Разработчик фотогальванических систем, предоставляющий вам однолинейную схему для солнечного парка мощностью 50 МВт, часто упускает самую важную часть системы: солнечный трансформатор который действует между инверторами и сборной сетью 33 кВ. Функция солнечный трансформатор заключается в использовании низкого напряжения от инвертора и его увеличении до напряжения, подходящего для подключения к сети. Конструкция трансформатора влияет на количество энергии, доступной для передачи в сеть, на то, как подключить солнечный парк к земле, и на то, одобрит ли коммунальное предприятие подключение или нет. В статье обсуждаются определение и рабочие принципы солнечного трансформатора, а также его различия с обычным распределительным трансформатором и затраты на установки различных масштабов.
Что такое солнечный трансформатор?
A солнечный трансформатор это специальный трансформатор для солнечных энергетических установок. Переменный ток производится фотогальваническими инверторами с низким напряжением, обычно 0,4 кВ (400 В) в случае строковых фотогальванических инверторов и 0,8–1 кВ в случае центральных инверторов. Точка подключения к сети работает на различных уровнях напряжения, обычно на 33 кВ, 35 кВ, 66 кВ или 110 кВ. Цель солнечного трансформатора аналогична цели трансформатора повышающего, так как он преобразует напряжение выходного тока с низкого на среднее, следуя инженерным решениям установки солнечной электростанции. Он известен под названиями PV трансформатор, солнечный трансформатор или трансформатор инвертора. В отличие от распределительного трансформатора, который используется для подключения к переменным нагрузкам, солнечный трансформатор подключается к постоянному коэффициенту трансформации, подключаясь только к прерывистой нагрузке.
Как работает солнечный трансформатор
Рабочий механизм основан на типичной физике трансформаторов: низковольтный переменный ток от инвертора попадает в первичную обмотку и индуцирует переменный поток в ламинированном сердечнике, производя напряжение во вторичной обмотке в соответствии с коэффициентом трансформации. Если инвертор выдает 0,8 кВ, а напряжение коллектора равно 33 кВ, коэффициент трансформации составляет около 1 к 41, а вторичный линейный ток примерно 1/41 первичного тока. Номинальная мощность трансформатора в кВА основана на мощности кластера инверторов: инверторные станции мощностью 2 МВт обычно идут с трансформаторами 2-2,5 МВА (чтобы учесть запас по перегрузке и потери). Установка работает только в дневное время, ее выход варьируется от нуля до максимального значения и обратно по мере прохождения времени, поэтому магнитный поток, изоляция и охлаждение создаются на основе этого профиля, в отличие от реактора с постоянной нагрузкой для распределения коммунальных услуг.
Почему солнечная нагрузка отличается от распределительной нагрузки
| Аспект | Солнечный (PV) трансформатор | Обычный распределительный трансформатор |
|---|---|---|
| Направление потока энергии | Однонаправленный (НН на ВН) | Двунаправленный или следящий за нагрузкой |
| Профиль нагрузки | Прерывистый, следящий за солнцем, ежедневный цикл | Непрерывный с сезонными пиками |
| Циклы переключения | Ежедневное подключение/отключение инвертора | Редкий |
| Перегрузочная нагрузка | Пиковые нагрузки в полдень при высокой температуре окружающей среды | Случайный, заданный проектом |
| Гармоники | Умеренные, от переключения инверторов | Обычно низкие |
| Типичная векторная группа | Dyn11, YNd11 (в зависимости от сетевого кода) | Дин11, Дин5 |
| Интеграция | Часто на основании/коробочного типа с MV распределительными устройствами | Автономное устройство |
Устройство должно быть способно выдерживать ежедневные термические циклы, не нанося повреждений изоляции, выдерживать температурные пики в условиях, подобных пустынным, и быть подключенным в соответствии с требованиями сети. Различные сетевые коды указывают, что низковольтная обмотка должна быть соединена в дельту, а высоковольтная обмотка — в звезду с заземленным нейтралем (векторная группа, такая как YNd11), что определяет требования к заземлению коллектора в целом.
Типы солнечных трансформаторов
- Повышающие трансформаторы, которые устанавливаются на подставках или скидах и используются для распределенных инверторных станций мощностью от 1 до 5 МВА и устанавливаются в сочетании с MV распределительными устройствами.
Контейнерные солнечные подстанции, также называемые контейнеризированными единицами, состоят из трансформаторов коробчатой формы, MV распределительных устройств, LV панелей и систем мониторинга, в одном корпусе для быстрой установки в зоне использования.
Масляные повышающие трансформаторы, используемые на основных электростанциях и в приложениях на уровне коммунальных услуг, с мощностью от 2 до более 50 МВА, включая трансформаторы на 66–110 кВ.
Сухие трансформаторы для использования в зонах, где существует пожарная опасность, и для недорогих коммерческих установок.
Сервисные трансформаторы, расположенные в солнечных подстанциях, для обеспечения энергией необходимого оборудования, такого как освещение, система мониторинга.
| Тип | Рейтинг | Форма | Типичное применение |
|---|---|---|---|
| Повышающий трансформатор на подставке / скиде | 1–5 МВА | Скид с MV распределительными устройствами | Распределенные инверторные станции |
| Коробочная солнечная подстанция | 1–10 МВА | Контейнер/скид интегрированный | Быстрая установка в поле |
| Масло-иммерсионный повышающий | 2–50+ МВА | Автономный или в банке | Central stations, 66–220 kV |
| Сухой тип | До 2 МВА | Cast resin, indoor | Rooftop, indoor commercial |
| Station service | 50–500 кВА | Oil or dry-type | Plant auxiliaries |
PV Plant Architecture: Where the Transformer Sits
A regular utility-scale plant usually has string inverters supplying a collector network. If we consider the distributed layout, an inverter station of 1-3 MW has an individual step-up transformer, which raises the voltage from 0.4-0.8 kV to 33 kV. After reaching 33 kV, the collector goes to the main substation where there is a large step-up transformer (or bank), which brings the voltage to the level of either 110 kV or 220 kV. The central-station layout implies that all inverters supply the low-voltage busbars from the same place while one big transformer performs the step-up operation. The location of a transformer defines its rating, vector group, and protection because the transformer is secured by means of transformer level protections (overcurrent and differential protection for large machines, temperature and gas relays) as well as inverter protection according to the requirements of the grid operator.
| Plant size | Inverter station | Skid units needed | Main station transformer |
|---|---|---|---|
| 5 MW | 2× 2.5 MVA | 2 | 5 MVA, 33/110 kV (optional) |
| 20 MW | 8× 2.5 MVA | 8 | 20 MVA, 33/110 kV |
| 50 MW | 20× 2.5 MVA | 20 | 50 MVA, 35/220 kV (or 33/110 kV) |
| 100 MW | 40× 2.5 MVA | 40 | 2× 60 MVA, 35/220 kV |
Vector Groups and Grounding in Solar Plants Typical Specifications
The vector group is determined by the combination of grid code and earthing philosophy, it is not due to experience or custom. For the inverter part, the LV winding is usually connected as delta so as to avoid circulating currents and create a clear path for harmonics, the MV/HV winding — as wye with the neutral taken to the ground providing a firm connection for the grid. The standard groups are Dyn11 (LV delta, MV wye with the neutral) and YNd11 (HV wye with the neutral, LV delta) depending on the side that connects to the grid. The neutral earthing related to the grid can be solid, by using an earthing transformer or through the neutral earthing resistor, according to the fault-current practices in the respective electric utility. Verify grid code obligations before ordering the equipment — wrong vector group leads to failure of grid-connection study and may cause months-long delays in commissioning or issues with equipment.
| Rating (MVA) | Напряжение | Векторная группа | Импеданс | Охлаждение |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 0.4 / 33 kV | Дин11 | 6% | ОНАН |
| 2.5 | 0.8 / 33 kV | Дин11 | 6–8% | ОНАН/ОНАФ |
| 5 | 0.8 / 35 kV | Dyn11 or YNd11 | 8% | ОНАФ |
| 20 | 33 / 110 kV | YNd11 | 10–12% | ОНАН/ОНАФ |
| 50 | 35 / 220 kV | YNd11 | 12–14% | ОНАФ/ОДАФ |
Design criteria commonly involve conditions of 40-55°C for ambient temperatures (de-rated for hot sites), baseline at 1,000 m altitude and lifespan of 25 years in accordance with the anticipated operation life of PV plant. Make sure to double-check temperature rise calculation on your site’s most challenging month in advance.
Costs: Transformer, Skid, and Delivery
The transformer generally constitutes 1-3% of a solar project CAPEX, but it is an important part of the commissioning process. The indicative price ranges in 2026 for different models of transformers are: 1 MVA 0.4/33 kV transformer – $8,000 – $15,000; 2.5 MVA transformer – $12,000 – $22,000; 5 MVA transformer – $18,000 – $32,000; 20 MVA transformer 110 kV class – $60,000 – $120,000; 50 MVA transformer 220 kV class – $150,000 – $350,000. If one wants a complete box-type PV substation which includes a transformer plus different parts such as MV switchgear, LV panel and monitoring, the price will be up to 30-60 % higher than the price of the transformer alone and the installation time will be less. Also, the cost for transportation of large transformers is very high and the schedule must be arranged in advance due to the strict time limits of solar projects.
| Cost item | Indicative value | Примечания |
|---|---|---|
| Transformer as share of CAPEX | 1–3% | Small but critical-path item |
| Skid/box-type premium | +30–60% over bare unit | Includes switchgear, LV panel, monitoring |
| Ocean freight (mid-size) | 5–15% of FOB | Port-to-port, 2–6 weeks |
| Site installation saving | Дни до недель | Factory-tested skids reduce field work |
| Transformer losses over 25 years | $50k–$200k typical plant | Capitalize losses in the vendor comparison |
How to Choose a Solar Transformer
1.Repair the construction of voltage installations. In terms of inverter current, level of voltage generated by collector, point of grid connection, there will be mentioned amount and kVA per station.
2.Calculate voltage rating. Make sure to match transformer power rating to that of cluster of inverters with margin of 10%-30% to account losses, climatic conditions, and upgrades. Please note that ratings of LV switchboards and cables should correspond to those of transformers.
3.Double-check vector group and grounding. Make sure to research applicable grid code to find out the details regarding the conception of voltage generation and neutral earthing.
4.Analyze climatic conditions at the site. If the ambient temperature and altitude require derating, make sure to implement respective recommendations. For instance, 50-degree temperature in desert should lead to much cooler rating than at ground level.
5.Determine method of integration. In case of need for fast installation with factory testing choose skirt/box type; standalone constructions can be used if required by the plant layout or local content laws.
6.Conduct IEC 60076 compliance check. Make sure to verify insulation levels, acceptable temperature increase, losses, and ability to withstand short circuit as well as to ask for complete test report.
Finish the planning of delivery time. Decide upon the time necessary for delivery prior to plant power supply master delivery.
Топовые бренды и ценовые категории
| Бренд | Страна | Solar product focus | Ориентировочный диапазон цен (US$) |
|---|---|---|---|
| ABB | Швейцария/Швеция | PV step-up and skid transformers | $10,000–$350,000 |
| Сименс | Германия | Utility-scale solar transformers | $9,000–$320,000 |
| Schneider Electric | Франция | Box-type PV substations | $8,000–$150,000 |
| Hitachi Energy | Швейцария | Large power transformers for solar | $15,000–$400,000 |
| Итон | США | Distributed PV step-up units | $8,000–$60,000 |
| Jiangsu Subian Electric Power | Китай | Solar transformers and box-type PV substations | $8,000–$120,000 |
Prices shown may vary depending on the classification, voltage range, amount of integration, and brand. ABB, Siemens, Schneider Electric, Hitachi Energy, and Eaton have sent their products to some of the biggest solar parks in the world having a great track of their projects. Small developers who require the same certification via IEC60076 in a cheaper managing way can buy solar step-up transformers manufactured by Jiangsu Subian Electric Power Co., Ltd., as well as whole box-type solar substations, where types or ratings can be adjusted to fit in line with inverter and grid specifications. Subian is known for supplying renewable energy products to various markets worldwide. Explore the solar product range on the сайте Subian Electric.
Часто задаваемые вопросы
Is a solar transformer just a normal step-up transformer?
Although its concept is the same electrically, the design has been accomplished for functioning in solar: operation involving intermittent loading by sun-following, daily switch-on/switch-off cycles, elevated ambient temperature, and inverters providing harmonic distortion and vector group specifications defined by alternate sources of energy. A regular boost transformer may be appropriate for the photovoltaic plant, but the parameters and cooling technology will not be adapted and fine-tuned for that application, resulting in loss of equipment life or necessitating higher specifications than needed.
What voltage ratio is typical for a solar transformer?
Common voltage combinations in inverter stations include 0.4/33 kV, 0.4/35 kV, and 0.8/33 kV for distributed inverter plants and common voltage ratios for central inverter plants are 33/110 kV and 35/220 kV. The exact ratio may vary depending on the structure of the plant and the point of attachment to the grid; the larger plants can also have an intermediate collector voltage level.
Do I need a separate transformer for a solar plant?
Yes. The output voltage produced by inverters is low, while the voltage of the grid connection is medium or high. Therefore, a step-up transformer is needed. In the case of distributed plants, a transformer is required for every inverter station, whereas, in the case of central-station designs, one transformer is sufficient for the whole plant. The transformer gives the grounding reference as required by the grid code.
How much does a solar transformer cost?
It is advisable to say that prices for 1–2.5 MVA skid units tend to be between US $8,000–$22,000, while a 5 MVA unit costs between US $18,000–32,000. Prices for a more powerful 20 MVA 110 kV unit rise to $60,000–$120,000; with 50 MVA 220 kV units costing $150,000–$350,000. A box-type solar power station will add 30–60% for all integrated switching and monitoring equipment, but it would help in reducing installation costs on site. Use this useful data to request a quote customized for your particular project.
Can Subian deliver a complete PV substation?
Yes. Jiangsu Subian Electric Power has solar step-up transformers and finished box-type solar power substations made up of the transformer, MV switchgear, LV panels, and monitoring all together on one factory-tested skid and quickly installable. The company is responsible for third-party inspection and shipping to the site of the project.
Ссылки
- IEC 60076-1 — Силовые трансформаторы: Общие сведения — the governing standard for solar transformer rating and testing.
- IEC 60076-3 — Уровни изоляции и диэлектрические испытания — defines insulation levels for the collector and transmission voltage classes.
- IEC 60076-5 — Способность выдерживать короткое замыкание — short-circuit verification for the step-up windings.
- IEC 62271-212 — Compact Equipment Assemblies (GIS and GIL) — relevant to box-type and skid-integrated PV substations.
- IEA — Solar Energy — global context for PV deployment and equipment demand.
- Hitachi Energy — Продукты трансформаторов — reference documentation for large solar power transformers.
Заключение
The solar transformer is the indispensable link between the inverter and the grid: it steps the plant’s low-voltage output up to the collector or transmission voltage, provides the grounding reference the grid code demands, and must survive a duty cycle — intermittent, daily-cycling, hot — that a conventional distribution transformer never sees. The right specification starts with the voltage architecture and inverter cluster rating, then fixes the vector group and earthing to the grid code, de-rates for the site climate, chooses the integration form, and locks a delivery schedule that matches the energization date. Jiangsu Subian Electric Power offers IEC 60076-compliant solar transformers and box-type PV substations at competitive prices, backed by export experience and full factory testing. Submit your plant’s single-line diagram and load data through the официальный сайт to receive a specification-matched proposal for your next solar project.