逆變器作為光伏電站的核心,主要作用是把光伏組件不規則的直流電,轉換為正弦波交流電,同時還有過壓、過流保護、絕緣阻抗保護、漏電流保護、電網電壓頻率異常保護等功能。隨著光伏組件價格下調和效率的提升,光伏平價上網的時間越來越近),光伏開始走近千家萬戶,人們還希望逆變器能在系統中發揮更重要的作用,使光伏系統更穩定,更安全,收效更高。古瑞瓦特公司順應時代發展潮流,經過多年研究,開發了多項實用功能,如逆變器防PID(Potential Induced Degradation)功能、組串監測功能、直流拉弧檢測功能、RSD(Rapid Shutdown)快速關斷等,這些關鍵技術的應用,讓光伏系統的安全和可靠性得到進一步提高,延緩了組件的衰減,提高了經濟效益,本篇重點介紹逆變器如何來的抑制組件PID效應。
隨著光伏行業的不斷發展,光伏電站的應用地從荒無人煙的戈壁大漠到陽光燦爛的內陸、沿海城市,應用環境的不同造成了光伏電站的發電效率的差異性。組件的PID效應作為影響電站發電量的重要因素之一,受到了業界的廣泛關注。
PID效應(Potential Induced Degradation)全稱為電勢誘導衰減。PID直接危害就是大量電荷聚集在電池片表面,使電池表面的鈍化, PID效應的危害使得電池組件的功率急劇衰減。使得電池組件的填充因子(FF)、開路電壓、短路電流減少。減少太陽能電站的輸出功率,減少發電量,減少了光伏電站的收益。
PID的真正原因到目前為止沒有明確的定論,但各個光伏電池組件廠和研究機構的數據表明,PID與電池、玻璃、膠膜、溫度、溼度和電壓有關。
外部可能原因:容易在潮溼的環境下發生,並且活躍程度與潮溼程度相關,同時組件表面被導電性、酸性、鹼性以及帶有離子的物體的汙染程度,也與上述衰減現象的發生有關。到目前為止,形成機理還不是太明確,推測來自於鈉鈣玻璃的金屬離子是形成上述具有PID效應的漏電流的主要載流介質。
內部可能原因:1:系統方面:逆變器接地方式和組件在陣列中的位置,決定了電池片和組件受到正偏壓或者負偏壓。電站實際運行情況和研究結果表明:如果整列中間一塊組件和逆變器負極輸出端之間的所有組件處於負偏壓下,則越靠近輸出端組件的PID現象越明顯。而在中間一塊組件和逆變器正極輸出端中間的所有組件處於正偏壓下,PID現象不明顯。2:組件方面:環境條件,如溼度等的影響導致了漏電流的產生。3:電池方面:電池片由於參雜不均勻導致方塊電阻不均勻;優化電池效率而採用的增加方塊電阻會使電池片更容易衰減,導致容易發生PID效應。
解決方案:為了抑制PID效應,組件廠家從材料、結構等方面做了大量的工作並取得了一定的進展;如採用抗PID材料、防PID電池和封裝技術等。有科學家做過實驗,已經衰減的電池組件在100℃左右的溫度下烘乾100小時以後,由PID引起的衰減現象消失了,實踐證明,組件PID現象是可逆的, PID問題的防治更多的是從逆變器端進行,通過提升組件的電壓,讓所有的組件對地都實現正電壓,可以有效地消除PID現象,深圳古瑞瓦特公司根據逆變器種類的不同,採用以下三種方案,從逆變器的角度消除PID:
方案1:採用負極接地方法,消除組件負極對地的負壓
這種方案適用於隔離型光伏逆變器,包括高頻隔離型逆變器(如Growatt 2000-5000HF系列產品)和工頻隔離型逆變器(如Growatt CP100-500系列),負極接地後,消除了組件對地的負壓,能有效抑制PID現象。而針對非隔離型光伏逆變器(即無變壓器設計逆變器如Growatt 10000-20000UE系列)則需要外加隔離變壓器之後才能實現負極接地。
非隔離型光伏逆變器使用這個方案存在以下弊端:
Ø PV-直接接地後,PV+對PE存在高壓,觸碰正極有觸電風險;
Ø PV+對PE發生短路後,容易產生電弧引起火災;
Ø 需要額外增加一臺隔離變壓器,成本相對較高
方案2:採用虛擬接地方案,消除組件負極對地的負壓
這種方案適用於由多臺非隔離型光伏逆變器構成的大型光伏電站,此方案通過抬升交流N線電壓,間接抬升PV負極電壓,使各臺逆變器的PV負極對地電壓接近為0或者稍高於0電位以實現PID抑制功能。
此方案需要逆變器外置防PID模塊,防PID模塊通過Web box數據採集器信息,自動調整交流系統N線對地電壓,使所有PV電池板對地電位為正,達到抑制PID的功能,整個系統應用原理如下:
方案3:採用加正向偏置電壓方案,將PID效應流失的電子從PE抽回來
此方案使用外置或者內置防PID模塊(例:Growatt PID Offset BOX),該裝置由交流供電,提供了自動模式,夜間模式和連續模式3種工作方式,夜間模式和連續模式有400V,600V,800V和1000V四種輸出電壓,其中自動模式輸出為日間系統最高電壓。此方案適用於無變壓器型光伏逆變器,PID offsetBox通過內部電源從交流取電整流後提供給組件,使組件因白天PID效應而損失的電子得到補償而降低PID效應,系統原理圖如下:
實際電站運行數據顯示,通過在逆變器中集成PID防護模塊,可以有效的避免組件發生PID現象,減少電站發電量損失。同時,PID模塊具有修復功能,可以對已發生PID問題的組件進行修復,使組件各項指標參數恢復正常。
深圳古瑞瓦特新能源股份有限公司成立於2010年5月,註冊資本一億元,是一家專注於太陽能逆變器、儲能逆變器及其監控系統等新能源設備的研發、生產、銷售和服務的國家高新技術企業。公司一直致力於做世界一流的新能源解決方案供應商,為全人類服務。自成立至今,古瑞瓦特逆變器全球累計出貨量已超過3.5GW,海外出口到歐、美、澳、亞、非、拉六大洲近80個國家及地區,並連續四年盤踞中國同行業出口第一的位置,是以「高發電、高收益、高智能」著稱的世界領先逆變系統供應商。
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