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直流1500V電壓系統(tǒng)相比常規(guī)的1000V系統(tǒng)，可以減少直流側(cè)組串?dāng)?shù)，從而減少光伏電纜用量和直流匯流箱數(shù)量，降低直流線路損耗，減少安裝成本。同時(shí)，電流不變的前提下提升電壓，意味著匯流箱、逆變器等電氣設(shè)備單位功率密度的提高，從系統(tǒng)上降低光伏發(fā)電成本，提高系統(tǒng)發(fā)電效率。從全球市場來看，北美和歐洲的大部分系統(tǒng)也正逐步向直流1500V遞進(jìn)。
TÜV萊茵大中華區(qū)太陽能及燃料電池技術(shù)服務(wù)部 副經(jīng)理
那么，直流1500V系統(tǒng)對(duì)光伏逆變器及其他核心部件設(shè)計(jì)提出了怎樣的技術(shù)挑戰(zhàn)?器件制造商該如何應(yīng)對(duì)?TÜV萊茵大中華區(qū)太陽能及燃料電池技術(shù)服務(wù)經(jīng)理戴建偉先生就此話題為業(yè)界提供了應(yīng)對(duì)思路和解決方案。直流1000V和1500V系統(tǒng)要求，差異在哪里?
IEC/EN 62109-1/2標(biāo)準(zhǔn)具體規(guī)范了光伏逆變器的安全要求，涉及七大危害防護(hù)：電氣、機(jī)械、過溫、防火、化學(xué)、噪聲、液體氣體爆炸危險(xiǎn)。直流1000V和1500V系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)要求的區(qū)別主要集中在電氣安全。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，安全可觸及部分和危險(xiǎn)電壓部分必須要有可靠的防護(hù)以確保安全。防護(hù)方式有以下4種：
1、隔離防護(hù)
2、高阻防護(hù)
3、限壓防護(hù)
4、接地保護(hù)
那么，相對(duì)于1000V系統(tǒng)，怎樣的防護(hù)才能滿足1500V系統(tǒng)的要求?
隔離防護(hù)是利用電氣間隙和爬電距離來阻隔危險(xiǎn)電壓對(duì)人接觸安全可觸及部分時(shí)造成的觸電危險(xiǎn)，是電氣安全防護(hù)中常用且可靠的方式。
TÜV萊茵指出，在電氣間隙的要求上直流1000V和1500V沒有差異。但是，直流1500V系統(tǒng)的爬電距離要求比1000V系統(tǒng)提高較多，對(duì)現(xiàn)有的逆變器及相關(guān)器件的安全設(shè)計(jì)造成一定挑戰(zhàn)，詳見下表：
爬電距離的提升對(duì)逆變器及器件制造商來說是個(gè)很大的挑戰(zhàn)，有沒有好的辦法可以解決?TÜV萊茵提出了一種有效的解決方案：
標(biāo)準(zhǔn)明確定義了影響爬電距離的四大因素：污染等級(jí)、工作電壓、絕緣材料組別和絕緣類型。其中降低污染等級(jí)可以大幅降低爬電距離的限值要求，是可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的可行措施，而灌膠與涂層就是降低污染等級(jí)的有效手段。
使用灌膠與涂層后，改變非常明顯。從下表可以看到，由于污染等級(jí)從2類變?yōu)?類在直流1500V系統(tǒng)中，基本絕緣和加強(qiáng)絕緣的限值分別從之前的15mm和30mm降到了5.2mm和10.4mm。
根據(jù)IEC 60664-3，評(píng)估灌膠與涂層有以下關(guān)鍵測(cè)試：
1)目檢。這不是純粹依靠肉眼就能完成，測(cè)試需要將PCB板放大10倍后，檢查灌膠與涂層材料是否有膨脹、起泡、裂痕、與底部基材脫離等不滿足要求的情況;
2)低溫測(cè)試：-25℃，或以產(chǎn)品說明書定義的最低使用溫度，持續(xù)96個(gè)小時(shí);
3)干熱測(cè)試：125℃，或以產(chǎn)品說明書定義的最低使用溫度，持續(xù)1000小時(shí);
4)快速溫變測(cè)試：50個(gè)循環(huán)/單個(gè)循環(huán)1小時(shí)/溫變速度≤30秒;
5)靜態(tài)電壓下的濕熱測(cè)試：40℃/93%濕度、持續(xù)時(shí)間96小時(shí);
6)附著力測(cè)試：考核涂層與PCB板基材的結(jié)合程度;
7)潮態(tài)處理：40℃/93%濕度、持續(xù)48小時(shí);
8)絕緣電阻測(cè)試;
9)耐壓測(cè)試;
如果能夠順利通過測(cè)試，則可以認(rèn)定該灌膠與涂層符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
TÜV萊茵指出，提高絕緣材料組別也是降低爬電距離限值要求的另一種方式，但此種方式存在以下問題：
1.高組別的絕緣材料對(duì)廠商來說意味著更高的成本;
2.逆變器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及的絕緣材料多種多樣，如采用隨機(jī)測(cè)試的方式進(jìn)行驗(yàn)證，需要提供標(biāo)準(zhǔn)試樣的種類和數(shù)量較多，一些元件的絕緣材料試樣比較難以獲得，例如光耦;
3.即便所有種類的絕緣材料全部符合了所要求的絕緣組別要求，一旦廠商需要更換某個(gè)涉及絕緣的零部件，新增的可選零部件仍需提供絕緣試樣進(jìn)行隨機(jī)測(cè)試;
4.即使采用最高組別的絕緣材料CTI ≥600，其對(duì)應(yīng)的爬電距離限值仍高于污染等級(jí)為1時(shí)的爬電距離要求，達(dá)到基本絕緣7.5mm和加強(qiáng)絕緣15mm;
相比較而言，采取降低污染等級(jí)的方式，雖然前期認(rèn)證成本較高，但對(duì)廠商而言，后期的維護(hù)成本較低，增加的成本只涉及灌膠/涂層的材料，不影響其它元器件的更換。
直流1500V系統(tǒng)中的零部件選擇要求
TÜV萊茵指出所有的相關(guān)器件需要具備IEC或EN相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的TÜV或相關(guān)認(rèn)證，額定工作電壓必須符合直流1500V的規(guī)格要求。以下是分別針對(duì)防雷裝置、直流側(cè)保險(xiǎn)絲、直流側(cè)斷路器所進(jìn)行的總結(jié)：
防雷裝置：
直流側(cè)保險(xiǎn)絲：
直流側(cè)斷路器：
廠商應(yīng)選擇與系統(tǒng)電壓相符的認(rèn)證零部件。
除此以外，TÜV萊茵還特別提出直流1500V系統(tǒng)還需要非常重視以下問題：例如直流拉弧和PID防護(hù)等。
原標(biāo)題：應(yīng)對(duì)直流1500V電壓系統(tǒng)，光伏逆變器設(shè)計(jì)思路詳解
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