringa da 1.500 V
Gli inverter di stringa da 1.500 V sono entrati nel mercato su larga scala circa un anno fa, ma hanno più senso per progetti solari di piccole dimensioni.
Ad esempio, con una centrale elettrica da 20 MW, gli EPC potrebbero utilizzare cinque o sei inverter centrali da 1.500 V o centinaia di inverter da stringa da 1.500 V. La scelta si ridurrebbe al costo e alla manutenzione complessivi, ma è chiaro che i grandi progetti su scala di utilità potrebbero ancora rimanere con gli inverter centrali.
"Se stai facendo 100 MW, non sono davvero sicuro che abbia senso usare inverter di stringa", ha detto Every. "Faremo un'offerta per un progetto, ma probabilmente il cliente sceglierà i centri perché saranno in grado di avere quella granularità."
La facilità di manutenzione degli inverter di stringa in generale rende gli inverter di stringa da 1.500 V un'opzione interessante per i sistemi di dimensioni più ridotte.
Se uno fallisce, solo una stringa è interessata e può essere facilmente sostituita con una nuova unità senza molto ritardo. Gli inverter centrali sono ancora più economici della stringa in termini di centesimi per watt su grandi progetti su scala di utilità, ma la stringa può vincere per una manutenzione più semplice, specialmente quando una tensione più elevata aumenta la posta in gioco.
“Il recupero è molto più veloce sulla stringa. Basta fare una semplice sostituzione con unità di riserva che potrebbero essere sul posto. Una sostituzione può essere effettuata in mezz'ora, quindi è un rapido recupero ", ha affermato Ed Heacox, direttore generale di CPS America.
Per questo motivo Solectria ha scelto di avvicinarsi al mercato a 1.500 V con solo inverter di stringa. La società sta considerando il suo inverter centrale da 1.000 V un prodotto legacy ora, non lo consiglia per nuovi progetti.
“Quando abbiamo deciso di produrre un prodotto da 1.500 V, abbiamo detto: 'Ehi, avremo un momento davvero difficile con questo problema di O&M se andiamo con un inverter centrale. Tutti i nostri clienti apprezzano molto la facilità di manutenzione di quell'inverter di stringa, facciamolo e basta '”, ha detto Every.
"Global PV Inverter e MLPE Landscape: H1 2018" di Wood Mackenzie Power & Renewables hanno riscontrato che le spedizioni di inverter di stringa trifase sono cresciute del 59% su base annua e hanno superato le spedizioni di inverter centrali di quasi 7 GW dal 2015 al 2017. È emerso che 2018 è stato l'inizio di una maggiore adozione di inverter di stringa negli Stati Uniti a causa dei nuovi modelli di inverter di stringa da 1.500 V.
“Stiamo scoprendo che una percentuale maggiore dei progetti realizzati dai nostri clienti li sta implementando con una topologia di inverter di stringa rispetto agli inverter centrali. E ogni anno quella percentuale sembra aumentare ", ha detto ogni.
Solectria si è concentrata tradizionalmente su progetti C&I tra 100 kW e 20 MW, la maggior parte dei quali da tetto commerciale da 1 a 5 MW o piccoli progetti a terra. Il suo nuovo inverter di stringa da 1.500 V, che inizierà la spedizione a dicembre 2018, sarà destinato alla parte "I" di C & I: progetti industriali, connessi alla distribuzione, di comunità, solari, di tipo aziendale.
"Se si tratta di un confronto tra 1.500-V e 1.000-V [inverter di stringa], i risparmi sui costi sono reali per i 1.500 volt", ha detto Every. Il minor costo di costruzione derivante da meno lavoro sul campo, meno terminazioni e meno cavi può aiutare gli installatori a vincere più offerte.
"Si ottiene un costo migliore per watt nei moduli, si ottiene un costo migliore per watt quando si guardano il tubo e il filo nel sistema", ha detto Every.
Pericolo alta tensione
L'aumento della tensione significa maggiori conseguenze sulla sicurezza per i lavoratori se qualcosa va storto. Ma Heacox ha fiducia nei codici e negli standard del settore.
"Gli standard e le normative rappresentano tensioni più elevate, quindi teoricamente non dovrebbero esserci maggiori rischi per la sicurezza correlati a questo", ha affermato Heacox. “In realtà mi fido di questo. Le persone sanno che più energia è più rischiosa. "
John Drummond, ingegnere applicativo di CPS America, aggiunge che gli installatori devono essere sicuri di utilizzare apparecchiature classificate a 1.500 V, dall'isolamento del filo ai voltmetri e ovunque nel mezzo. Gli installatori devono inoltre ricordare che le distanze di lavoro sono diverse per i progetti a 1.500 V.
“I giochi di spazio di lavoro tipici per 600 e 1.000 volt non sono applicabili a 1.500 volt. Devi usare recinzioni più alte, tenere le cose distanziate ulteriormente, aggiungere ulteriore illuminazione, cose del genere ”, ha detto ogni.
Sebbene Drummond e Heacox credano che la tecnologia 1.500-V sia sicura, è ancora legata al suolo. Drummond ha affermato di prevedere un futuro in cui anche i sistemi a 1.500 V possono salire sui tetti, ma richiederebbe l'accettazione da parte del settore.
"Davvero all'inizio ... questi tipi di applicazioni erano" dietro la recinzione "e penso che mentre passavamo da 600 a 1.000 volt, è lo stesso tipo di esitazione a passare a 1.500 volt per tutte le applicazioni", ha affermato Drummond.
Tutti non vedono mai i 1.500 volt sui tetti residenziali a causa di problemi di sicurezza, ma ha detto che il solare sul tetto da 1.500 V commerciale potrebbe essere una possibilità futura. Tuttavia, le stringhe lunghe fornite con 1.500 volt sarebbero limitanti quando si progettano configurazioni di array sul tetto. Mettere da 26 a 28 pannelli in linea retta non è sempre facile.
"Nei sistemi a tetto da 1.000 V ... ottieni un po 'più di flessibilità nel modo in cui disponi i tuoi tetti perché le tue corde sono più corte. Devi far passare un altro paio di fili, ma almeno puoi imballare un po 'meglio il tetto ", ha detto Every.
I sistemi solari ad alta tensione offrono flessibilità e risparmi sui costi agli installatori solari e le opzioni continueranno ad espandersi con l'ingresso sul mercato di apparecchiature solari più innovative da 1.500 V.
