降低PID效應(yīng)帶來(lái)的光伏發(fā)電損耗方案解析

如何在電價(jià)調(diào)低的同時(shí)減少電站發(fā)電損失提升收益？ —— 解決PID問(wèn)題是提升發(fā)電量的關(guān)鍵。

PID效應(yīng)（Potential Induced Degradation）又稱電勢(shì)誘導(dǎo)衰減，是電池組件的封裝材料和其上表面及下表面的材料，電池片與其接地金屬邊框之間的高電壓作用下出現(xiàn)離子遷移，而造成組件性能衰減的現(xiàn)象。PID效應(yīng)最容易出現(xiàn)在潮濕的環(huán)境條件下，且該現(xiàn)象活躍程度與溫度、潮濕程度正相關(guān)；同時(shí)衰減現(xiàn)象與組件表面被導(dǎo)電性、酸性、堿性以及帶有離子的物體污染有關(guān)。

PID帶來(lái)的損失

下圖是從某實(shí)驗(yàn)室提供經(jīng)過(guò)PID實(shí)驗(yàn)（196h）測(cè)試的組件，EL測(cè)試呈現(xiàn)的照片。

顯而易見(jiàn)，組件若出現(xiàn)長(zhǎng)期PID衰減現(xiàn)象，必然會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電站發(fā)電量損失，甚至不發(fā)電。

目前PID衰減現(xiàn)象在國(guó)內(nèi)已不是個(gè)例，尤其是在高溫高濕地區(qū)，最容易出現(xiàn)PID現(xiàn)象。

PID解決方案——系統(tǒng)級(jí)

本文沒(méi)有從組件本身解決方案考慮，而是由整個(gè)系統(tǒng)PID解決方案入手。

1、逆變器（正）負(fù)極接地

此方案應(yīng)用時(shí)間較早，目前行業(yè)內(nèi)大多數(shù)逆變器廠商都可以提供此解決方案。

工作原理：針對(duì)P型組件，組串負(fù)極與地形成約300V-500V的電勢(shì)差，這個(gè)電勢(shì)差會(huì)持續(xù)導(dǎo)致組件表面的離子遷移；下圖是將逆變器負(fù)極通過(guò)熔絲加斷路器與地相連，這樣使組件負(fù)極對(duì)地電勢(shì)差抬升至0V左右，從而避免PID衰減。

▲ 圖一：逆變器負(fù)極接地原理圖

▲ 圖二：實(shí)際接線圖

▲ 圖三：最終模擬輸出結(jié)果

方案一的優(yōu)點(diǎn)很突出，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，成本低；但缺點(diǎn)也很明顯，其一，逆變器負(fù)極接地，若PV正或組串間電纜產(chǎn)生接地故障，則會(huì)通過(guò)地線產(chǎn)生故障電流或者產(chǎn)生電弧放電，易引起火災(zāi)；

其二，假設(shè)運(yùn)維人員不慎觸碰PV正，則人與大地之間將會(huì)形成600-1000V直流電，對(duì)人體傷害非常高；

其三，應(yīng)用比較局限，成本相對(duì)較高，隔離變壓器占用空間也比較大；

此方案不合適組串式電站應(yīng)用，因?yàn)檫@種方案每臺(tái)組串式逆變器都需要配一個(gè)雙繞組隔離變壓器或者幾臺(tái)組串式逆變器就需要一臺(tái)分裂式隔離變壓器。所以此方案比較適合規(guī)模較小的系統(tǒng)應(yīng)用或者大容量的帶隔離變壓器的集中式系統(tǒng)方案。

▲ 圖四：電纜拉弧導(dǎo)致燒損

隨著行業(yè)不斷發(fā)展，光伏發(fā)電成本逐漸下降，與之對(duì)應(yīng)問(wèn)題也來(lái)了。2013年以前行業(yè)內(nèi)很少有人提及的組件PID問(wèn)題開(kāi)始時(shí)?？M繞在我們耳邊，而光伏電站已經(jīng)建設(shè)到沿海城市使得組件PID問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重，雪上加霜的是并網(wǎng)電價(jià)每年都在調(diào)整。

2、夜間補(bǔ)償方案

此方案最早是SMA提出的，源于PID衰減可逆原理。

▲ 圖五：夜間補(bǔ)償方案

工作原理：PV板接入正壓偏置電源，電源夜間工作給PV板加入正電壓，將白天工作時(shí)由于PID效應(yīng)損失的電子從PE抽回來(lái)。PID與逆變器直流輸入并聯(lián)，在光伏組件的負(fù)級(jí)負(fù)極和地之間施加一個(gè)高電壓，并且支持輸出固定電壓和輸出智能調(diào)節(jié)的電壓。在夜間，它能把光伏組件在白天因?yàn)樨?fù)極與地之間的負(fù)偏壓所積累下來(lái)的電荷釋放掉，進(jìn)而修復(fù)那些因?yàn)镻ID效應(yīng)導(dǎo)致效率衰減的光伏組件。

此方案優(yōu)點(diǎn)：可以快速的地恢復(fù)組件功率衰減，但是必須保證在逆變器與電網(wǎng)斷開(kāi)情況下進(jìn)行。

缺點(diǎn)：成本高，損耗大。

3、虛擬電位

此方案在14年被國(guó)內(nèi)各逆變器廠家爭(zhēng)相推廣使用。

▲圖六：虛擬電位原理圖

工作原理：此工作原理是利用逆變器交流輸出虛擬N線電壓采集時(shí)以PV-BUS母線中點(diǎn)作為參考點(diǎn)；此方案是通過(guò)采集器實(shí)時(shí)采集PV-BUS母線電壓， PID控制模塊抬升逆變器N點(diǎn)對(duì)地電壓300-500V，將N點(diǎn)電壓抬升至半母線電壓，從而將逆變器PV-BUS母線中點(diǎn)對(duì)地電壓抬升300-500V。

總結(jié)

筆者認(rèn)為，從以下幾個(gè)維度分析，目前較適合光伏電站PID解決方案是虛擬電位解決方案。

本文從整個(gè)系統(tǒng)端考慮PID解決方案，后續(xù)筆者還會(huì)從組件材料端解析PID解決方案。期待與各位同仁一起探討。