Erster solarer Übergang zu einem Medium

First Solar nimmt eine grundlegende Änderung in der Architektur der großen Solarkraftwerke vor, die es baut und betreibt.

CEO Jim Hughes hat wiederholt Kostensenkungen beim führenden integrierten Solarstromanbieter gefordert und gesagt: „Wir haben eine Technologie-Roadmap: Bis 2017 werden wir im Westen der USA weniger als 1,00 US-Dollar pro Watt erreichen, das vollständig auf einem Tracker installiert ist.“ "

Raffi Garabedian, CTO von First Solar, hat kürzlich einige Wege skizziert, die das Unternehmen einschlägt, um diese niedrige Zahl zu erreichen – darunter verbesserte Zelleffizienz, neue Modulformfaktoren, einachsige Tracker und eine neue Solararchitektur, die einen Wandel auf diesem Weg markiert Big Solar könnte seine Anlagen verkabeln und betreiben.

Das ist Mittelspannungs-Gleichstrom (MVDC) – und Garabedian erläuterte den neuen Ansatz beim jüngsten Analystentag von First Solar.

Garabedian nannte MVDC „eine völlig neue, radikal bahnbrechende Kraftwerksarchitektur für Solarenergie“.

„Wenn man sich eine konventionelle Architektur anschaut, hat man vor Ort Module, die in sogenannten Strings verbunden sind. Mehrere Modulstränge werden in Combiner-Boxen zusammengefasst, in denen die gesamte Energie parallel gebündelt und durch Sicherungen geschützt wird „Die Energie wird dann über Zuleitungen zu Stromumwandlungsstationen gesendet. Diese Energieübertragung erfolgt heute mit unserem 1.500-Volt-Wechselrichtersystem bei 1.500 Volt. In der Industrie erfolgt sie häufiger bei 800 oder 1.000 Volt“, sagte er.

„Jede Energieumwandlungsstation ist eine Kombination aus einem Wechselrichter und einem Transformator, der die Spannung auf etwa 35 Kilovolt erhöht, die an eine PV-Kombischaltanlage und dann an die Umspannstation und an den Netzanschluss weitergeleitet wird. So werden Kraftwerke heute gebaut.“ „, fuhr Garabedian fort.

„Wir überlegen, die Anzahl der Elemente in diesem Kraftwerk zu ändern, die Anzahl der Teile zu reduzieren und den Kapazitätsfaktor der Energieerzeugung des Kraftwerks zu verbessern. Die Art und Weise, wie wir dies tun werden, ist der sogenannte Mittelspannungs-Gleichstrom.“ . Indem wir hier die Combiner-Boxen durch DC-DC-Wandler ersetzen, die die Spannung von den Strings auf etwa das Zehnfache der String-Spannung von 1.500 Volt erhöhen, können wir die Verkabelungskosten und die Widerstandsverluste in der Verkabelung erheblich senken Durch den Einsatz eines sehr großen DC/AC-Wandlers, der in der Versorgungsbranche allgemein verfügbar ist (und weltweit für Netzanbindungen verwendet wird), und durch die Nutzung dieser bereits vorhandenen Technologie können wir vom MVDC-Punkt an eine sehr gute Kostenstruktur erreichen zum Netzanschluss", sagte er.

„Wir bringen auch Netzsteuerungs- und Unterstützungsfunktionen zum Tragen, die bereits in diesen großen DC/AC-Wandlern verfügbar sind, die in Standard-PV-Wechselrichtersystemen nicht verfügbar sind. Das System hängt von einer neuen Komponente ab, und die neue Komponente ist es.“ „Wird von First Solar gemeinsam mit Partnern entworfen und entwickelt. Es wird ein Produkt der Marke First Solar sein, das wir auf den Markt bringen werden.“ Dieser DC/DC-Wandler „sieht aus wie ein Transformator, den Sie vielleicht in Ihrer Nachbarschaft sehen, und er führt die Spannungsumwandlungs- und Strompunktverfolgungsfunktion aus, die früher im PV-Wechselrichter durchgeführt wurde. Er unterstützt auch die gleiche Funktionalität.“ als Combiner-Boxen und verteilt einen Teil der Stromumwandlung auf das Feld“, fügte Garabedian hinzu.

„Was sind die Vorteile? Wir können die Anzahl der Komponenten vor Ort reduzieren. Wir können den Arbeitsaufwand vor Ort reduzieren und wir können die Energieverluste in den Stromumwandlungssystemen reduzieren.“

„Um dies in einen Zusammenhang zu bringen, sprechen wir über Stromumwandlungsstationen, Wechselrichter und Transformatoren. Bei einem 1.000-Volt-System verfügt ein typisches 100-Megawatt-Kraftwerk über 100 Stromumwandlungsstationen, die vor Ort aufgestellt, installiert und installiert werden müssen. in Betrieb genommen und in Betrieb genommen. [Mit] einem 4-MVA-System wie unserer 1.500-Volt-Architektur sind es 25 Stromumwandlungsstationen.

„Bei MVDC gibt es eine Stromumwandlungsstation – eine einzige zentrale Stromumwandlungsstation, die in das Umspannwerk integriert ist. Weniger Transformatoren bedeuten weniger Dunkelverluste, also weniger Energieverluste und einen besseren Kapazitätsfaktor für die Anlage. Mit der MVDC-Stromaggregationsspannung Wir können die Gesamtmenge an Kabeln im Feld um etwa 75 Prozent reduzieren und die Menge an Gräben, die zum Vergraben aller Kabel im Boden erforderlich sind, fast halbieren. Eine enorme Kosteneinsparung, eine verbesserte Energieleistung und eine bessere Wirtschaftlichkeit für unsere Kunden."

Laut Garabedian „hört das noch nicht auf. Es gibt noch einen weiteren Vorteil: Dieses System ist speicherbereit. Das bedeutet, dass wir das System so konzipieren, dass es die Integration von Batteriespeichersystemen in die DC-Seite der Anlage ermöglicht.“

„Warum machen wir das? Die Speicherintegration in das DC-Kraftwerk führt unserer Meinung nach letztendlich zu den niedrigsten Gesamtkosten für Speicher plus Solar auf dem Markt. Wir sind davon überzeugt, dass diese Architektur aus Kostensicht die separate Architektur bei weitem übertreffen kann.“ „Speicherung und PV, die hervorragend miteinander verbunden sind“, sagte er.

„Wir erwarten oder hoffen, im Jahr 2017 ein kommerzielles Pilotprojekt und im Jahr 2018 eine allgemeine kommerzielle Verfügbarkeit für ausgewählte Partnerkunden zu erreichen. Die Zusammenführung dieser Technologien und einiger anderer Dinge, an denen wir arbeiten, wie unser Tracker der nächsten Generation und Verbesserungen an unserem.“ „Wir gehen davon aus, dass die Kostensenkungskurve auf Systemebene bis zum Jahr 2020 sehr dramatisch bleiben wird“, sagte Garabedian.

MJ Shiao, GTM-Direktor für Solarforschung, fasst den MVDC-Ansatz als ein „superzentralisiertes“ Modell mit einem sehr großen Mittelspannungs-Gleichstrom-zu-Wechselstrom-Wandler zusammen, der „eine 100-Megawatt-Stromumwandlungsstation“ schafft.

Shiao identifiziert alle Vorteile der Erhöhung der Gleichspannungen: „Weniger Verkabelung, weniger Grabenaushub, Eliminierung von Anschlusskästen (obwohl diese durch den DC/DC-Optimierer ersetzt werden), fester Spannungsausgang, der die Komplexität der Gleichstrom-Wechselstrom-Umwandlung verringert, geringere Gleichstromverluste, weniger.“ Baustellenbewertung/Bauarbeiten usw.

Aber er hat auch einige Bedenken: „MVDC bedeutet ein ganz neues Spiel für Bauwesen und Betrieb und Wartung. Außer den DC/DC-Optimierern gibt es in diesem Fall nicht viel solarspezifische Ausrüstung, aber alles, was nicht von der Stange ist, muss zertifiziert werden.“ von UL usw., und das könnte eine Weile dauern.

„Das könnte sich auch auf O&M (Anforderungen, wer das System wann und wie warten kann) und die Betriebszeit auswirken – das ist ein massiver Single Point of Failure im Stromrichter“, sagte Shiao. Garabedian merkt an: „Die großen Zentralwechselrichter, über die wir sprechen, werden häufig in Versorgungsnetzen eingesetzt und verfügen über eine solide und gut verstandene Wartungshistorie. Wir verfügen bereits über lange historische Daten zu Verfügbarkeit, MTBF, Wartungskosten, Fehlermodi usw. Diese Dinge.“ gibt es schon seit 50 Jahren und sie wurden mit entsprechenden Reduzierungsfaktoren und internen Redundanzniveaus entwickelt. Das ist ein großer Vorteil gegenüber der Verwendung einer etablierten Produktlinie für diesen Teil des Systems.“

Shiao fährt fort: „Ein Grund dafür, dass wir keine inkrementellen Mittelspannungsarchitekturen sehen, ist, dass der Anstieg der Baukosten, wenn man mehr Sicherheit usw. in Betracht zieht, wahrscheinlich die Einsparungen überwiegt. Allerdings, wenn man dazu in der Lage ist.“ Wenn ich so massiv ansteige, dass sich all diese Kosten gegenüber einer einzigen 100-Megawatt-Einheit amortisieren, dann könnte ich ja erhebliche Nettokosteneinsparungen feststellen. Der Schlüsselfaktor werden die tatsächlichen Kosten für diese DC/DC-Umwandlungseinheiten sein.“

Shiao weist darauf hin, dass die Architektur nicht völlig neu sei. Alencon hat mit Mitteln des DOE und Unterstützung von Stephens Capital Partners an dieser Art von Architektur gearbeitet, allerdings mit einem 2.500-VDC-Bus. Shiao weist darauf hin, dass SunPower an etwas in dieser Richtung arbeitet (basierend auf der DragonFly-Übernahme), während Ampt in den letzten Jahren auch die DC-Optimierung auf String-Ebene im Versorgungsbereich vorangetrieben hat.

Shiao schlussfolgert: „Ähnlich wie 1.500 Volt in diesem Jahr Tonnen an Traktion erhalten werden, muss jeder, der sich mit den nächsten Schritten zur Kostensenkung im PV-Strom-BOS befasst, die DC-DC-Optimierung in Betracht ziehen.“

Scott Moskowitz, Solaranalyst bei GTM Research, bemerkt: „Dies ist um ein Vielfaches ehrgeiziger als [die Umstellung auf] 1.500 Volt“, mit „weitaus größeren Hürden“. Die Umstellung auf 1.500 Volt erforderte nur kleine Änderungen in den Lieferketten, einige Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Neukonfiguration und Prüfung von Produkten sowie schrittweise Änderungen der Standards für PV-Komponenten und es gab einen Präzedenzfall für die frühere Entwicklung auf 1.000 Volt. Mittelspannungs-Gleichstrom würde deutlich mehr Technologieentwicklung erfordern und die Übernahme von Umwandlungstechnologien aus anderen Energiebranchen erfordern.“

Letztes Jahr sagte Jim Hughes, CEO von First Solar: „Bei den großen Solaranlagen, die heute gebaut werden, handelt es sich im Wesentlichen um vergrößerte Dachsysteme – weil es das ist, was die Gesetzesbehörden früher verstanden haben. Wenn man eine großflächige Anlage bauen würde.“ Von Grund auf auf einem sauberen Blatt Papier ohne vorherige Kontamination, würde das, was Sie bauen würden, anders aussehen als das, was wir heute bauen.“

„Ich denke, in den nächsten fünf Jahren wird die Branche zu einer grundlegend anderen Architektur übergehen, mit stärkerer Nutzung des DC-Busses [und] der Nutzung der AC-Umwandlung bei höheren Spannungen mit weniger Wechselrichtern. [...] Ich denke auch, dass wir Wir brauchen eine engere Integration in die Art und Weise, wie wir Elektrizität nutzen.“ Er sagte, es gebe auch auf der DC-Seite die Möglichkeit, etwas zu unternehmen. „Wenn Sie die Geräte gemeinsam oder in angemessener Entfernung anordnen können, können Sie Gleichstrom direkt in das Rechenzentrum einspeisen“, was zu „Kosteneinsparungen von 15 Prozent führt, da die gesamte Wechselstromumwandlungsseite der Gleichung entfällt“, sagte Hughes.