對(duì)電池組件PID效應(yīng)的光伏逆變器設(shè)計(jì)分析

王建軍

（廣東明陽(yáng)龍?jiān)措娏﹄娮佑邢薰荆瑥V東中山，528437）

0 引言

在光伏電池組中，膠膜、電池片以及背板等是基本的組成元素，由于設(shè)備會(huì)在潮濕的環(huán)境中長(zhǎng)期工作，加之高電壓影響，整個(gè)電池片會(huì)出現(xiàn)電荷大量積累的問(wèn)題，甚至?xí)霈F(xiàn)漏電流，使得整個(gè)組件的填充因子數(shù)量縮減，短路電流密度和電壓也會(huì)隨之降低，出現(xiàn)嚴(yán)重的PID效應(yīng)。基于此，要結(jié)合實(shí)際問(wèn)題建構(gòu)有效的處理機(jī)制，提高光伏逆變器應(yīng)用效率。

1 PID效應(yīng)原理概述

若是電池組長(zhǎng)期處于潮濕的外部環(huán)境，就會(huì)造成其接地邊框間負(fù)偏壓作用較大，甚至?xí)斐蓢?yán)重的持續(xù)性衰減問(wèn)題。正是由于負(fù)偏壓電場(chǎng)的影響，會(huì)造成組件電池片表面以及封裝材料之間出現(xiàn)離子遷移的問(wèn)題，嚴(yán)重影響電池活性層的運(yùn)行效果，電路也存在被腐蝕的危險(xiǎn)[1]。與此同時(shí)，組件表面的酸性以及導(dǎo)電性受到影響，也會(huì)加劇組件性能的衰減情況。因此，在出現(xiàn)PID效應(yīng)后，整個(gè)結(jié)構(gòu)常常伴有鈉離子遷移、p-n結(jié)分流以及電離腐蝕等問(wèn)題，造成基本結(jié)構(gòu)運(yùn)行受限。

（1）鈉離子遷移。主要是由于組件中電池片出現(xiàn)了內(nèi)活性層離子遷移，其中，部分帶電離子會(huì)直接穿過(guò)半導(dǎo)體材料的表面，嚴(yán)重影響活性區(qū)域的實(shí)際水平，甚至有分層的危險(xiǎn)。若是遷移過(guò)程較為嚴(yán)重，就會(huì)出現(xiàn)鈉離子直接遷移到玻璃表面，出現(xiàn)嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕問(wèn)題。

（2）p-n結(jié)分流。由于離子直接遷移到活性區(qū)域內(nèi)，就會(huì)導(dǎo)致p-n結(jié)整體性能受到影響，甚至?xí)霈F(xiàn)嚴(yán)重衰減，造成分流問(wèn)題。一方面，電池片電壓參數(shù)為正值，而系統(tǒng)邊框?yàn)樨?fù)值，則系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)陽(yáng)離子流出電池片的問(wèn)題，在p-n結(jié)周圍大量聚集。另一方面，若是電池片電壓為負(fù)值，邊框是正偏壓，則大量的陽(yáng)離子會(huì)直接流入電池片，導(dǎo)致p-n出現(xiàn)衰減問(wèn)題。需要注意的是，若是逆變器不接地，則會(huì)出現(xiàn)輸出側(cè)正極和負(fù)極數(shù)據(jù)異動(dòng)的情況，如圖1所示。

（3）電離腐蝕。主要是由于電池組內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)封裝問(wèn)題，這就導(dǎo)致濕氣出現(xiàn)殘留，造成材料水解，與此同時(shí)，出現(xiàn)嚴(yán)重的電離腐蝕情況，伴有金屬電極的腐蝕問(wèn)題，形成會(huì)移動(dòng)的鈉離子。需要注意的是，若是在電場(chǎng)的作用下，則會(huì)造成鈉離子富集在電池表面，影響其性能。

圖1 逆變器輸出正極、負(fù)極對(duì)地電壓示意圖

2 對(duì)電池組件PID效應(yīng)的光伏逆變器設(shè)計(jì)分析

在電池組件PID效應(yīng)的光伏逆變器設(shè)計(jì)工序開展的過(guò)程中，要結(jié)合實(shí)際情況落實(shí)精細(xì)化分析機(jī)制和處理措施。

2.1 逆變器拓?fù)溥x型

為了保證光伏逆變器設(shè)計(jì)的實(shí)效性，要給予選型工作更多的重視。多數(shù)光伏逆變器拓?fù)浞譃閹ё儔浩餍秃蜔o(wú)變壓器型兩種。前者是對(duì)變壓器進(jìn)行電氣隔離，能有效處理相關(guān)數(shù)據(jù)，但是在輸入過(guò)程和輸出過(guò)程之間并不會(huì)形成有效的漏電回路體系，這就使得應(yīng)用過(guò)程無(wú)需分析輸出漏電流。后者則沒有電氣隔離過(guò)程，使得輸出和輸入之間會(huì)直接搭建漏電回路，造成漏電流。

需要注意的是，在拓?fù)溥x型工作中，要結(jié)合變壓器實(shí)際工作頻率進(jìn)行分析。一方面，工頻變壓器型光伏逆變器能有效完成全橋逆變和工頻變壓器的融合功效，正是由于輸出端本身就存在變壓器隔離過(guò)程，因此，能一定程度上減少并網(wǎng)出現(xiàn)的漏電流問(wèn)題，優(yōu)化偏量分析[2]。另一方面，高頻變壓器型光伏逆變器則主要包括高頻變壓器和DC-CD轉(zhuǎn)換器，能有效減少輸入過(guò)程對(duì)地電容的影響。選擇任何一種拓?fù)湫?，都要結(jié)合實(shí)際需求，并且，要將組件的政績(jī)和負(fù)極進(jìn)行接地處理。值得一提的是，相較于高頻變壓器型光伏逆變器，工頻變壓器型光伏逆變器結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)更大，能有效提高應(yīng)用效率，推廣范圍較大。

圖2 雙電平工頻變壓器型光伏逆變器結(jié)示意圖

結(jié)合多元化考量，為了有效減少組件出現(xiàn)PID問(wèn)題，本文利用逆變器輸入端接地處理機(jī)制，有效減少光伏列陣造成的負(fù)偏壓?jiǎn)栴}，有效選擇雙電平工頻變壓器型光伏逆變器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 負(fù)極接地處理

在實(shí)際設(shè)計(jì)工作開展后，為了有效完善設(shè)計(jì)效果和設(shè)計(jì)水平，降低電池組件PID效應(yīng)造成的影響，要對(duì)直流輸入端負(fù)極進(jìn)行接地處理。正是借助電纜直接接地的環(huán)節(jié)，能完善直流輸入端的處理效果，確保光伏列陣中，無(wú)論是正極還是負(fù)極都能避免跳路問(wèn)題。利弊拿起輸入端要利用熔斷器進(jìn)行串聯(lián)處理，若是逆變器輸入端正極出現(xiàn)了接地情況，熔斷器熔斷也能發(fā)揮作用，一定程度上減少整體設(shè)備的短路問(wèn)題，提高運(yùn)行效果的完整性。除此之外，逆變器的設(shè)計(jì)過(guò)程也要結(jié)合逆變器信號(hào)處理，保證安全分離的同時(shí)，提高整體接地分析和相關(guān)數(shù)據(jù)整合的實(shí)效性。

2.3 負(fù)極節(jié)點(diǎn)處理方式

在對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行升級(jí)處理的過(guò)程中，也要結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行的根本需求，建構(gòu)更加系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)框架體系，確保光伏逆變器能有效解決實(shí)際問(wèn)題，從而提高整體結(jié)構(gòu)的運(yùn)維管理水平，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管控效果的優(yōu)化升級(jí)。也就是說(shuō)，為了全面降低電池組件中PID的效應(yīng)，有效減少漏電流對(duì)操作過(guò)程產(chǎn)生的制約，要結(jié)合光伏逆變器運(yùn)行的基礎(chǔ)性需求，整合直流輸入端，將其負(fù)極和地面相連。并且，保證直流輸入負(fù)極接點(diǎn)裝置中能有效增加漏電流檢測(cè)裝置，并且維護(hù)保護(hù)數(shù)值參數(shù)，將其控制在10mA以下。一旦漏電流的數(shù)量出現(xiàn)累計(jì)，在10mA以上，就要利用逆變器控制系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行響應(yīng)，有效自動(dòng)斷開直流側(cè)斷路器，正是借助電纜直接接地的處理方式，能對(duì)直流輸入端正極予以處理，表面意外接地，減少光伏變電器運(yùn)行的危險(xiǎn)性。除此之外，在響應(yīng)設(shè)備出現(xiàn)預(yù)警后，就要及時(shí)對(duì)具體問(wèn)題進(jìn)行維護(hù)和修理，確保光伏變電器應(yīng)用過(guò)程和設(shè)計(jì)效果能有效滿足實(shí)際需求[3]。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在處理電池組件PID效應(yīng)的過(guò)程中，技術(shù)人員要結(jié)合問(wèn)題出現(xiàn)的原因和機(jī)理進(jìn)行統(tǒng)籌分析，建立健全系統(tǒng)化處理機(jī)制，充分認(rèn)知到負(fù)極接地能降低逐漸負(fù)偏壓電場(chǎng)情況，有效利用工頻變壓器型光伏逆變器完善相應(yīng)的操作，提高整體系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

參考文獻(xiàn)

[1]路染妮,王鈺潔,杜先君等.大規(guī)模光伏電站中箱式變電站對(duì)光伏組件的影響分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2017,45(20):123-128.

[2]于洋.青海共和30MWp光伏發(fā)電站電池特性及發(fā)電量預(yù)測(cè)研究[D].西安理工大學(xué),2014.

[3]曾捷.抗PID效應(yīng)的多模塊電站型光伏逆變器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué),2016.