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  • 晶硅光伏組件PID功率修復(fù)及抑制技術(shù)

    2018-05-23 16:01:09 大云網(wǎng)  點擊量: 評論 (0)
    PID已經(jīng)是業(yè)內(nèi)老生常談的話題了,目前已有較為成熟的修復(fù)方法和抑制技術(shù),文中從這兩個主題出發(fā)依次介紹了PID修復(fù)系統(tǒng)的基本原理和國內(nèi)主流PID修復(fù)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)和接線方式,以及在室內(nèi)環(huán)境下PID修復(fù)系統(tǒng)的應(yīng)用,并給出了修復(fù)前后的功率對比結(jié)果。

    PID已經(jīng)是業(yè)內(nèi)老生常談的話題了,目前已有較為成熟的修復(fù)方法和抑制技術(shù),文中從這兩個主題出發(fā)依次介紹了PID修復(fù)系統(tǒng)的基本原理和國內(nèi)主流PID修復(fù)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)和接線方式,以及在室內(nèi)環(huán)境下PID修復(fù)系統(tǒng)的應(yīng)用,并給出了修復(fù)前后的功率對比結(jié)果,最后簡要介紹了系統(tǒng)端抑制PID的負極接地方法。

    1、電站中的PID組件功率衰減

    光伏電站中組件若發(fā)生了PID問題,靠近正極側(cè)的組件一般正常工作,而越靠近負極側(cè)組件會出現(xiàn)明顯的功率衰減,筆者對某沿海地區(qū)發(fā)生PID現(xiàn)象的電站進行了初步診斷,并將隨機拆卸下的240Wp多晶組件在STC條件下進行了I-V測試,功率測試結(jié)果如圖1-1所示,抽選樣本一共有16個組串,橫坐標表示各組串組件的位置,負1表示負極側(cè)第一片組件,負20表示正極側(cè)第一片組件,其余類推,從測試結(jié)果可知,系統(tǒng)端的功率衰減發(fā)生在負極側(cè),越靠近負極其衰減越大,而在不同的組串,某些組件可能剛剛開始衰減,另一些組件其功率衰減已經(jīng)非常嚴重,因此必須及時采取措施對整個電站進行拯救。針對諸如此類電站存在的PID問題,目前已有成熟的解決方案,如在白天不影響發(fā)電的情況下可在夜間在系統(tǒng)端施加正向電壓進行修復(fù),同時白天發(fā)電時還需在系統(tǒng)端的直流側(cè)負極進行接地來加以抑制。目前PID修復(fù)系統(tǒng)在國內(nèi)市場上的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟,如大家所熟知的上海質(zhì)衛(wèi)PID修復(fù)設(shè)備,可通過時間設(shè)置、電壓檢測、輻照度檢測等手段實現(xiàn)自動控制高壓電源的開啟和關(guān)閉,其可靠性和安全性較高,在國內(nèi)外市場得到了廣泛的應(yīng)用。

    圖1-1組串中在不同位置的組件功率PID衰減情況

    2、系統(tǒng)端PID組件的修復(fù)

    2.1、PID修復(fù)系統(tǒng)的基本原理

    在光伏電站中,每一片光伏組件的邊框都需要可靠接地,正極和負極和地之間將存在一定大小的絕緣電阻和寄生電容,圖2-1為光伏電池帶寄生電容和絕緣電阻的電路模型,絕緣電阻值的大小反映了光伏組件的絕緣性能,且該值和材料及封裝工藝都有較大的關(guān)系,根據(jù)IEC61215規(guī)定,晶硅組件在做濕絕緣測試時,測試的絕緣電阻值乘以組件面積應(yīng)不小于40MΩm2,而實際測試值一般都在百兆歐以上。至于系統(tǒng)端組串對地絕緣電阻,根據(jù)光伏電站驗收規(guī)范,匯流箱內(nèi)各組串正負極對地絕緣電阻均應(yīng)大于1MΩ,那么對于500kWp系統(tǒng),假設(shè)一串容量5kWp,有100串并聯(lián),逆變器直流側(cè)正負極對地絕緣電阻值應(yīng)大于10kΩ,陣列的絕緣電阻值對于PID修復(fù)系統(tǒng)來說是一個非常重要的參數(shù),和修復(fù)系統(tǒng)的使用功率和輸出電流都有關(guān)系,對于特定使用功率和輸出電流的PID修復(fù)系統(tǒng),其可修復(fù)的組件系統(tǒng)容量也是有限的。

    寄生電容的大小取決于光伏陣列的框架結(jié)構(gòu)、光伏電池表面及間距、模塊結(jié)構(gòu)、天氣條件、濕度、覆蓋于光伏陣列表面的塵埃等等。當(dāng)組串并聯(lián)得越多,寄生電容越大,絕緣阻抗卻正好相反,晶體硅光伏電池的寄生電容一般約為50-150nF/kW,有的PID修復(fù)系統(tǒng)會使用寄生電容作為技術(shù)參數(shù),它也可以決定可修復(fù)的組件容量,但是寄生電容很難測試,所以一般使用絕緣電阻值這個參數(shù)。

    筆者在《光能》2014年7月刊《PID光伏組件批量恢復(fù)時單片正向恢復(fù)電壓的理論研究》一文中曾指出,當(dāng)組件絕緣電阻值遠遠大于自身電阻值Rs和Rsh時,組件的自身電阻可忽略不計,因此當(dāng)在逆變器直流側(cè)對整個陣列施加高壓時,各匯流箱內(nèi)的各個組串的每一片組件在電路上其實是并聯(lián)關(guān)系,可參考圖2-2系統(tǒng)端陣列PID組件修復(fù)等效電路模型,它實際上是給組件的負極對地阻抗之間施加高壓,每片組件被分配的電壓大小和組件的位置、電纜線損都有關(guān)。從線損這個角度,同樣的輸出直流電壓,在匯流箱側(cè)對陣列施加和在逆變器直流側(cè)施加會有略微差異,比如500kW系統(tǒng)負極對地絕緣阻抗大于10kΩ,直流電壓對陣列施加1000V,則設(shè)備的輸出電流小于0.1A,匯流箱至逆變器的銅芯直流電纜截面積假設(shè)為70mm2,長度200米,其阻抗約0.05Ω,經(jīng)計算其在電纜上損失的電壓是非常小的。

    圖2-1帶寄生電容和絕緣阻抗的等效模擬電路

    圖2-2系統(tǒng)端陣列PID組件修復(fù)等效電路模型

    2.2、PID修復(fù)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)和控制方式

    PID修復(fù)系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)主要有輸入輸出參數(shù)和控制方式,以上海質(zhì)衛(wèi)PID修復(fù)系統(tǒng)為例,參照表2-1。

    表2-1PID修復(fù)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)

    在使用PID修復(fù)系統(tǒng)之前,需要在逆變器直流側(cè)測試陣列負極對地的最小絕緣電阻Riso(可在雨天測試,因為相比于晴天雨天的測試值較小),然后計算輸出電流和輸出功率是否在設(shè)備的額定范圍內(nèi)。

    (1)輸出電流的理論值:I=U/Riso,此計算值要小于設(shè)備的額度輸出電流,有的設(shè)備需要符合UL安規(guī)要求。

    例子:假設(shè)某陣列共99串,施加電壓1000V,單個組串的負極對地絕緣電阻為10MΩ,整個方陣為101kΩ,輸出電流I=1000V/101KΩ=0.009A<0.1A,每一串的輸出電流為0.1mA,也在人體的安全電流范圍內(nèi)。

    (2)輸出功率的理論值:P=U2/Riso(此計算值要小于設(shè)備的額度功率)。

    例子(同上):P=1000*1000/101kΩ=9.9W<100W。

    自動控制模式:PID修復(fù)是在夜間對光伏陣列的負極和地之間進行正向加壓,白天光伏發(fā)電的時候不可以加壓,因為光伏組件的電流方向和電壓源的電流方向是相反的。一般控制有三種模式,時間控制是設(shè)置自動啟動時間和自動關(guān)機時間,光控是通過在組件陣列上安裝輻照儀,設(shè)定輻照值的大小進行控制,如可設(shè)置輻照度值小于25W/m2自動開啟,大于75W/m2自動關(guān)閉,具體視現(xiàn)場情況而定。電壓控制方式為設(shè)置開啟和關(guān)閉系統(tǒng)的系統(tǒng)電壓值,在接線上是通過陣列直流側(cè)的正極輸出端和設(shè)備的正極進行連接,從而設(shè)備可以檢測系統(tǒng)電壓值的大小,如可以設(shè)置當(dāng)電壓低于50V-100V自動開機,當(dāng)電壓高壓150V自動關(guān)機。

    2.3、PID修復(fù)系統(tǒng)的連接方式

    PID修復(fù)系統(tǒng)的連接方式較為簡單,設(shè)備的負極和直流配電柜內(nèi)的負極輸出銅排連接,設(shè)備正極和直流配電柜內(nèi)正極輸出銅排連接,接地線和配電柜接地端子連接,如圖2-3所示。

    圖2-3PID修復(fù)系統(tǒng)連接示意圖

    3、PID組件室內(nèi)修復(fù)方式

    質(zhì)衛(wèi)PID修復(fù)系統(tǒng)除了上述介紹用于電站的現(xiàn)場修復(fù)外,它也同樣適用于室內(nèi)修復(fù),如圖3-1所示。現(xiàn)選取2148片發(fā)生PID的245Wp多晶組件,使用該設(shè)備在夏季室內(nèi)常溫環(huán)境下修復(fù),修復(fù)前需要做大量的準備工作,如組件的搬運、擺放和接線工作,具體操作時可將組件按照25片一托放在木質(zhì)托盤上,相鄰?fù)斜P之間的組件輸出端通過二轉(zhuǎn)一連接頭進行匯流,最后接入設(shè)備的正極輸出端,每片組件的邊框使用接地線相互連接并進行匯流,最后接入設(shè)備的接地端,接線電纜線徑使用2.5mm2,也可以使用4mm2的直流電纜。

    圖3-1PID室內(nèi)修復(fù)系統(tǒng)接線示意圖

    由于室內(nèi)場地面積限制,修復(fù)實驗分兩批進行,第一批修復(fù)共計1066片,修復(fù)所用時間為11天(264小時),其中1080V電壓(儀器顯示電壓)累計通電時間為7天(168小時),1200V電壓累計通電時間為4天(96小時)。第二批修復(fù)共計1088片,修復(fù)所用時間為12天(288小時)。其中1080V電壓累計通電時間為10天(240小時),1200V電壓累計通電時間為2天(48小時)。在組件PID修復(fù)過程中,設(shè)備的液晶面板上會實時顯示漏電流的大小,功率的修復(fù)進度和組件自身PID衰減程度、環(huán)境等因素有關(guān),一般一開始其恢復(fù)功率會明顯較快,隨著時間的推移,會越來越緩慢,到最后漏電流顯示值將降為0,但此時并不是說明漏電流為0,因為該系統(tǒng)漏電流檢測精度為1mA,而正常組件的漏電流一般為微安級別。

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    責(zé)任編輯:蔣桂云

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