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? ? ? ?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。
? ? ? ?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(biāo)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(yán)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
2.1、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40MΩ?m2，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)
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輸入電壓/V
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最大輸出電流I/ mA
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輸出功率P/W
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對地輸出電壓U/V
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控制方式
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單相220
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100
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100（最大150）
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300-1500可調(diào)（默認1000）
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光控/電壓/時間
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? ? ? ?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?。?，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)。
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（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2-3 ?PID修復(fù)系統(tǒng)連接示意圖
? ? ? ?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?，F(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(zhǔn)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3-1 PID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。
? ? ? ?2148片組件修復(fù)前平均功率215.8W，修復(fù)后平均功率237.4W，平均修復(fù)時間為11.5天，平均功率相對提升9.9%。
圖3-2 PID修復(fù)前后平均功率對比
? ? ? ?將修復(fù)完成的組件按照重測后的功率檔位分成八類，分別是＜140w、140w-170w、170w-200w、200w-230w、230w-235w、235w-240w、240w-245w以及≥245w，修復(fù)前后各功率檔內(nèi)的組件數(shù)量分布如圖3-3，從結(jié)果可知，200W-230W檔位組件數(shù)量由修復(fù)前的958片減少到263片，在此功率檔位約超過72%的組件得到了修復(fù)，240W以上檔位組件數(shù)量由修復(fù)前的13.82%提升到56.75%。
圖3-3 不同功率檔修復(fù)前后數(shù)量分布
? ? ? ? 經(jīng)過PID修復(fù)，組件中因PID現(xiàn)象導(dǎo)致的電池片EL發(fā)黑情況也得到了修復(fù)，見圖3-4。
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? ? ? ? ?A、修復(fù)前 ??? ? ? ? ? ? ? ? ???????B、修復(fù)后
? ? ? ? ? 圖3-4 PID修復(fù)前后EL圖像對比
? ? ? ? （1）接地的可靠性：組件接地的可靠性至關(guān)重要，不然可能導(dǎo)致修復(fù)失敗。
（2） 環(huán)境溫濕度：一般環(huán)境溫度高，濕度高，PID修復(fù)較快；溫度低，濕度低，修復(fù)比較慢，所以在現(xiàn)場修復(fù)時冬天晚上會比較慢。而在室內(nèi)可使用噴霧器朝組件表面噴濕氣，這樣可以增加玻璃表面的導(dǎo)電性，玻璃面和邊框都處于等電位，加速修復(fù)進度。但是室內(nèi)潮濕的情況下，必須注意直流電纜的絕緣性要良好以及連接頭固定處保證嚴(yán)密性，以防觸電事故。
? ? ? ?（3）組串的絕緣電阻：需要估算或測試方陣的最小絕緣電阻，并計算需要消耗的功率及輸出電流是否在設(shè)備的允許范圍。
由于PID的可逆性，電站現(xiàn)場對光伏組件加正向電壓修復(fù)后，仍需要對系統(tǒng)端的直流側(cè)做負極接地處理加以抑制，圖4-1為其中一種負極接地接法，不管哪一種接法，漏電流的檢測和接地故障保護至關(guān)重要。對于無隔離變壓器的逆變器后級存在升壓變的情況下，其逆變器交流側(cè)濾波器還需要改造并加強絕緣性能。
圖4-1 晶硅光伏系統(tǒng)的直流側(cè)負極端接地示意圖
? ? ?（1）直流漏電流傳感器：檢測漏電流大小并傳到逆變器漏電檢測面板。
? ? ?（2）微型斷路器（4P）：用于接地故障保護。參考圖4-2，逆變器直流側(cè)端負極采用熔斷器串接接地的方式，如果發(fā)生正極對地短路，組件正極通過大地流入負極，形成回路，將有安全隱患，當(dāng)故障出現(xiàn)后，電流過大，熔斷絲（相當(dāng)于上述微型斷路器的功能）自動斷開加以保護。
圖4-2組件正極接地故障圖示
? ? ? ?文中著重介紹了基于PID修復(fù)的電路模型和技術(shù)參數(shù)，并使用了國內(nèi)PID修復(fù)設(shè)備進行室內(nèi)修復(fù)實驗，從結(jié)果可知，夏季條件常溫充電11天左右后，組件功率修復(fù)效果顯著。對于電站上的PID問題，可在夜間使用PID修復(fù)系統(tǒng)和白天負極接地同時進行，可參考文中介紹的帶直流漏電流傳感器和微型斷路器的系統(tǒng)負極接地技術(shù)，待修復(fù)完畢后，將系統(tǒng)切換為負極接地方式進行PID抑制，再更換無法修復(fù)和功率較低的組件，最大化地減少陣列組件的失配損失，也能最大化地避免因大規(guī)模更換PID組件帶來的損失。
（來源：經(jīng)作者授權(quán)發(fā)布，原文首發(fā)在《光能》雜志）
原文始發(fā)于微信公眾號（坎德拉學(xué)院）：晶硅PID組件系統(tǒng)端功率修復(fù)及抑制技術(shù)
