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【光伏技術】向PID Say NO!

來源:網絡

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所屬頻道:新聞中心

關鍵詞: PID,光伏電站,光伏組件

      隨著光伏行業(yè)的不斷發(fā)展,光伏電站的應用地從荒無人煙的戈壁大漠到陽光燦爛的內陸、沿海城市,應用環(huán)境的不同造成了光伏電站的發(fā)電效率的差異性。組件的PID效應作為影響電站發(fā)電量的重要因素之一,受到了業(yè)界的廣泛關注。那么PID效應的成因和危害是什么?究竟什么方案是抑制PID效應最可靠的方法呢?

      1、PID效應的危害有哪些?

      PID效應(Potential Induced Degradation)又稱電勢誘導衰減,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離子遷移,而造成組件性能衰減的現象。

      下表為組件PID效應測試前后的參數及I-V曲線對比【1】,通過對比明顯可以看出PID效應對太陽能電池組件的輸出功率影響巨大,是光伏電站發(fā)電量的“恐怖殺手”。

      功率對照表

      I-V曲線(PID效應測試前)I—V曲線(PID效應測試后)

      2、為什么會發(fā)生PID效應?

      通過光伏電池組件廠商和研究機構的數據表明,PID效應與組件構成、封裝材料、所處環(huán)境溫度、濕度和電壓有著緊密的聯(lián)系。

      1)太陽能電池組件的構成

      太陽能電池組件由玻璃+EVA+電池片+EVA+TPT+邊框構成,各個部分的組成詳見下圖。

            太陽能電池組件的構成

      2)PID效應發(fā)生的過程

      目前對組件發(fā)生PID效應的真正原因說法不一,比較典型的解釋如下:

     ?。?)潮濕、高溫的環(huán)境容易產生水蒸氣,水蒸氣通過封邊硅膠或背板進入組件內部;

     ?。?)EVA(乙烯—醋酸乙烯共聚物)的酯鍵在遇到水后發(fā)生反應,生成可自由移動的醋酸;

      EVA水解反應方程式

     ?。?)醋酸和玻璃中的純堿(Na2CO3)反應將Na+析出,在電池內部電場作用下移動至電池表面,造成玻璃體電阻降低;

      Na+的析出及移動過程

     ?。?)經過美國NERL(國家能源部可再生能源實驗室)的研究無論采用任何技術的P型晶硅電池片,組件在負偏壓下均有發(fā)生電勢誘導衰減的風險。因為光伏陣列的組件邊框通常都是接地的,造成單個組件和邊框之間形成偏壓,所以越靠近負極輸出端的組件承受負偏壓現象越明顯。

      電池板在陣列中的位置和偏壓形成的關系

     ?。?)在負偏壓的作用下,漏電流通路因此形成,漏電流由電池片→EVA→玻璃表面→邊框→支架,最終流向大地。

      負偏壓作用下漏電流路徑【2】

     ?。?)在漏電流的作用下,帶正電的載流子穿過玻璃,通過邊框流向地面,使得負電荷在電池片表面堆積,吸引光電載流子(空穴)流向N型硅的表面聚集起來,而不是像正常狀態(tài)下一樣流向正極(P極)。這種表面極化現象而引起的輸出功率衰減就是PID效應。

      3、如何抑制PID效應的發(fā)生?

      了解到PID效應對光伏電站發(fā)電量的巨大影響,抑制PID效應更加刻不容緩。根據對PID效應的分析可以得出兩種處理方案,一種是從組件側考慮,另一種是從逆變器側考慮,具體方案如下:

      1)從組件側考慮:

     ?。?)采用非Na、Ca玻璃提高玻璃的體電阻,阻斷漏電流通路的形成;

     ?。?)采用非乙烯—醋酸乙烯共聚物的封裝材料。

      特點:從材料上抑制PID效應,安全、可靠,但非Na、Ca玻璃的成本高昂。另外新材料的穩(wěn)定性問題也是未知數,目前無法推廣應用。

      2)從逆變器側考慮:

      采用組件負極接地的方式,防止負偏壓造成的漏電流形成。

      負偏壓和正偏壓下組件PID效應對比

      特點:處置方案簡便、成本低、效果顯著,但負極直接接地會造成安全隱患,威脅電站的正常運行和運維安全。逆變器負極接地后,若發(fā)生組件正極接地故障則會造成電池板短路,而運維人員如若接觸到正極則會發(fā)生電擊危險,所以負極接地電路必須具有異常電流監(jiān)測及分斷保護系統(tǒng),方可在抑制PID效應的同時保障電站設備的運行安全。

      作為行業(yè)領軍的逆變器設備研發(fā)、制造企業(yè),特變電工不斷突破自我,創(chuàng)新求變,通過對PID效應進行長期的實驗研究和積累,研發(fā)出一套能夠可靠抑制PID效應的解決方案,它既能夠保障負極接地的可靠性,又能使逆變器具備完善的保護功能,被稱為防PID效應套件。

      防PID效應套件簡介

      防PID效應套件是由絕緣監(jiān)測系統(tǒng)和接地保護系統(tǒng)兩部分構成,工作原理如下:

      絕緣監(jiān)測系統(tǒng):假設電池板PV+對大地的絕緣阻抗為Rx(因負極接地,故無需監(jiān)測PV-對地阻抗)。首先為PV+并聯(lián)已知電阻R1,其次測量并聯(lián)后PV+對大地電壓,最后計算出Rx值。一旦Rx低于閾值時,逆變器立刻報警停機,防止絕緣阻抗過低造成的短路風險。

      絕緣監(jiān)測的原理

      接地保護系統(tǒng):GFDI(PV Ground-Fault Detector Interrupter)設備由分斷器件+高精度傳感器組成,分斷器件負責在故障電流出現時,分斷負極接地電路;傳感器負責檢測負極接地電路中的異常電流。當檢測到負極接地電路中有異常電流通過時,分斷器件瞬時切斷負極接地電路,切斷漏電流通路,保護運維人員安全。

      防PID效應套件的連接方式

      4、結論

      PID效應作為光伏電站發(fā)電量的可怕殺手,發(fā)生的根本原因是與環(huán)境因素和組件封裝材料有關。相信未來組件廠商定能夠找到一種更加可靠的材料,從根源上阻斷PID效應的發(fā)生。但是在當下,負極接地無疑是最可靠的抑制PID效應的方法。

    (審核編輯: 小丸子1)

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