光伏组件防PID效应系统解决方案 2017.12.13

光伏组件防PID效应系统解决方案 2017.12.13
光伏组件防PID效应系统解决方案 2017.12.13

光伏组件防PID效应系统解决方案

一、组件PID效应产生原因及影响

存在于晶体硅光伏组件中的电路(电池)与其金属边框之间的高电压,可能会引发晶体硅光伏组件的光伏性能的持续衰减。这些引起光伏组件光伏性能衰减的现象被称之为电位诱发衰减,即PID(Potential Induced Degradation)效应。

真正引起组件PID效应的原因及过程现在尚无统一定论。根据PID现象,可以推测PID产生过程可总结为如下四步:

1)水气进入组件

2)水导致EVA水解产生醋酸

3)醋酸与玻璃表面析出的碱反应产生可以自由移动的钠离子

4)钠离子在电场的作用下移动到电池表面

图1 晶硅组件PID效应产生原因

根据以上过程推测,可以看出PID效应产生的原因包括如下四个方面:

1)环境因素:高温高湿

2)系统因素:对地负电势

3)组件因素:玻璃(钠)、胶质封装材料(EVA或PVB)

4)电池因素:防反射涂层(ARC:Anti-Reflective Coating)

组件PID效应会导致组件的非正常衰减,主要表现为功率和电压的衰减。实际电站运行发现由于组件PID效应导致的功率衰减最大能达到30%,严重影响光伏电站的发电量和投资收益。现场电站防PID效应可以从两个方面来考虑:

1)、对于新并网工作的电站,如果现场环境高湿高温,且组件容易产生PID现象,可以在

逆变器并网的时候通过防PID装置使得组件的负极与地之间电势差接近于0V,可以有效防止PID效应产生。

2)、对于已经出现PID效应的电站,可以通过防PID装置对电池板负极加方向偏置电压来达到反PID(恢复)效应的目的。

我司防PID套件可以同时具备上述两项功能。

二、防PID套件系统组成及工作原理

我司防PID套件系统采用抬升虚拟中性点的方案来实现PV-对地电压为0V,从而有效抑制组件的PID衰减。电路原理如下图2所示。

图2 防PID套件原理图

1、组成部分:

1)模拟中性点装置(电阻):连接于接触器内侧

2)AC-DC电源:由逆变器内部供电

3)电压调整部分:输出电压施加于模拟中心点与大地之间

4)采样控制部分:采集PV-对大地电压、输出电流,调节模拟中心点对地电压。2、基本功能:

1)防PID功能:当PV电压上升至100V时,开始使能PID组件,闭合K1,通过采集PV-对地电压,调整电压输出,使PV-对大地电压为0V;

2)反PID(修复)功能:当逆变器待机且PV电压低于50V时可选择进入修复模式,在PV-对地间施加DC500V,修复PV组件。

3、功能测试验证

1)当未增加防PID套件时,逆变器工作时负极对地电压为-175V,如下图3所示

图3 无防PID功能时负极对地电压

2)当使能防PID功能时,逆变器工作时负极对地电压接近0V,完全能有效遏制PID效应产生。如下图4所示:

图4 使能防PID功能时负极对地电压

三、集中式逆变器PID方案

集中式负极虚拟接地方案的防PID装置可直接集成在机器内部,在机器出厂时即可安装完成,现场无需增加任何线缆走线。集中式方案将所有组串进行汇流形成一条直流母线,防PID装置只需保证该母线负极对地电压大于0。

1)PID防护功能:逆变器运行时,辅助电源工作,可实时控制PV-对地电压,确保负极与地电势相等或略高于地电势,有效抑制组件的PID效应。该功能可进行相关使能与关闭控制。

2)PID修复功能:夜晚逆变器待机后,辅助电源工作,确保负极高于地电势,对已产生PID效应的组件进行修复。该功能可进行相关使能与关闭控制。

3)可与直流母线绝缘监测功能同时工作:当PID防护功能运行时,绝缘监测功能可以同时工作,实时准确检测正极对地绝缘阻抗。

4)防PID装置内部具有保护功能,可避免PV+对地短路时对系统带来的损害;

5)防PID装置当检测到PV+对地阻抗下降时,防PID装置内部具有限流功能,可减小系统漏电流;

四、组串式逆变器防PID方案

一个发电单元配置一台通讯箱(含PID模块和数据采集器),逆变器运行时会检测PV-对地电压、母线电压值,并且通过逆变器上传致数据采集器;PID模块通过数据采集器采集发电单元内逆变器的上述信息,经过CPU算法处理,进行闭环处理,利用Boost升压电路来抬高虚拟中性点N对地的电压;中性点N对地电压时时调节,确保每台逆变器的PV-的电势对地电压大于等于0V,达到PID防护目的。工作原理图如下图示:

五、总结

我司防PID方案效具有以下优点:

1)防PID组件内部具有保护功能,当PV+对地短路时,不会损坏内部元件,短路恢复后防PID组件可正常维持PV-对地电压为0V;

2)当PV+对地阻抗下降时,防PID组件内部具有限流功能,限制长期电流小于30mA,减小系统漏电流。

3)在任何情况下能,可实时控制PV-对地电压为0V,有效防止组件PID效应。

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