1. Nuvarande status av solcellsindustrin (fotovoltaisk energi)

1.1 Snabb tillväxt av den globala solcellsmarknaden

Under senare år har den globala solcellsindustrin upplevt en explosionsartad tillväxt. Enligt data från Internationella energiorganet (IEA) översteg den globala nyinstallerade kapaciteten för solcellsenergi 350 GW år 2023, och den kumulativa installerade kapaciteten översteg 1,5 TW. Länder och regioner som Kina, USA, Europa och Indien har blivit de viktigaste drivkrafterna på solcellsmarknaden.

- Kina: Som världens största solcellsmarknad ökade Kina med över 200 GW solcellskapacitet år 2023, vilket motsvarar mer än 57 % av den globala nya installerade kapaciteten. Statligt politiskt stöd, tekniska framsteg och kostnadsminskningar är de viktigaste faktorerna som driver utvecklingen av Kinas solcellsindustri.

- Europa: Påverkat av Ryssland-Ukraina-konflikten accelererade Europa sin energiomställning. År 2023 översteg den nya installerade kapaciteten för solceller 60 GW, med betydande tillväxt i länder som Tyskland, Spanien och Nederländerna.

- USA: Uppmuntrad av Inflation Reduction Act (IRA) fortsatte den amerikanska solcellsmarknaden att växa, med en ny installerad kapacitet på cirka 40 GW år 2023.

- Indien: Den indiska regeringen främjar kraftfullt utvecklingen av förnybar energi. År 2023 översteg den nya installerade kapaciteten för solceller 20 GW, med målet att uppnå 500 GW installerad kapacitet för förnybar energi år 2030.

1.2Kontinuerliga framsteg inom solcellsteknik

Kontinuerlig innovation inom solcellsteknik har lett till ökad effektivitet och minskade kostnader för solenergiproduktion:

- Högeffektiva batteritekniker som PERC, TOPCon och HJT: PERC-celler (passiverade emitter- och bakkontaktceller) är fortfarande vanliga, men TOPCon- och HJT-tekniker (tunneloxidpassiverade kontaktceller) utökar gradvis sina marknadsandelar på grund av sin högre omvandlingseffektivitet (>24 %).

- Perovskitsolceller: Som nästa generations solcellsteknik har perovskitceller uppnått laboratorieeffektiviteter på över 33 % och förväntas vara kommersiellt gångbara i framtiden.

- Bifaciala moduler och spårningsfästen: Bifaciala moduler kan öka effektgenereringen med 10 % till 20 %, medan spårningsfästen optimerar solljusets infallsvinkel, vilket ytterligare förbättrar systemets effektivitet.

1.3De Kostnaden för solcellsproduktion fortsätter att minska

Under det senaste decenniet har kostnaden för solcellsproduktion sjunkit med mer än 80 %. Enligt IRENA (International Renewable Energy Agency) har den globala nivåiserade elkostnaden (LCOE) för solcellsproduktion år 2023 sjunkit till 0,03–0,05 amerikanska dollar per kWh, vilket är lägre än för kol- och naturgasproduktion, vilket gör den till en av de mest konkurrenskraftiga energikällorna.

1.4 Samordnad utveckling av energilagring och solceller

På grund av den intermittenta karaktären hos solcellsproduktion har användningen av energilagringssystem (som litiumbatterier, natriumjonbatterier, flödesbatterier etc.) i kombination blivit en trend. År 2023 översteg den nyinstallerade kapaciteten för globala solcells- plus energilagringsprojekt 30 GW, och det förväntas att den kommer att bibehålla en hög tillväxttakt under det kommande decenniet.

2. De betydelse av solcellsindustrin

2.1 Att ta itu med klimatet förändring och främjande av målen för koldioxidneutralitet

Länder runt om i världen accelererar sin energiomställning för att minska utsläppen av växthusgaser. Solenergi, som en kärnkomponent i ren energi, spelar en avgörande roll för att uppnå målet om "koldioxidneutralitet". Enligt Parisavtalet måste den globala andelen förnybar energi nå över 40 % år 2030, och solenergi kommer att bli en av de viktigaste energikällorna.

2.2 Energisäkerhet och oberoende

Traditionella energikällor (som olja och naturgas) påverkas starkt av geopolitik, medan solenergiresurser är vitt spridda och kan minska beroendet av importerad energi. Till exempel har Europa minskat sin efterfrågan på rysk naturgas genom att installera storskaliga solcellskraftverk, vilket ökar sin energiautonomi.

2.3 Främja ekonomisk tillväxt och sysselsättning

Den solcellsbaserade industrikedjan omfattar flera länkar såsom kiselmaterial, kiselskivor, batterier, moduler, växelriktare, fästen och energilagring, vilket har skapat miljontals jobb världen över. De direkta anställda inom Kinas solcellsindustri överstiger 3 miljoner, och även solcellsindustrin i Europa och USA expanderar snabbt.

2.4 Elektrifiering av landsbygden och fattigdomsbekämpning

I utvecklingsländer förser solcellsmikronät och solcellssystem för hushåll med elektricitet till avlägsna områden och förbättrar invånarnas levnadsförhållanden. Till exempel har "solcellssystem för hem" i Afrika hjälpt tiotals miljoner människor att fly från en elbrist.

3.Behovet av överspänningsskydd (SPD) i solcellssystem

3.1 Risker för blixtnedslag och överspänningar med solcellssystem

Solcellskraftverk installeras vanligtvis i öppna områden (såsom öknar, tak och berg) och är mycket sårbara för blixtnedslag och överspänningspåverkan. De största riskerna inkluderar:

- Direkt blixtnedslag: En direktträff på solcellsmoduler eller -stöd, vilket orsakar skador på utrustningen.

- Inducerad blixt: Den elektromagnetiska pulsen från blixten inducerar höga spänningar i kablar, vilket skadar elektroniska enheter som växelriktare och styrenheter.

- Nätfluktuationer: Driftöverspänningar på nätsidan (t.ex. brytaråtgärder, kortslutningsfel) kan överföras till solcellsanläggningen.

3.2 Funktion hos överspänningsskydd (SPD)

Överspänningsskydd är den viktigaste utrustningen för åskskydd och överspänningsskydd i solcellssystem. Deras huvudfunktioner inkluderar:

- Begränsning av transienta överspänningar: Styrning av höga spänningar som genereras av blixtnedslag eller nätfluktuationer inom ett säkert område.

- Avledning av stötströmmar: Snabb ledning av överströmmar ner i marken för att skydda nedströms utrustning.

- Förbättra systemets tillförlitlighet: Minska utrustningsfel och driftstopp orsakade av blixtnedslag eller överspänningar.

3.3 Tillämpning av SPD i solcellssystem

Överspänningsskyddet för solcellssystem bör utformas i flera nivåer:

- Skydd på likströmssidan (från solcellsmoduler till växelriktare):

- Installera typ II SPD vid strängens ingångsände för att förhindra inducerad blixtnedslag och driftsöverspänningar.

- Installera typ I + II SPD vid växelriktarens DC-ingångsände för att hantera det kombinerade hotet från direkt och inducerad blixtnedslag.

- Skydd på växelströmssidan (från växelriktaren till nätet):

- Installera typ II SPD vid växelriktarens utgångsände för att förhindra överspänning på nätsidan.

- Installera typ III SPD i fördelningsskåpet för att ge exakt skydd för känslig utrustning.

3.4 Viktiga punkter för val av överspänningsskydd

- Spänningsnivåanpassning: Den maximala kontinuerliga driftsspänningen (Uc) för överströmsskyddet måste vara högre än systemspänningen (till exempel kräver ett 1000Vdc solcellssystem en överströmsskydd med Uc ≥ 1200V).

- Strömkapacitet: Den nominella urladdningsströmmen (In) för DC-sidans SPD bör vara ≥ 20 kA, och den maximala urladdningsströmmen (Imax) bör vara ≥ 40 kA.

- Skyddsnivå: Utomhusinstallation måste uppfylla IP65 eller högre skyddsnivå, lämplig för tuffa miljöer.

- Certifieringsstandarder: Uppfyller IEC 61643-31 (standard för solcellsspecifika SPD:er) och UL 1449 och andra internationella certifieringar.

3.5 Potentiella risker med att inte installera SPD

- Utrustningsskador: Precisionselektroniska enheter som växelriktare och övervakningssystem är känsliga för överspänningar och reparationskostnaderna är höga.

- Förlust av elproduktion: Blixtnedslag orsakar systemavstängningar, vilket påverkar elproduktionens vinster.

- Brandrisk: Överspänning kan utlösa elektriska bränder och utgöra ett hot mot kraftverkets säkerhet.

4. Global Marknadstrender för PV-överspänningsskydd

4.1 Marknadsefterfrågans tillväxt

I takt med den snabba ökningen av installationskapaciteten för solceller har marknaden för överspänningsskydd också expanderat. Det förväntas att den globala marknaden för solcellers överspänningsskydd kommer att överstiga 2 miljarder USD år 2025, med en genomsnittlig årlig tillväxttakt (CAGR) på 15 %.

4.2 Teknologisk innovationsriktning

- Intelligent SPD: Utrustad med strömövervakning och fellarmsfunktioner och stöder fjärrstyrning.

- Högre spänningsnivåer: SPD:er med högre spänningsklassningar (som 1500V) har blivit mainstream.

- Längre livslängd: Användning av nya känsliga material (som zinkoxidkompositteknik), vilket förbättrar hållbarheten hos SPD:er.

4.3 Policy och standardreklam

- Internationella standarder som IEC 62305 (blixtskyddsstandard) och IEC 61643-31 (fotovoltaisk SPD-standard) kräver att solcellssystem ska vara utrustade med överspänningsskydd.

- De "Tekniska specifikationerna för åskskydd för solcellskraftverk" (GB/T 32512-2016) i Kina anger tydligt urvals- och installationskraven för SPD.

5.Slutsats: Solcellsindustrin klarar sig inte utan överspänningsskydd

Den snabba utvecklingen av solcellsindustrin har gett den globala energiomställningen en stark drivkraft. Risker för blixtnedslag och överspänningar kan dock inte ignoreras. Överspänningsskydd, som den viktigaste garantin för säker drift av solcellssystem, kan effektivt minska risken för skador på utrustningen, förbättra kraftproduktionens effektivitet och förlänga systemets livslängd. I framtiden, med den kontinuerliga tillväxten av solcellsinstallationer och utvecklingen av smarta nät, kommer högpresterande och mycket tillförlitliga överspänningsskydd att bli viktiga komponenter i solcellskraftverk.

För solcellsinvesterare, EPC-företag samt drift- och underhållsteam är det en avgörande åtgärd att välja högkvalitativa överspänningsskydd som uppfyller internationella standarder för att säkerställa kraftverkets långsiktiga stabila drift och maximera investeringsavkastningen.