CN103944502A - 抗潜在电势诱导衰减光伏发电系统、光伏组件和逆变器 - Google Patents

抗潜在电势诱导衰减光伏发电系统、光伏组件和逆变器 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种抗潜在电势诱导衰减PID光伏发电系统，包括光伏组件和与所述光伏组件相连的逆变器，其特征在于，还包括：一端接地、另一端接所述光伏组件的电极的二极管，以保证所述光伏发电系统的稳定可靠性和抗PID特性。此外，本发明还公开了一种抗PID光伏组件和一种抗PID逆变器。

Description

抗潜在电势诱导衰减光伏发电系统、光伏组件和逆变器
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，更具体地说，涉及一种抗潜在电势诱导衰减PID光伏发电系统、抗PID光伏组件和抗PID逆变器。
背景技术
PID(potential Induced Degradation，潜在电势诱导衰减)效应，是指光伏组件的带电部分、接地边框或接地外部之间的潜在高电压引发光伏组件工作效率大幅衰减的现象。
为避免PID效应，最常用的方法就是将光伏组件接地。但是，当光伏发电系统中的多台同类光伏组件通过逆变器共交流侧时，该方法的应用却容易导致所述光伏发电系统出现环流，从而威胁到系统的正常运行。
因此，如何保证所述光伏发电系统的稳定可靠性及抗PID特性，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种抗PID光伏发电系统、抗PID光伏组件和抗PID逆变器，以保证光伏发电系统的稳定可靠性和抗PID特性。
一种抗PID光伏发电系统，包括：光伏组件、与所述光伏组件相连的逆变器，以及一端接地、另一端与所述光伏组件的电极相连接的二极管。
其中，当所述光伏组件为要求负极对地没有负偏压的光伏组件时，所述二极管阳极接地、阴极接所述光伏组件的负极。
其中，当所述光伏组件为要求正极对地没有负偏压的光伏组件时，所述二极管阳极接地、阴极接所述光伏组件的正极。
其中，当所述光伏组件为要求负极对地没有正偏压的光伏组件时，所述二极管阴极接地、阳极接所述光伏组件的负极。
其中，当所述光伏组件为要求正极对地没有正偏压的光伏组件时，所述二极管阴极接地、阳极接所述光伏组件的正极。
可选地，还包括：连接于所述光伏组件的电极和所述二极管之间的电阻。
可选地，当所述光伏组件为要求负极对地没有负偏压的光伏组件时，还包括：正极接所述光伏组件的负极、负极接所述二极管的阴极的电压源。
可选地，当所述光伏组件为要求正极对地没有负偏压的光伏组件时，还包括：正极接所述光伏组件的正极、负极接所述二极管的阴极的电压源。
可选地，当所述光伏组件为要求负极对地没有正偏压的光伏组件时，还包括：负极接所述光伏组件的负极、正极接所述二极管的阳极的电压源。
可选地，当所述光伏组件为要求正极对地没有正偏压的光伏组件时，还包括：负极接所述光伏组件的正极、正极接所述二极管的阳极的电压源。
一种抗PID光伏组件，包括光伏组件和一端接地、另一端接所述光伏组件的电极的二极管。
一种抗PID逆变器，包括逆变器和一端接地、另一端接所述逆变器的电极输入端的二极管。
从上述的技术方案可以看出，本发明将光伏发电系统中现有的光伏组件通过二极管接地，由于二极管具有单向导电性，因此不仅可阻断所述光伏发电系统中可能出现的环流，还可将各个所述光伏组件的对地电位钳制至预设值，从而保证了所述光伏发电系统的稳定可靠性和抗PID特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a-1b为现有技术公开的1类光伏组件负极接地的光伏发电系统结构示意图；
图2a-2b为本发明实施例一公开的1类抗PID光伏发电系统结构示意图；
图3a-3b为本发明实施例一公开的带电阻的1类抗PID光伏发电系统结构示意图；
图4a-4b为本发明实施例一公开的带电压源的1类抗PID光伏发电系统结构示意图；
图5a-5b为本发明实施例二公开的2类抗PID光伏发电系统结构示意图；
图6a-6b为本发明实施例二公开的带电阻的2类抗PID光伏发电系统结构示意图；
图7a-7b为本发明实施例二公开的带电压源的2类抗PID光伏发电系统结构示意图；
图8a-8b为本发明实施例三公开的3类抗PID光伏发电系统结构示意图；
图9a-9b为本发明实施例三公开的带电阻的3类抗PID光伏发电系统结构示意图；
图10a-10b为本发明实施例三公开的带电压源3类抗PID光伏发电系统结构示意图；
图11a-11b为本发明实施例四公开的4类抗PID光伏发电系统结构示意图；
图12a-12b为本发明实施例四公开的带电阻的4类抗PID光伏发电系统结构示意图；
图13a-13b为本发明实施例四公开的带电压源的4类抗PID光伏发电系统结构示意图。
具体实施方式
具有不同生产工艺的光伏组件在避免PID效应时所需满足的要求不同：有的光伏组件要求负极对地没有负偏压，有的光伏组件要求正极对地没有负偏压，有的光伏组件要求负极对地没有正偏压，有的光伏组件要求正极对地没有正偏压。为便于描述，记上述4类光伏组件依次为1类光伏组件、2类光伏组件、3类光伏组件和4类光伏组件。
虽然将光伏组件接地可有效避免PID效应，提高光伏发电系统的抗PID特性。但是，该方法仅适用于1台光伏组件通过逆变器独立并网运行的光伏发电系统，而不能适用于多台同类光伏组件通过逆变器共交流侧的光伏发电系统，因而在应用场合上存在很大的局限性。以1类光伏组件为例：
参见图1a，当1台1类光伏组件PV1通过逆变器独立并网运行时，由于将PV1负极接地后可保证其负极对地零偏压，因而满足了PV1的抗PID要求；
但是，当多台1类光伏组件通过逆变器共交流侧时，该方法却存在一定风险；如图1b所示，当1类光伏组件PV1.1和PV1.2的负极均接地时，若PV1.1的输出电压相较于PV1.2较高，则在地极GND1和GND2之间就会形成很大的环流CI，威胁到系统的稳定可靠性。
本发明为克服现有方案的局限性，特别公开了一种抗PID光伏发电系统，它包括：光伏组件、与所述光伏组件相连的逆变器，以及一端接地、另一端接所述光伏组件的电极的二极管。所述抗PID光伏发电系统能够直接利用所述二极管的单向导电性阻断系统中可能出现的环流，从而保证了系统的稳定可靠性；同时还能够直接利用所述二极管的单向导电性将所述光伏组件的对地电位钳制至预设值(忽略管压降)，从而保证了系统的抗PID特性，解决了现有技术存在的问题。
为便于本领域技术人员容易理解并实施本方案，本发明分别针对以1、2、3、4类光伏组件作为发电源的光伏发电系统，对应公开了实施例一、二、三、四所述的1、2、3、4类抗PID光伏发电系统。下面结合本发明各实施例中的附图，对本发明各实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
参见图2a，本实施例一公开的一种1类抗PID光伏发电系统，包括：1类光伏组件PV1、与1类光伏组件PV1相连的逆变器，以及阳极接地、阴极接1类光伏组件PV1的负极的二极管VD。
分析可知，当单个配置有二极管VD的1类光伏组件PV1通过逆变器独立并网运行时，由于VD阳极接地，因此VD会利用单向导电性将PV1的负极钳位至对地零电位，此时PV1因负极对地零偏压而具备了良好的抗PID特性。
当多个配置有二极管VD的1类光伏组件PV1通过逆变器共交流侧时，如图2b所示(以2个分别配置有二极管VD1和二极管VD2的1类光伏组件PV1.1和1类光伏组件PV1.2为例)，当PV1.1的输出电压高于PV1.2时，VD2的单向导电性阻断地极GND1和地极GND2之间形成的环流CI；同时，由于VD1阳极接地且处于导通状态，因此VD1可利用单向导电性将PV1.1的负极钳位至对地零电位，即令PV1.1的负极对地零偏压；由于VD2阳极接地且处于截止状态，因此VD2可利用单向导电性将PV1.2的负极上抬为对地正向电压，即令PV1.2的负极对地正偏压；此时PV1.1和PV1.2因满足负极对地没有负偏压的要求而具备了良好的抗PID特性。
作为优选，参见图3a，为限制1类光伏组件PV1正极对地短路时的短路电流，图2a所示的1类抗PID光伏发电系统还可包括：连接于PV1的负极和VD的阴极之间的电阻R；此时PV1仍保持负极对地零偏压状态。
对应的，参见图3b，图2b所示的1类抗PID光伏发电系统还包括：连接于PV1.1和VD1之间的电阻R1以及连接于PV1.2和VD2之间的电阻R2；此时，PV1.1仍保持负极对地零偏压状态，PV1.2仍保持负极对地正偏压状态。
作为优选，参见图4a，为了对已有电势诱导衰减的1类光伏组件PV1进行放电恢复，图2a所示的1类抗PID光伏发电系统还可包括：正极接PV1的负极、负极接VD的阴极的电压源US；此时，PV1负极对地正偏压。
对应的，参见图4b，图2b所示的1类抗PID光伏发电系统还包括：正极接PV1.1的负极、负极接VD1的阴极的电压源US1，以及正极接PV1.2的负极、负极接VD2的阴极的电压源US2；此时，PV1.1和PV1.2均为负极对地正偏压状态。
由上述描述可以看出，本实施例一将1类光伏组件的负极接二极管的阴极、并将该二极管的阳极接地，当多个配置有该种二极管的1类光伏组件通过逆变器共交流侧时，由于二极管具备单向导电性可断开环流，并将输出电压较高的1类光伏组件的负极钳位至对地零电位、将输出电压较低的1类光伏组件的负极上抬为对地正向电压，因此保证了系统的稳定可靠性和抗PID特性。
实施例二：
参见图5a，本实施例二公开的一种2类抗PID光伏发电系统，包括：2类光伏组件PV2、与2类光伏组件PV2相连的逆变器，以及阳极接地、阴极接2类光伏组件PV2的正极的二极管VD。
当单个配置有二极管VD的2类光伏组件PV2通过逆变器独立并网运行时，VD的存在使得PV2正极对地零偏压。
当多个配置有二极管VD的2类光伏组件PV2通过逆变器共交流侧时，如图5b所示(以2个分别配置有二极管VD1和二极管VD2的2类光伏组件PV2.1和2类光伏组件PV2.2为例)，当PV2.1的输出电压高于PV2.2时，VD1和VD2的存在可切断环流并使得PV2.1的正极对地正偏压、PV2.2的正极对地零偏压。
作为优选，参见图6a，为了限制2类光伏组件PV2负极对地短路时的短路电流，图5a所示的2类抗PID光伏发电系统还包括：连接于PV2的正极和VD的阴极之间的电阻R；此时PV2保持正极对地零偏压状态。对应的，参见图6b，图5b所示的2类抗PID光伏发电系统还包括：连接于PV2.1和VD1之间的电阻R1以及连接于PV2.2和VD2之间的电阻R2；此时，PV2.1保持正极对地正偏压状态，PV2.2保持正极对地零偏压状态。
作为优选，参见图7a，为了对已有电势诱导衰减的2类光伏组件PV2进行放电恢复，图5a所示的2类抗PID光伏发电系统还可包括：正极接PV2的正极、负极接VD的阴极的电压源US；此时，PV2正极对地正偏压。对应的，参见图7b，图5b所示的2类抗PID光伏发电系统还包括：正极接PV2.1的正极、负极接VD1的阴极的电压源US1，以及正极接PV2.2的正极、负极接VD2的阴极的电压源US2；此时，PV2.1和PV2.2仍为正极对地正偏压状态。
由上述描述可以看出，本实施例二将2类光伏组件的正极接二极管的阴极、并将该二极管的阳极接地，当多个配置有该种二极管的2类光伏组件通过逆变器共交流侧时，由于二极管具备单向导电性可断开环流，并将输出电压较低的2类光伏组件的正极钳位至对地零电位、将输出电压较低的2类光伏组件的正极上抬为对地正向电压，因此保证了系统的稳定可靠性和抗PID特性。需要说明的是，本实施例二所述方案与实施例一原理一致，所以描述的比较简单，相关之处互相参见即可。
实施例三：
参见图8a，本实施例三公开的一种3类抗PID光伏发电系统，包括：3类光伏组件PV3、与3类光伏组件PV3相连的逆变器，以及阴极接地、阳极接3类光伏组件PV3的负极的二极管VD。
分析可知，当单个配置有二极管VD的3类光伏组件PV3通过逆变器独立并网运行时，由于VD阴极接地，因此VD会利用单向导电性将PV3的负极钳位至对地零电位，此时PV3因负极对地零偏压而具备了良好的抗PID特性。
当多个配置有二极管VD的3类光伏组件PV3通过逆变器共交流侧时，如图8b所示(以2个分别配置有二极管VD1和二极管VD2的3类光伏组件PV3.1和3类光伏组件PV3.2为例)，当PV3.1的输出电压高于PV3.2时，VD1和VD2的单向导电性使得地极GND1和地极GND2之间无法再形成环流CI；同时，由于VD1阴极接地且处于截止状态，因此VD1可利用单向导电性将PV3.1的负极下拉为对地反向电位，即令PV3.1的负极对地负偏压，由于VD2阴极接地且处于导通状态，因此VD2可利用单向导电性将PV3.2的负极钳位至对地零电位，即令PV3.2的负极对地零偏压；此时PV3.1和PV3.2因满足负极对地没有正偏压的要求而具备了良好的抗PID特性。
作为优选，参见图9a，为了限制3类光伏组件PV3正极对地短路时的短路电流，图8a所示的3类抗PID光伏发电系统还可包括：连接于PV3的负极和二极管VD的阳极之间的电阻R；此时PV3仍保持负极对地零偏压状态。
对应的，参见图9b，图8b所示的3类抗PID光伏发电系统还包括：连接于PV3.1和VD1之间的电阻R1以及连接于PV3.2和VD2之间的电阻R2；此时，PV3.1仍保持负极对地负偏压状态，PV3.2仍保持负极对地零偏压状态。
作为优选，参见图10a，为了对已有电势诱导衰减的3类光伏组件PV3进行放电恢复，图8a所示的3类抗PID光伏发电系统还可包括：负极接PV3的负极、正极接VD的阳极的电压源US；此时，PV3的负极对地负偏压。
对应的，参见图10b，图8b所示的3类抗PID光伏发电系统还包括：负极接PV3.1的负极、正极接二极管VD1的阳极的电压源US1，以及负极接PV3.2的负极、正极接二极管VD2的阳极的电压源US2；此时，PV3.1和PV3.2均为负极对地负偏压状态。
由上述描述可以看出，本实施例三将3类光伏组件的负极接二极管的阳极、并将该二极管的阴极接地，在多台配置有该种二极管的3类光伏组件通过逆变器共交流侧时，由于二极管具备单向导电性可断开环流，并将输出电压较高的3类光伏组件的负极下拉为对地反向电压、将输出电压较低的3类光伏组件的负极钳位至对地零电位，因此保证了系统的稳定可靠性和抗PID特性。
实施例四：
参见图11a，本实施例四公开的一种4类抗PID光伏发电系统，包括：4类光伏组件PV4、与4类光伏组件PV4相连的逆变器，以及阴极接地、阳极接4类光伏组件PV4的正极的二极管VD。
分析可知，当单个配置有二极管VD的4类光伏组件PV4通过逆变器独立并网运行时，VD的存在使得PV4正极对地零偏压。
当多个配置有二极管VD的4类光伏组件PV4通过逆变器共交流侧时，如图11b所示(以2个分别配置有二极管VD1和二极管VD2的4类光伏组件PV4.1和4类光伏组件PV4.2为例)，当PV4.1的输出电压高于PV4.2时，VD1和VD2的存在可阻断环流并将PV4.1的正极钳位至对地零电位、将PV4.2的正极下拉为对地反向电位。
作为优选，参见图12a，为了限制光伏组件PV4负极对地短路时的短路电流，图11a所示的4类抗PID光伏发电系统还可包括：连接于PV4的正极和二极管VD的阳极之间的电阻R；此时PV4仍保持正极对地零偏压状态。对应的，参见图12b，图11b所示的4类抗PID光伏发电系统还包括：连接于PV4.1和VD1之间的电阻R1以及连接于PV4.2和VD2之间的电阻R2；此时，PV4.1仍保持正极对地零偏压状态，PV4.2仍保持正极对地负偏压状态。
作为优选，参见图13a，为了对已有电势诱导衰减的光伏组件PV4进行放电恢复，图11a所示的4类抗PID光伏发电系统还可包括：负极接PV4的正极、正极接VD的阳极的电压源US；此时，PV4的负极对地负偏压。对应的，参见图13b，图11b所示的4类抗PID光伏发电系统还包括：负极接PV4.1的正极、正极接二极管VD1的阳极的电压源US1，以及负极接PV4.2的正极、正极接二极管VD2的阳极的电压源US2；此时，PV4.1和PV4.2均为正极对地负偏压状态。
由上述描述可以看出，本实施例四将4类光伏组件的正极接二极管的阳极、并将该二极管的阴极接地，在多个配置有该种二极管的4类光伏组件通过逆变器共交流侧时，由于二极管具备单向导电性可断开环流，并将输出电压较低的4类光伏组件的正极下拉为对地反向电压、将输出电压较高的4类光伏组件的正极钳位至对地零电位，因此保证了系统的稳定可靠性和抗PID特性。需要说明的是，本实施例四所述方案与实施例三原理一致，所以描述的比较简单，相关之处互相参见即可。
此外，本发明还公开了一种抗PID光伏组件，包括光伏组件和一端接地、另一端接所述光伏组件的电极的二极管；以及一种抗PID逆变器，包括逆变器和一端接地、另一端接所述逆变器的电源输入端的二极管。应用有所述抗PID光伏组件或所述抗PID逆变器的光伏发电系统具有良好的稳定可靠性和抗PID特性，其工作原理与本发明公开的抗PID光伏发电系统一致，此处不再一一赘述。
综上所述，本发明将现有的光伏组件通过二极管接地，利用二极管的单向导电性阻断了光伏发电系统中可能出现的环流，保证了系统的稳定可靠性；同时还利用二极管的单向导电性将光伏组件的对地电位钳制至预设值，保证了系统的抗PID特性。此外基于上述方案，本发明还可在光伏组件和二极管之间增设一些辅助电子器件以达到额外的有益效果，如用于限制光伏组件对地短路时的短路电流的电阻、用于对已有电势诱导衰减的光伏组件进行放电恢复的电压源、用于防止光伏组件对地短路的直流熔丝、或者用于检测光伏组件对地漏电流的电流传感器等等，并不局限。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种抗潜在电势诱导衰减PID光伏发电系统，包括光伏组件和与所述光伏组件相连的逆变器，其特征在于，还包括：一端接地、另一端接所述光伏组件的电极的二极管。
2.根据权利要求1所述的抗PID光伏发电系统，其特征在于，当所述光伏组件为要求负极对地没有负偏压的光伏组件时，所述二极管阳极接地、阴极接所述光伏组件的负极。
3.根据权利要求1所述的抗PID光伏发电系统，其特征在于，当所述光伏组件为要求正极对地没有负偏压的光伏组件时，所述二极管阳极接地、阴极接所述光伏组件的正极。
4.根据权利要求1所述的抗PID光伏发电系统，其特征在于，当所述光伏组件为要求负极对地没有正偏压的光伏组件时，所述二极管阴极接地、阳极接所述光伏组件的负极。
5.根据权利要求1所述的抗PID光伏发电系统，其特征在于，当所述光伏组件为要求正极对地没有正偏压的光伏组件时，所述二极管阴极接地、阳极接所述光伏组件的正极。
6.根据权利要求1所述的抗PID光伏发电系统，其特征在于，还包括：连接于所述光伏组件的电极和所述二极管之间的电阻。
7.根据权利要求1所述的抗PID光伏发电系统，其特征在于，当所述光伏组件为要求负极对地没有负偏压的光伏组件时，还包括：正极接所述光伏组件的负极、负极接所述二极管的阴极的电压源。
8.根据权利要求1所述的抗PID光伏发电系统，其特征在于，当所述光伏组件为要求正极对地没有负偏压的光伏组件时，还包括：正极接所述光伏组件的正极、负极接所述二极管的阴极的电压源。
9.根据权利要求1所述的抗PID光伏发电系统，其特征在于，当所述光伏组件为要求负极对地没有正偏压的光伏组件时，还包括：负极接所述光伏组件的负极、正极接所述二极管的阳极的电压源。
10.根据权利要求1所述的抗PID光伏发电系统，其特征在于，当所述光伏组件为要求正极对地没有正偏压的光伏组件时，还包括：负极接所述光伏组件的正极、正极接所述二极管的阳极的电压源。
11.一种抗PID光伏组件，包括光伏组件，其特征在于，还包括：一端接地、另一端接所述光伏组件的电极的二极管。
12.一种抗PID逆变器，包括逆变器，其特征在于，还包括：一端接地、另一端接所述逆变器的电源输入端的二极管。
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