光伏發(fā)電系統(tǒng)得了“風(fēng)濕病”怎么辦？

2016年6月，八個(gè)新的光伏“領(lǐng)跑者”基地審批通過，其中多個(gè)基地是水面光伏電站應(yīng)用場(chǎng)景，如何預(yù)防新建電站不會(huì)得“風(fēng)濕病”顯得迫切重要。只有清晰地了解光伏系統(tǒng)“風(fēng)濕病”的“病因”，并有針對(duì)性的開出藥方，才能從根本上治好“風(fēng)濕病”，保障電站25年生命周期內(nèi)最大收益。

在走訪一些潮濕環(huán)境的光伏發(fā)電系統(tǒng)過程中，一個(gè)經(jīng)常被提到的問題是光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)電量下降明顯，導(dǎo)致電站收益大幅降低，嚴(yán)重?fù)p害了業(yè)主的利益。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，多個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)在建成一至兩年后，有的背板組件功率大幅衰減(見表1)，部分背板組件功率衰減高達(dá)50%以上，而組件功率衰減正是導(dǎo)致光伏系統(tǒng)發(fā)電量下降的重要原因之一。

表一 某實(shí)際電站中組件發(fā)生PID現(xiàn)象前后的各指標(biāo)對(duì)比

為何光伏發(fā)電系統(tǒng)會(huì)得“風(fēng)濕病”?

組件功率衰減對(duì)系統(tǒng)發(fā)電量的影響巨大，而引發(fā)組件功率衰減的原因很多，如光致衰減、老化衰減、隱裂、電池片破裂等，其中重要原因之一是組件PID效應(yīng)，組件PID效應(yīng)是因?yàn)樨?fù)極對(duì)地電壓小于0，導(dǎo)致組件電子流失造成了組件功率衰減，讓光伏發(fā)電系統(tǒng)患上“風(fēng)濕病”(如圖1)。

據(jù)了解，造成組件PID的原因也有很多，在潮濕、高溫的環(huán)境下更容易發(fā)生，且濕度越大、溫度越高，PID效應(yīng)越容易發(fā)生，所以在東部屋頂、水面等濕度大、溫度高的應(yīng)用場(chǎng)景中，組件PID對(duì)光伏電站發(fā)電量的影響更加明顯。

注：VPE：地電壓，VNPE：中性點(diǎn)對(duì)地電壓，VPG：組串電壓

圖1 潮濕環(huán)境下組件對(duì)地電壓小于0得了“風(fēng)濕病”

業(yè)內(nèi)專家分析指出，光伏發(fā)電系統(tǒng)是否會(huì)患“風(fēng)濕病”，主要受到兩個(gè)因素影響：一個(gè)因素是光伏組件是否足夠強(qiáng)壯，能夠抵抗高濕、高溫環(huán)境;二是光伏組件工作時(shí)電氣環(huán)境是否具有催化作用。兩個(gè)“病因”同時(shí)滿足才會(huì)導(dǎo)致“風(fēng)濕病”，只要其中任何一個(gè)“病因”不滿足，就不會(huì)得病。

治療光伏發(fā)電系統(tǒng)“風(fēng)濕病”的常見藥方

解決組件PID，需要解決組件負(fù)極對(duì)地電壓小于0的問題，根據(jù)“病因”可以從下面兩個(gè)方向下藥。

第一類藥方是讓光伏組件更加強(qiáng)壯。組件廠家已經(jīng)從材料、結(jié)構(gòu)等方面做了大量的工作并取得了一定的進(jìn)展，例如雙玻組件具有非常強(qiáng)的抗PID特性。

第二類藥方是消除催化“風(fēng)濕病”的電氣環(huán)境。為了消除這種催化“風(fēng)濕病”的電氣環(huán)境，很多逆變器廠家都推出了解決方案，得到普遍認(rèn)可的方案有負(fù)極直接接地方案、PID夜間補(bǔ)償解決方案和陽光電源獨(dú)創(chuàng)的負(fù)極虛擬接地方案等。

接種“疫苗”做好預(yù)防工作

在建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，如果就接種“疫苗”預(yù)防電站得“風(fēng)濕病”，便可以做到一勞永逸，從逆變器改善電氣環(huán)境的角度，專家建議可采用以下三種方案預(yù)防。

方案1

負(fù)極直接接地方案

負(fù)極直接接地方案是將電池板或逆變器的負(fù)極通過電阻或保險(xiǎn)絲直接接地，讓負(fù)極對(duì)地電壓大于0，該方案多用于集中式逆變器(如圖2)。

 

圖2 負(fù)極直接接地方案

方案2

集中式負(fù)極虛擬接地方案

負(fù)極虛擬接地方案是陽光電源首創(chuàng)并具有發(fā)明專利的方案，對(duì)預(yù)防光伏電站得“風(fēng)濕病”效果顯著。陽光電源每臺(tái)集中式逆變器交流側(cè)都會(huì)配套一個(gè)PID防護(hù)模塊，包括電壓調(diào)整裝置和模擬中性點(diǎn)裝置，通過電路結(jié)構(gòu)構(gòu)造與直流側(cè)中點(diǎn)電位相等的等效中性點(diǎn)，電壓調(diào)整裝置將等效點(diǎn)電位抬升時(shí)，組件負(fù)極對(duì)地電壓相應(yīng)高于地面電壓，達(dá)到負(fù)極虛擬接地目的(如圖3)。

圖3 集中式虛擬負(fù)極接地方案

方案3

組串式負(fù)極虛擬接地方案

由于組串式與集中式逆變器的組網(wǎng)形式不同，兩種類型逆變器負(fù)極虛擬接地方案在防PID裝置的交流接入點(diǎn)、安裝位置、獲取負(fù)極對(duì)地電壓方式等方面有所區(qū)別，組串式方案中一個(gè)單元陣列逆變器會(huì)配套一個(gè)PID防護(hù)裝置。方案實(shí)現(xiàn)原理與集中式負(fù)極接地方案原理一致，通過PID防護(hù)裝置，將方陣內(nèi)所有組件負(fù)極電位抬升，保證負(fù)極電位最低的組件負(fù)極電壓高于地面電壓，達(dá)到負(fù)極虛擬接地目的(如圖4)。

注：P1~P3、G1~G3分別是組串1~3組串的正極和負(fù)極

圖4 組串式虛擬負(fù)極接地方案

修復(fù)功能是治療“風(fēng)濕病”良方

光伏發(fā)電系統(tǒng)在建設(shè)時(shí)接種“疫苗”可以有效預(yù)防得“風(fēng)濕病”，但是禍福難料，保不齊哪天就會(huì)發(fā)生組件PID，同時(shí)在電站并網(wǎng)之前也會(huì)有一定程度的組件功率衰減，導(dǎo)致患上輕度“風(fēng)濕病”，得病之后的組件功率恢復(fù)也同樣重要。

據(jù)介紹，陽光電源集中式逆變器所配套的PID防護(hù)模塊除了具備預(yù)防功能，還具備行業(yè)獨(dú)有的夜間修復(fù)功能，可以治療組件“風(fēng)濕病”。PID防護(hù)模塊利用組件發(fā)生PID問題的可逆性原理，在夜間逆變器停止工作時(shí)段內(nèi)，對(duì)電池板施加反向電壓，將組件流失的電子重新趕回去，修復(fù)白天發(fā)生PID現(xiàn)象的電池板。

陽光電源從2011年就開始針對(duì)組件PID問題進(jìn)行了深入研究，2013年2月率先提出負(fù)極虛擬接地的PID防護(hù)方案并申請(qǐng)發(fā)明專利，2015年5月獲得國(guó)家專利局的發(fā)明專利最終授權(quán)。截止目前，陽光電源已經(jīng)申請(qǐng)了14項(xiàng)與PID有關(guān)的專利。陽光電源逆變器標(biāo)配的PID防護(hù)模塊，充分利用了這些專利成果，同時(shí)擁有預(yù)防和修復(fù)雙重功能，廣泛應(yīng)用于光伏電站，預(yù)防和治愈了多個(gè)電站的“風(fēng)濕病”。

案例1

具備防PID功能的逆變器大幅提升發(fā)電損失

以某實(shí)際電站為例，選取此電站同一地點(diǎn)、各種條件基本相同的兩個(gè)光伏方陣，其中A區(qū)采用不具備防PID功能的集中式逆變器，B區(qū)采用陽光電源具備防PID功能的集中式逆變器。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，安裝PID防護(hù)模塊的集中式逆變器可以有效地防止組件PID衰減，相對(duì)于不具備防PID功能的方陣，10個(gè)月后，具備防PID功能的方陣發(fā)電收益提升超過10%，且提升幅度隨著時(shí)間會(huì)逐步增加(見表2)。

表2 有PID防護(hù)模塊和無PID防護(hù)模塊的電站發(fā)電量對(duì)比

案例2

PID防護(hù)模塊夜間修復(fù)組件各項(xiàng)指標(biāo)

中廣核深圳機(jī)場(chǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在建設(shè)前期未考慮組件PID影響，發(fā)生PID后，通過現(xiàn)場(chǎng)安裝陽光電源生產(chǎn)的PID防護(hù)模塊，經(jīng)過6個(gè)夜間(42小時(shí))修復(fù)，組件各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)恢復(fù)正常(見表3)。

表3 已出現(xiàn)PID的組件經(jīng)PID模塊修復(fù)后的實(shí)際效果

組件PID衰減對(duì)光伏電站發(fā)電量影響巨大，特別在溫度高、濕度大的東部地區(qū)分布式屋頂、水面等應(yīng)用場(chǎng)景。實(shí)際電站運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，陽光電源研發(fā)的PID防護(hù)模塊有效地避免了組件發(fā)生PID效應(yīng)，同時(shí)可對(duì)已發(fā)生PID問題的組件進(jìn)行修復(fù)，成為治療“風(fēng)濕病”的良方。在后續(xù)的光伏“領(lǐng)跑者”基地會(huì)大量建設(shè)水面光伏電站，采用陽光電源提供的PID防護(hù)解決方案，保障光伏系統(tǒng)不會(huì)得“風(fēng)濕病”。