如何从逆变器侧防治PID效应

PID有什么危害?从逆变器侧如何防治?发生PID问题的组件是否修复?

一、PID效应的危害

从2016年1季度的装机数据可以明显看出，我国传统的装机大省已经从西北部向东南部转移。相对于西北的干旱、多风沙气候，东南部的湿热气候对光伏电站的影响截然不同，PID问题已成为影响光伏电站发电量的重要因素之一。特别是在温度高、湿度大的东部分布式屋顶、渔光互补等电站，发生PID的概率大大增加。

实际光伏电站现场测试发现，在建成1至2年后出现部分组件功率大幅下降的现象，有些组件功率衰减竟高达50%以上。组件衰减诱因很多，如光致衰减、老化衰减、隐裂、电池片破裂等，其中重要原因之一是组件PID效应。下图为PID效应的红外照片， PID效应严重的电池片发黑。

图1：PID效应的红外照片

PID效应造成的功率衰减如表1所示。

表1 某实际电站中组件发生PID现象前后的各指标测试结果

仅2年就衰减了54.4%!可见，PID效应对组件输出功率影响巨大，是光伏电站发电量的“恐怖杀手”。

二、PID效应的防治

为了抑制PID效应，组件厂家从材料、结构等方面做了大量的工作并取得了一定的进展;如可采用抗PID材料、防PID电池和封装技术等。采用非乙烯—醋酸乙烯共聚物的封装材料、采用无边框组件或双玻组件等，都可以在一定程度上减少PID效应。

实践中， PID问题的防治更多的是从逆变器端进行。从逆变器角度可采用以下三种方案：

方案1：负极直接接地方案

将光伏组件或逆变器的负极通过电阻或保险丝直接接地，使电池板负极对大地的电压与接地金属边框保持在等电位，消除负偏压，该方案多用于集中式逆变器，如图2所示。

图2 负极直接接地方案

方案2：负极虚拟接地方案

三相逆变电路结构如图3所示。

图3 逆变电路原理图

图3中各点电压关系如下：其中

(三相平衡系统)

据此可得交流中性点N电位UN比直流侧负极电压U-高2Ud/3，如图4(a)所示。利用模拟中性点装置和电压调整装置，等效将UN抬升，使得U-大于0，消除负偏压，达到负极虚拟接地的目的，如图4(b)所示。

图4 负极虚拟接地方案

集中式与组串式逆变器均可采用负极虚拟接地方案来抑制组件PID。由于集中式与组串式逆变器的组网形式不同，使得两种类型逆变器的负极虚拟接地方案在防PID装置交流接入点、安装位置、获取负极对地电压方式等方面有区别，如图5所示。

图5 集中式与组串式的负极虚拟接地方案系统结构对比

方案3：夜间反PID修复

利用组件PID的可逆性原理，在夜间逆变器停止工作时段内，利用单独的直流源对电池板施加反向电压，修复白天发生PID现象的电池板，如图5所示。该方案需每台逆变器增加一台直流源，成本较高，且仅在逆变器不工作时，对电池板进行修复，属于“事后治疗”的被动方案。

图6夜间对电池板修复的反PID方案

三、PID防治案例

案例1：逆变器有无PID模块电站发电量差异对比

选取某实际电站中同一地点，各种条件基本相同的两个光伏方阵，其中9-1区采用的集中式逆变器不具备防PID功能，而9-2区采用的阳光电源集中式逆变器具备防PID功能。测试发现：安装了PID模块的集中式逆变器可以有效地防止组件PID衰减，大幅度降低发电量损失，如表3所示。

表3 具备防PID功能的集中式逆变器可大幅度减少了因组件PID带来的发电量损失

案例2：PID夜间修复案例

深圳某5.5MW光伏电站项目，在电站建设前期未考虑组件PID影响，发生PID后，通过现场安装PID模块后，经过6个夜间(42小时)修复后组件各项指标参数恢复正常，有效地避免发电量损失，如表4所示。

表4 已出现PID的组件经PID模块修复后的实际效果

四、小结

在温度高、湿度大的东部分布式屋顶、水面等应用场景，光伏组件容易发生PID效应，会对光伏电站发电量影响巨大。

实际电站运行数据显示，通过在逆变器中集成PID防护模块，可以有效的避免组件发生PID现象，减少电站发电量损失。同时，PID模块具有修复功能，可以对已发生PID问题的组件进行修复，使组件各项指标参数恢复正常。

FR：智汇光伏(PV-perspective)