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光伏发电系统得了“风湿病”怎么办?

[ 发布日期:2017-09-25 点击:1486 来源:洛阳光基新能源科技发展有限公司 【打印此文】 【关闭窗口】]

2016年6月,八个新的光伏“领跑者”基地审批通过,其中多个基地是水面光伏电站应用场景,如何预防新建电站不会得“风湿病”显得迫切重要。只有清晰地了解光伏系统“风湿病”的“病因”,并有针对性的开出药方,才能从根本上治好“风湿病”,保障电站25年生命周期内收益。

在走访一些潮湿环境的光伏发电系统过程中,一个经常被提到的问题是光伏发电系统运行一段时间后,发电量下降明显,导致电站收益大幅降低,严重损害了业主的利益。经现场测试发现,多个光伏发电系统在建成一至两年后,有的背板组件功率大幅衰减(见表1),部分背板组件功率衰减高达50%以上,而组件功率衰减正是导致光伏系统发电量下降的重要原因之一。

表一 某实际电站中组件发生PID现象前后的各指标对比

为何光伏发电系统会得“风湿病”?

组件功率衰减对系统发电量的影响巨大,而引发组件功率衰减的原因很多,如光致衰减、老化衰减、隐裂、电池片破裂等,其中重要原因之一是组件PID效应,组件PID效应是因为负极对地电压小于0,导致组件电子流失造成了组件功率衰减,让光伏发电系统患上“风湿病”(如图1)。

据了解,造成组件PID的原因也有很多,在潮湿、高温的环境下更容易发生,且湿度越大、温度越高,PID效应越容易发生,所以在东部屋顶、水面等湿度大、温度高的应用场景中,组件PID对光伏电站发电量的影响更加明显。

注:VPE:地电压,VNPE:中性点对地电压,VPG:组串电压

图1 潮湿环境下组件对地电压小于0得了“风湿病”

业内专家分析指出,光伏发电系统是否会患“风湿病”,主要受到两个因素影响:一个因素是光伏组件是否足够强壮,能够抵抗高湿、高温环境;二是光伏组件工作时电气环境是否具有催化作用。两个“病因”同时满足才会导致“风湿病”,只要其中任何一个“病因”不满足,就不会得病。

治疗光伏发电系统“风湿病”的常见药方

解决组件PID,需要解决组件负极对地电压小于0的问题,根据“病因”可以从下面两个方向下药。

类药方是让光伏组件更加强壮。组件厂家已经从材料、结构等方面做了大量的工作并取得了一定的进展,例如双玻组件具有非常强的抗PID特性。

第二类药方是消除催化“风湿病”的电气环境。为了消除这种催化“风湿病”的电气环境,很多逆变器厂家都推出了解决方案,得到普遍认可的方案有负极直接接地方案、PID夜间补偿解决方案和阳光电源的负极虚拟接地方案等。


接种“疫苗”做好预防工作

在建设光伏发电系统时,如果就接种“疫苗”预防电站得“风湿病”,便可以做到一劳永逸,从逆变器改善电气环境的角度,专家建议可采用以下三种方案预防。

方案1

负极直接接地方案

负极直接接地方案是将电池板或逆变器的负极通过电阻或保险丝直接接地,让负极对地电压大于0,该方案多用于集中式逆变器(如图2)。

图2 负极直接接地方案

方案2

集中式负极虚拟接地方案

负极虚拟接地方案是阳光电源首创并具有发明专利的方案,对预防光伏电站得“风湿病”效果显著。阳光电源每台集中式逆变器交流侧都会配套一个PID防护模块,包括电压调整装置和模拟中性点装置,通过电路结构构造与直流侧中点电位相等的等效中性点,电压调整装置将等效点电位抬升时,组件负极对地电压相应高于地面电压,达到负极虚拟接地目的(如图3)。

图3 集中式虚拟负极接地方案

方案3

组串式负极虚拟接地方案

由于组串式与集中式逆变器的组网形式不同,两种类型逆变器负极虚拟接地方案在防PID装置的交流接入点、安装位置、获取负极对地电压方式等方面有所区别,组串式方案中一个单元阵列逆变器会配套一个PID防护装置。方案实现原理与集中式负极接地方案原理一致,通过PID防护装置,将方阵内所有组件负极电位抬升,保证负极电位的组件负极电压高于地面电压,达到负极虚拟接地目的(如图4)。

注:P1~P3、G1~G3分别是组串1~ 3组串的正极和负极

图4 组串式虚拟负极接地方案

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