PID效應(yīng)與逆變器防治技術(shù)

在2005年，美國著名光伏制造商SUNPOWER公司提出了一個(gè)新的發(fā)現(xiàn)。這種現(xiàn)象稱之為“表面極化”。當(dāng)在組件上施加一個(gè)反向高壓時(shí)，會(huì)發(fā)生表面極化現(xiàn)象。電池的表面會(huì)隨著時(shí)間累積負(fù)電荷。這些電荷會(huì)將正電荷吸引到電池表面，形成復(fù)合中心。相反，當(dāng)組件上施加負(fù)電壓時(shí)，極化現(xiàn)象也相應(yīng)改變，這種情況下組件的性能不會(huì)有影響。這是最著名的PID（Potential Induced Degradation）現(xiàn)象。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，PID 現(xiàn)象一般是一種可逆的表面極化現(xiàn)象。

PID 有什么危害？

我國傳統(tǒng)的裝機(jī)大省已經(jīng)從西北部向東南部轉(zhuǎn)移。相對(duì)于西北的干旱、多風(fēng)沙氣候，東南部的濕熱氣候?qū)夥娬镜挠绊懡厝徊煌?，PID問題已成為影響光伏電站發(fā)電量的重要因素之一。特別是在溫度高、濕度大的東部分布式屋頂、漁光互補(bǔ)等電站，發(fā)生PID的概率大大增加。

實(shí)際光伏電站現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)，在建成1至2年后出現(xiàn)部分組件功率大幅下降的現(xiàn)象，有些組件功率衰減竟高達(dá)50%以上。組件衰減誘因很多，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)。下圖為PID效應(yīng)的紅外照片， PID效應(yīng)嚴(yán)重的電池片發(fā)黑。

圖1：PID效應(yīng)的紅外照片

SMA 進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以下是相關(guān)實(shí)驗(yàn)情況，大家可以發(fā)現(xiàn)，僅僅幾十個(gè)小時(shí)之后，組件功率特性發(fā)生了很大衰減。

圖2：實(shí)驗(yàn)?zāi)M圖

圖3：實(shí)驗(yàn)結(jié)果

國內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，2年可衰減了54.4%！可見，PID效應(yīng)對(duì)組件輸出功率影響巨大，是光伏電站發(fā)電量的“恐怖殺手”。

PID效應(yīng)的防治

首先是組件廠家從材料、結(jié)構(gòu)等方面做了大量的工作并取得了一定的進(jìn)展;如可采用抗PID材料、防PID電池和封裝技術(shù)等。采用非乙烯—醋酸乙烯共聚物的封裝材料、采用無邊框組件或雙玻組件等，都可以在一定程度上減少PID效應(yīng)。

本文著重介紹如何從逆變器側(cè)進(jìn)行PID 防治，逆變器側(cè)的防治大致有三種解決方案：

第一種是負(fù)極接地，我們?cè)赑ID 效應(yīng)中介紹了，PID是因?yàn)榻M件負(fù)極對(duì)大地產(chǎn)生了負(fù)壓導(dǎo)致的 ，對(duì)應(yīng)的我們可以采用負(fù)極接地的方法來減少這種衰減;將光伏組件或逆變器的負(fù)極通過電阻或保險(xiǎn)絲直接接地，使電池板負(fù)極對(duì)大地的電壓與接地金屬邊框保持在等電位，消除負(fù)偏壓，該方案多用于集中式逆變器，并且會(huì)帶來面板電壓升高，有電擊風(fēng)險(xiǎn)，組串式由于一般不帶隔離變壓器等因素很少這么應(yīng)用;

圖4：負(fù)極接地方案示意圖

圖5：不同逆變器負(fù)極對(duì)大地的負(fù)電壓不同

第二種是負(fù)極虛擬接地，集中式和組串式都可以使用負(fù)極虛擬接地的方法防治PID 效應(yīng)，該方案同樣會(huì)帶來面板電壓升高，有電擊風(fēng)險(xiǎn)。

圖6：負(fù)極虛擬接地方案示意圖

第三種方案是由SMA公司提出的夜間修復(fù)方案，我們?cè)谇懊鍼ID效應(yīng)中已經(jīng)提出了，PID效應(yīng)是可逆的，通過夜間對(duì)PV負(fù)極（或正極）對(duì)大地進(jìn)行一定電壓的浮充，可修復(fù)面板的相關(guān)特性; offset技術(shù)不改變直流側(cè)工作電壓，能有效修復(fù)面板衰減;SMA中國更進(jìn)一步，將此技術(shù)集成到逆變器內(nèi)部集成到逆變器內(nèi)部，更加經(jīng)濟(jì)高效。

圖7：夜間浮充技術(shù)

說明：負(fù)極接地或虛擬負(fù)極接地的防PID逆變器技術(shù)，都存在抬升電壓的問題，帶來觸電危險(xiǎn)，需要加強(qiáng)電站安全管理，而采用夜間浮充技術(shù)沒有這個(gè)問題，尤其是集成到逆變器內(nèi)部是很好的解決方案。

防治案例與效應(yīng)情況

逆變器PV負(fù)極接地的案例，選取了某實(shí)際電站中同一地點(diǎn)，各種條件基本相同的兩個(gè)光伏方陣，其中有采用的集中式逆變器不具備防PID功能，也有采用具備防PID功能。測試發(fā)現(xiàn)：安裝了PID模塊的集中式逆變器可以有效地防止組件PID衰減，大幅度降低發(fā)電量損失。

表一：集中型負(fù)極接地對(duì)比結(jié)果

采用夜間修復(fù)逆變器技術(shù)的案例結(jié)果

表二：采用SMA夜間修復(fù)技術(shù)后的結(jié)果

（備注：部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)引用了了設(shè)計(jì)院光伏同行王淑娟的數(shù)據(jù)）

總結(jié)

隨著中國光伏產(chǎn)業(yè)從西到東，從北到南，溫濕度對(duì)組件的PID 影響越來越大，影響光伏電站面板的壽命和客戶收益，對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展構(gòu)成影響;在光伏電站中采用抗PID技術(shù)也越來越受到重視，越來越多的光伏電站要求逆變器具備抗PID的技術(shù)。

SMA中國提供完整PID解決方案，尤其是逆變器內(nèi)部集成夜間浮充技術(shù)，性價(jià)比高。