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編者按：2016年6月，八個新的光伏“領跑者”基地審批通過，其中多個基地是水面光伏電站應用場景，如何預防新建電站不會得“風濕病”顯得迫切重要。只有清晰地了解光伏系統(tǒng)“風濕病”的“病因”，并有針對性的開出藥方，才能從根本上治好“風濕病”，保障電站25年生命周期內最大收益。



在走訪一些潮濕環(huán)境的光伏發(fā)電系統(tǒng)過程中，一個經常被提到的問題是光伏發(fā)電系統(tǒng)運行一段時間后，發(fā)電量下降明顯，導致電站收益大幅降低，嚴重損害了業(yè)主的利益。經現場測試發(fā)現，多個光伏發(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50%以上，而組件功率衰減正是導致光伏系統(tǒng)發(fā)電量下降的重要原因之一。

表一 某實際電站中組件發(fā)生PID現象前后的各指標對比
為何光伏發(fā)電系統(tǒng)會得“風濕病”?

組件功率衰減對系統(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，組件PID效應是因為負極對地電壓小于0，導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“風濕病”(如圖1)。

據了解，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效應越容易發(fā)生，所以在東部屋頂、水面等濕度大、溫度高的應用場景中，組件PID對光伏電站發(fā)電量的影響更加明顯。 注：VPE：地電壓，VNPE：中性點對地電壓，VPG：組串電壓

圖1 潮濕環(huán)境下組件對地電壓小于0得了“風濕病”

業(yè)內專家分析指出，光伏發(fā)電系統(tǒng)是否會患“風濕病”，主要受到兩個因素影響：一個因素是光伏組件是否足夠強壯，能夠抵抗高濕、高溫環(huán)境;二是光伏組件工作時電氣環(huán)境是否具有催化作用。兩個“病因”同時滿足才會導致“風濕病”，只要其中任何一個“病因”不滿足，就不會得病。

治療光伏發(fā)電系統(tǒng)“風濕病”的常見藥方

解決組件PID，需要解決組件負極對地電壓小于0的問題，根據“病因”可以從下面兩個方向下藥。

第一類藥方是讓光伏組件更加強壯。組件廠家已經從材料、結構等方面做了大量的工作并取得了一定的進展，例如雙玻組件具有非常強的抗PID特性。

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

接種“疫苗”做好預防工作

在建設光伏發(fā)電系統(tǒng)時，如果就接種“疫苗”預防電站得“風濕病”，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防。

方案1

負極直接接地方案

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

方案2

集中式負極虛擬接地方案

負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，對預防光伏電站得“風濕病”效果顯著。陽光電源每臺集中式逆變器交流側都會配套一個PID防護模塊，包括電壓調整裝置和模擬中性點裝置，通過電路結構構造與直流側中點電位相等的等效中性點，電壓調整裝置將等效點電位抬升時，組件負極對地電壓相應高于地面電壓，達到負極虛擬接地目的(如圖3)。 圖3 集中式虛擬負極接地方案

方案3

組串式負極虛擬接地方案

由于組串式與集中式逆變器的組網形式不同，兩種類型逆變器負極虛擬接地方案在防PID裝置的交流接入點、安裝位置、獲取負極對地電壓方式等方面有所區(qū)別，組串式方案中一個單元陣列逆變器會配套一個PID防護裝置。方案實現原理與集中式負極接地方案原理一致，通過PID防護裝置，將方陣內所有組件負極電位抬升，保證負極電位最低的組件負極電壓高于地面電壓，達到負極虛擬接地目的(如圖4)。
注：P1~P3、G1~G3分別是組串1~ 3組串的正極和負極

圖4 組串式虛擬負極接地方案

修復功能是治療“風濕病”良方

光伏發(fā)電系統(tǒng)在建設時接種“疫苗”可以有效預防得“風濕病”，但是禍福難料，保不齊哪天就會發(fā)生組件PID，同時在電站并網之前也會有一定程度的組件功率衰減，導致患上輕度“風濕病”，得病之后的組件功率恢復也同樣重要。

據介紹，陽光電源集中式逆變器所配套的PID防護模塊除了具備預防功能，還具備行業(yè)獨有的夜間修復功能，可以治療組件“風濕病”。PID防護模塊利用組件發(fā)生PID問題的可逆性原理，在夜間逆變器停止工作時段內，對電池板施加反向電壓，將組件流失的電子重新趕回去，修復白天發(fā)生PID現象的電池板。

陽光電源從2011年就開始針對組件PID問題進行了深入研究，2013年2月率先提出負極虛擬接地的PID防護方案并申請發(fā)明專利，2015年5月獲得國家專利局的發(fā)明專利最終授權。截止目前，陽光電源已經申請了14項與PID有關的專利。陽光電源逆變器標配的PID防護模塊，充分利用了這些專利成果，同時擁有預防和修復雙重功能，廣泛應用于光伏電站，預防和治愈了多個電站的“風濕病”。

案例1

具備防PID功能的逆變器大幅提升發(fā)電損失

以某實際電站為例，選取此電站同一地點、各種條件基本相同的兩個光伏方陣，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。經過統(tǒng)計發(fā)現，安裝PID防護模塊的集中式逆變器可以有效地防止組件PID衰減，相對于不具備防PID功能的方陣，10個月后，具備防PID功能的方陣發(fā)電收益提升超過10%，且提升幅度隨著時間會逐步增加

案例2

PID防護模塊夜間修復組件各項指標

中廣核深圳機場光伏發(fā)電系統(tǒng)在建設前期未考慮組件PID影響，發(fā)生PID后，通過現場安裝陽光電源生產的PID防護模塊，經過6個夜間(42小時)修復，組件各項指標參數恢復正常(見表3)。 表3 已出現PID的組件經PID模塊修復后的實際效果

組件PID衰減對光伏電站發(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、水面等應用場景。實際電站運行數據顯示，陽光電源研發(fā)的PID防護模塊有效地避免了組件發(fā)生PID效應，同時可對已發(fā)生PID問題的組件進行修復，成為治療“風濕病”的良方。在后續(xù)的光伏“領跑者”基地會大量建設水面光伏電站，采用陽光電源提供的PID防護解決方案，保障光伏系統(tǒng)不會得“風濕病”。
原標題：光伏發(fā)電系統(tǒng)得了“風濕病”怎么辦?