La tecnologia de tensió dels sistemes de generació d’energia fotovoltaica es divideix principalment en diversos nivells de tensió diferents, i la selecció d’aquests nivells de tensió sol dependre de l’escala del sistema, la ubicació geogràfica i els requisits per a l’accés a la xarxa.
A continuació, es mostren diversos nivells comuns de tensió i les seves tendències de desenvolupament:
Nivells comuns de tensió
Connexió de la graella de baixa tensió (220V/380V)
Apte per a petits sistemes fotovoltaics distribuïts, com ara sistemes fotovoltaics instal·lats al terrat en edificis residencials o petites empreses. Aquest tipus de sistema normalment té una potència inferior i una capacitat instal·lada generalment no superior a 400kW.
2. Connexió de la graella de tensió mitjana (10kV)
Quan la capacitat instal·lada de la generació d’energia fotovoltaica és superior a 400kW, normalment es selecciona la tensió de 10kV per connectar -se a la xarxa. Aquest sistema requereix la instal·lació d’un transformador de pas per coincidir amb la tensió de la xarxa.
3.
Les estacions d’energia fotovoltaica a gran escala solen utilitzar nivells de tensió més elevats per connectar-se a la xarxa, cosa que redueix les pèrdues de transmissió i és adequada per a la transmissió de llarga distància.
4. Augmenta la tensió lateral de corrent continu a 1500V:
Actualment és un dels nivells de tensió més avançats per als sistemes fotovoltaics. En augmentar la tensió de corrent continu des del tradicional 1000V a 1500V, es poden reduir les pèrdues de cable, es pot augmentar la longitud de la cadena de components i es poden reduir els costos del sistema.
5. Augmenteu la tensió de CA a 1000V:
L’augment de la tensió de CA també ajuda a reduir les pèrdues de transmissió, especialment en la transmissió de potència de llarga distància. A més, també permet l’ús de menys inversors i transformadors, simplificant el disseny del sistema i reduint els costos.
6. Tecnologia del convertidor d’alt impuls:
Els convertidors d’alt impuls s’utilitzen per augmentar la sortida de tensió sense augmentar significativament el corrent, cosa que és crucial per optimitzar l’eficiència dels sistemes de generació distribuïda. Per exemple, l'estructura d'increment del circuit d'acoblament ha afegit una nova unitat d'ajust de guany, que permet que el sistema fotovoltaic produeixi una tensió de corrent continu de manera estable.
7. Disseny d’inversors de diversos nivells:
El disseny del inversor en diverses etapes adopta múltiples etapes de conversió de potència per aconseguir un major guany de tensió alhora que redueix la pressió sobre els components individuals. Per exemple, un convertidor d’increment de tres nivells no només augmenta el guany de tensió, sinó que també redueix la conducció, les pèrdues de commutació i les pèrdues de recuperació inversa.
Tendència del desenvolupament
La tendència de desenvolupament de la tecnologia de tensió en sistemes de generació d’energia fotovoltaica es reflecteix principalment en els aspectes següents:
La tensió del sistema continua augmentant
La tensió lateral de corrent continu dels sistemes de generació d’energia fotovoltaica ha augmentat gradualment des dels primers 600V fins a 1000V, i ara fins a 1500V, i es desenvoluparà encara més cap a tensions més altes en el futur. Per exemple, Huawei preveu que el 2030, la tensió lateral de corrent continu dels sistemes fotovoltaics superarà els 1500V i fins i tot arribarà a 2000V. L’objectiu principal d’aquesta tendència és millorar l’eficiència de la generació d’energia i reduir el cost del sistema per quilowatt hora (LCOE) reduint les pèrdues de línia, la quantitat d’equips i els costos del material.
Coexistència d’alta tensió i alta fiabilitat
Amb l’augment de la tensió, el sistema té requisits més elevats per a la fiabilitat. Per exemple, tot i que el sistema de 1500V té avantatges significatius en la reducció de costos i la millora de l’eficiència, també aporta problemes com els perills de xoc elèctric, els perills d’incendi i els riscos de PID (decadència induïda potencial). Per tant, el desenvolupament futur requereix reforçar la seguretat i l'estabilitat del sistema alhora que promouen una gran tensió, per exemple, adoptant una arquitectura bipolar d'alta tensió i capacitats de protecció de seguretat del nivell del sistema.
La innovació tecnològica impulsa l’augment de tensió
El progrés tecnològic és una força motriu important per a l’augment de tensió.
Per exemple, l’aplicació de materials semiconductors de tercera generació com el carbur de silici i el nitrur de gali, així com el desenvolupament de la dissipació de calor de xip i la tecnologia d’arquitectura de topologia, han millorat significativament la densitat de potència i l’eficiència dels inversors, donant suport així a la realització de tensions més altes. A més, l’aplicació del disseny modular i la tecnologia digital també proporciona garanties per al funcionament estable de sistemes d’alta tensió.
Integració i aplicació de sistemes d'emmagatzematge d'energia
Amb el desenvolupament de la tecnologia d’emmagatzematge d’energia, la integració de sistemes fotovoltaics i equips d’emmagatzematge d’energia s’ha convertit en una tendència.
Per exemple, la configuració de tensió de CC de 1500V s’ha convertit gradualment en l’opció principal per als sistemes d’emmagatzematge d’energia, que no només redueix els costos del sistema, sinó que també millora la densitat d’energia volumètrica i l’eficiència operativa dels equips. En el futur, amb la major part de la tecnologia d’emmagatzematge d’energia, la tensió dels sistemes fotovoltaics pot augmentar encara més fins a 2000V.
Disseny intel·ligent i eficient energèticament
La intel·ligència és una direcció important de desenvolupament per als futurs sistemes fotovoltaics. Integrant components intel·ligents com ara sensors i controladors, els sistemes fotovoltaics poden supervisar l’estat de funcionament en temps real, diagnosticar falles i ajustar automàticament els paràmetres de funcionament, millorant així la fiabilitat i l’eficiència operativa del sistema. Al mateix temps, el concepte de disseny d’alta eficiència i conservació d’energia també s’integrarà en la investigació i el desenvolupament d’equips clau com transformadors i inversors.
Equilibri entre seguretat i economia
Tot i que els sistemes d’alta tensió tenen avantatges importants en la reducció dels costos i la millora de l’eficiència, encara s’han d’abordar els problemes de seguretat. Per exemple, els sistemes d’alta tensió augmenten el risc de PID i agreuen els problemes de desajust de sèries. Per tant, el futur desenvolupament tecnològic requereix reforçar les mesures de protecció de seguretat del sistema i millorar els estàndards tècnics alhora que augmenta la tensió.
