CN105932955A - 抑制电势诱导衰减的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及抑制PID的装置，包括将一级或串接的多级光伏组件的直流电转换成交流电的逆变器，其该逆变器包括储能电容及第一和第二断路模块，第一断路模块连接在逆变器的第一输入节点和储能电容的第一端之间，第二断路模块连接在逆变器的第二输入节点和储能电容的第二端之间；逆变器将第一和第二输入节点接收的直流电转换成交流电予以输出。逆变器还包括连接在储能电容的第一端和接地端之间的第一偏置支路，和/或连接在储能电容的第二端和接地端之间的第二偏置支路。
Description
技术领域
本发明主要涉及光伏发电的电力装置，确切地说，是采用将串接的光伏电池组件的电位整体举高或者整体拉低的方案，使得光伏电池片表面聚集的大量电荷释放，以确保整个太阳能发电系统输出功率的稳定。
背景技术
随着能源的短缺和科学技术的发展，新能源得到了越来越广泛的应用，由于光伏发电安全可靠、运行费用少、维护简单、随处可用等特点，使得光伏发电在世界范围内得到了快速的发展，尤其在解决偏远地区的用电问题上发挥着不可或缺的作用。随着新能源的不断发展，晶硅材质的太阳能电池组件的应用也越来越广泛，但是太阳能电池组件长期在高电电压作用下，会出现PID(Potential Induced Degradation)的潜在风险：组装电池的玻璃和电池封装材料之间存在漏电流，大量的电荷聚集在电池片表面，使得电池片表面的钝化效果恶化，使组件性能低于设计标准，无论组件采用何种技术的P型晶硅太阳能电池片，电池组件在负偏压下都有PID的潜在风险。电势诱导衰减PID效应可能是组件严重退化的主要原因，由此引起的电池组件功率衰减有时甚至超过50％，然而仅仅从电池组件的外观上却看不到任何缺陷。
在光伏发电发展的几十年里，越来越多的投入运行的光伏电厂在运营三四年后发生效率的突然衰减，造成了重大的损失。目前已经有很多日本用户明确要求把电势诱导衰减列入随机抽检项目，不少欧洲的用户也提出同样的要求。电势诱导衰减的形成原因分为外部因素和内部因素两大部分，其一、外部可能的原因是：容易在潮湿的环境下发生，并且活跃程度与潮湿程度相关，同时组件表面被导电性、酸性、碱性以及带有离子的物体的污染程度，也与上述衰减现象的发生有关。到目前为止，形成机理还不是太明确，推测来自于钠钙玻璃的金属离子是形成上述具有PID效应的漏电流的主要载流介质。其二、内部可能的原因是：第一点、体现在整个光伏系统方面：逆变器的实际接地方式和光伏组件在阵列中的位置，决定了电池片和组件受到正偏压或者负偏压。光伏电站实际运行情况和研究结果表明：如果整列中间某一块光伏组件和逆变器负极输出端之间的所有组件在处于负偏压的情况下，则越靠近输出端组件的PID现象越明显。而在中间一块组件和逆变器正极输出端中间的所有组件处于正偏压下，PID现象不明显。第二点、组件方面：光伏电池所处的外部环境条件，如湿度等的影响导致了漏电流的产生。第三点、电池方面：晶硅电池片由于参杂不均匀导致电池内部的方块电阻不均匀，优化电池效率而采用的增加方块电阻会使电池片更容易衰减，也导致容易发生PID效应。
因此本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种兼具抗电势诱导衰减的电力电子装置或类似的光伏汇流装置，不仅能够实现组件串汇流的功能而且能够有效抑制PID反应引起发电量低的现象，延长电池的寿命和提高光伏发电系统的效率。
发明内容
在本发明提供的一种抑制电势诱导衰减的装置中，包括将一级或多级光伏组件的直流电转换成交流电的逆变器，该逆变器包括储能电容及第一和第二断路模块，其中：所述第一断路模块连接在所述逆变器的第一输入节点和储能电容的第一端之间，所述第二断路模块连接在所述逆变器的第二输入节点和储能电容的第二端之间；所述逆变器将第一和第二输入节点接收的直流电转换成交流电予以输出，由于多级光伏组件串联连接(一般常规的串联方式就是后一个组件的正极连接到前一个组件的负极)，所以首个第一级光伏组件的正极端耦合到逆变器的第一输入端，末尾的最后一级光伏组件的负极端耦合到逆变器的第二输入端，如果只有一级光伏组件则它的正极端和负极端对应分别耦合到逆变器的第一和第二输入端；此外所述逆变器还包括：连接在储能电容的第一端和接地端之间的第一偏置支路，和/或连接在储能电容的第二端和接地端之间的第二偏置支路，这里第一偏置支路和第二偏置支路各自均有连通或者关断的状态，如果第一偏置支路被连通则可将储能电容的第一端的电势限制到接地电位GND，同样如果第二偏置支路连通则可将储能电容的第二端的电势限定到接地电位GND。
上述的抑制电势诱导衰减的装置，该第一偏置支路包括串接在储能电容的第一端和接地端间的第一开关和电阻，和/或该第二偏置支路包括串接在储能电容的第二端和接地端间的第二开关和电阻。
上述的抑制电势诱导衰减的装置，如果该光伏组件采用第一导电类型的光伏电池片例如采用P型的电池片，此时串联的光伏组件中最后一级光伏组件的负极端(整个光伏电池串的等效负极端)相对于地GND的电位可能会低于零伏特，也即光伏组件中位置比较接近储能电容的第二端的那一部分光伏组件可能处于负偏压状态。为了抗PID，则在光伏组件未发生光电效应的非采光阶段，例如晚上或阴雨天气等阳光不佳的时段，本申请主张要求所述逆变器进入第一工作模式，体现在：第一断路模块和第二偏置支路处于接通状态，而第二断路模块和第一偏置支路处于断开状态。由于逆变器在进入第一工作模式之前，储能电容上就已经预留有电压，这个位于逆变器直流侧的电压可以由逆变器从它的交流侧将交流电转换成直流电来予以形成。并且该储能电容的第一端电位(AINV端电势)高于第二端电位(CINV端电势)，同时还考虑到第二偏置支路的接通(电容第二端电位跳变到接近零电位)会使得储能电容上第一端预留的电位相对地电位是正向压降，此时相当于通过导通的第一断路模块将该正向压降加载到整个光伏组件串上，从而将所有光伏组件都偏置到不低于地电位，以至于串接的多级光伏组件中最后一级光伏组件的负极端(也即整个光伏电池串的等效负极端)相对于地的电位都可以是大于或者几乎等于零伏，从而对已经发生了PID衰减的电池片进行反极化处理，使衰减的电池性能能够得到可逆的恢复。
上述的抑制电势诱导衰减的装置，如果该光伏组件采用第二导电类型的光伏电池片例如采用N型的电池片，此时串联的光伏组件中首个第一级光伏组件的正极端(整个光伏电池串的等效正极端)相对于地GND的电位可能会高于零伏特，也即光伏组件中位置比较接近储能电容的第一端的那一部分光伏组件可能处于正偏压状态。为了抗PID，则在光伏组件未发生光电效应的非采光阶段，例如晚上或阴雨天气等阳光不佳的时段，本申请主张让所述逆变器进入第二工作模式，体现在：第二断路模块和第一偏置支路处于接通状态，而第一断路模块和第二偏置支路处于断开状态。由于逆变器在进入第二工作模式之前，储能电容上就已经预留有电压，这个位于逆变器直流侧的电压可以由逆变器从它的交流侧将交流电转换成直流电来予以形成。并且该储能电容的第一端电位(AINV端电势)高于第二端电位(CINV端电势)，同时还考虑到第一偏置支路的导通(电容第一端电位会跳变到接近零电位)会使得储能电容上第二端的电位相对地电位是负向压降，此时相当于通过导通的第二断路模块将该负向压降加载到整个光伏组件串上，从而将所有光伏组件都偏置到不高于地电位，以至于串接的多级光伏组件中首个第一级光伏组件的正极端(整个光伏电池串的等效正极端)相对地的电位都可以是小于或者几乎等于零伏，从而对已经发生了PID衰减的电池片进行反极化处理，使衰减的电池性能能够得到可逆的恢复。
上述的抑制电势诱导衰减的装置，所述逆变器还包括一个中间级电路，其具有的第三开关和电阻串联连接在所述逆变器的第一和第二输入节点之间，当所述逆变器处于第一工作模式时第三开关处于接通或关断状态。该中间级电路其实也是一个通信电路，在该中间级电路发送通信信息的阶段：所述控制器控制第三开关在关断和接通间高频切换产生流经所述中间级电路的载波/谐波电流，注入到与所述逆变器的第一输入节点和/或第二输入节点相连的传输线路上以用来产生通信载波，实现所述逆变器向外发送通信信息。
在另一个实施例中，本发明提供了一种利用如权利要求1所述的抑制电势诱导衰减的装置抗PID的方法，所述逆变器还包括一个控制器；当所述光伏组件采用第一导电类型的光伏电池片时，在光伏组件未发生光电效应的非采光阶段，所述逆变器进入第一工作模式：所述控制器控制第一断路模块和第二偏置支路切换到接通状态而控制第二断路模块和第一偏置支路切换到断开状态，由储能电容上第一端电位高于第二端电位的正向压降，将所有光伏组件偏置到高于地电位。
或者当所述光伏组件采用第二导电类型的光伏电池片时，在光伏组件未发生光电效应的非采光阶段，所述逆变器进入第二工作模式：所述控制器控制第二断路模块和第一偏置支路切换到接通状态而控制第一断路模块和第二偏置支路切换到断开状态，由储能电容上第二端电位低于第一端电位的负向压降，将所有光伏组件偏置到低于地电位。
上述的方法，该逆变器还包括一个中间级电路，其具有的第三开关和电阻串联连接在该逆变器的第一和第二输入节点之间：在该逆变器进入第一或第二工作模式时，该控制器还控制该第三开关切换至接通状态。
上述的方法，所述第一导电类型是P型而所述第二导电类型是N型。
上述的方法，在该逆变器进入第一或第二工作模式之前，先利用该逆变器从交流电网侧撷取电能为该储能电容充电后再将该逆变器从交流电网上断开，从而在该逆变器进入了第一或第二工作模式阶段可以将该储能电容与交流电网实现电气隔离。
附图说明
阅读以下详细说明并参照以下附图之后，本发明的特征和优势将显而易见：
图1A是含多个光伏电池串的光伏组件。
图1B是带有电池片和边框的光伏组件。
图2是逆变器进行电压直流转换交流的示意性拓扑。
图3是逆变器带有第一和第二偏置电路的示意性拓扑。
图4是逆变器带有第一和第二偏置电路的示意性拓扑。
具体实施方式
参见图1A，以光伏组件上布置的电池串CELL-ST1～CELL-ST3为例来阐释本发明的发明精神，注意这里光伏板上电池串的具体数量仅仅是便于我们叙述，而不代表本发明仅仅受限于所列的具体数量。电池串CELL-ST1具有多个相互串接的光伏电池10，串接方式一般是后一个光伏电池10的阳极连接到其相邻的前一个光伏电池10的阴极，设定电池串中首个光伏电池10的阳极作为整个电池串CELL-ST1的等效阳极A1，和设定电池串中最末尾的一个光伏电池10的阴极作为整个电池串CELL-ST1的等效阴极C1。按相同的道理，电池串CELL-ST2具有等效阳极A2和等效阴极C2，电池串CELL-ST3具有等效阳极A3和等效阴极C3。在常规使用中，需要将电池串CELL-ST1的等效阴极C1与电池串CELL-ST2的等效阳极A2相连，和将电池串CELL-ST2的等效阴极C2与电池串CELL-ST3的等效阳极A3相连。从整体上审视光伏组件，它的一个用于与外部电路相连的正极端AEQ和等效阳极A1相连，它的一个用于与外部电路相连的负极端CEQ和等效阴极C3相连，在正极端AEQ和负极端CEQ间的压降为储能元件充电。
参见图1A，为了避免任意一个电池串内部的电池板发生损坏或其他异常情形而导致整个光伏组件无法正常工作，还会在电池串CELL-ST1的等效阳极A1和等效阴极C1之间连接一个二极管D1，二极管D1的阳极连接在等效阴极C1而阴极则连接到等效阳极A1使二极管D1反偏。类似的还有一个二极管D2的阳极连接在等效阴极C2而阴极则连接到等效阳极A2，以及一个二极管D3的阳极连接在等效阴极C3而阴极则连接到等效阳极A3。在电池串CELL-ST1至CELL-ST3工作正常时，二极管D1～D3被反偏，但是当其中一个电池串中的某些光伏电池10被物理创伤损坏或被遮光时，该电池串会发生所谓的热斑效应，受影响的电池片可能被置于反偏状态和消耗功率并引起过热。但是如果我们采用了二极管D1～D3，对被遮挡的电池串而言绝大部分电流将会流经和电池串并联的二极管，可以显著的降低热斑电池串的温度而防止整个光伏组件的损坏报废。
参见图1B，图1A所言的光伏组件20在封装的层压过程中有多种形式，例如从外到内依次为玻璃、EVA(乙烯—醋酸乙烯共聚物)、电池片10、EVA、背板，光伏组件中所存在的PID效应(Potential Induced Degradation)通常被称为电势诱导衰减，PID直接危害就是产生大量电荷聚集在电池片的表面，使电池片的表面钝化，从而导致电池片的填充因子、开路电压或短路电流等降低，导致电池组件功率持续衰减。近年来光伏行业对电池组件的PID效应引起了足够的重视，当前光伏行业比较认可的认可的一种PID效应的成因之一是：随着光伏系统的大规模应用，整个系统的电压越来愈高，电池组件往往在二十多块以上的数量串联才能达到逆变器的最大功率点追踪MPPT的工作电压。由于光伏业界基于防雷工程的需要，一般组件的铝合金边框12(图1B)都要求接地GND，这样在电池片10和铝合金边框12之间就形成了接近上千伏的直流高压。这这么高的电压差之下，串接的光伏组件中正向偏压，会导致带正电的载流子穿透玻璃，通过接地的金属边框流向地面，光伏组件表面就会累积负电荷。如果通过电池片的电压为负，金属边框是正偏压，则阳极离子流入电池片，造成p-n结衰减(正负离子复合)；如果通过电池片的电压为正，金属边框负偏压，则阳极离子流出电池片，聚集在p-n结附近，降低活性。当前的抗PID的主流方案是将电池片10尽量往组件的中心位置布局，拉开电池片10和金属边框的距离，而本发明下文的内容即将介绍能够有效抑制PID效应的更佳方案。
参见图2，为了叙述的方便，暂时先以带有电池串CELL-ST1～CELL-ST3的一个单独的光伏组件PV-Arr1作为范例来阐释它和逆变器之间的工作机制。光伏组件PV-Arr1的第一个电池串CELL-ST1的阳极A1作为整个光伏组件的正极端AEQ，最末位的第三个电池串CELL-ST3的阴极C3作为光伏组件的负极端CEQ。而且正极端AEQ和负极端CEQ之间由于光伏效应产生的电压降作为直流电源传输给逆变器，它的正极端AEQ通过传输线路LINA耦合到逆变器的第一输入节点NIN1，它的负极端CEQ通过传输线路LINB耦合到逆变器的第二输入节点NIN2。在光伏逆变领域，光伏组件产生的直流电压源需要被转换成交流电才能实现并网，光伏逆变器的作用就是将太阳能电池提供的直流电能转变成交流电能，以满足交流负载或设备供电及并网的需求，逆变器通常有单相或三相甚至多相等逆变方式。为了简单的解释逆变器的作用，在图2中示范性的展示了一个三相全桥主功率转换电路170(也可以是单相或两相及多相)，三相全桥主功率转换电路170前一级使用的EMC滤波器和后一级使用的三相LC滤波器等都被省略了，转换电路170可以将逆变器中直流侧电容CDC上存储的直流电转换成交流电，转换电路170中各个构成逆变桥的开关管的接通或关断主要由逆变器的一个控制器140发送的脉冲宽度调制信号PWM进行驱动和控制。由于逆变器(Inverter)的转换电路170的作用就是将直流侧电容CDC上的直流电逆变转换成交流电，而且它的可替代类型及功能在现有技术中对本领域的技术人员来说已经较为熟知，因此不予详细赘述。
参见图3，在实际应用当中，并不止一个光伏组件为逆变器提供直流电压而是由多级串联的光伏组件PV-Arr1至PV-ArrM(自然数M大于1)串接起来，它们再共同为逆变器提供直流电压。当多级光伏组件(PV-Arr1、PV-Arr2……PV-ArrM)依次相连串接在一起时，设置多级光伏组件中任意后一级光伏组件(例如PV-Arr2)的正极端AEQ和与之相邻的前一级光伏组件(例如PV-Arr1)的负极端CEQ相连，按照这种规则，将所有的光伏组件(PV-Arr1、PV-Arr2……PV-ArrM)都串接起来，从而我们可以在多级光伏组件的首个第一级光伏组件PV-Arr1的正极端AEQ和最后一级光伏组件PV-ArrM的负极端CEQ之间形成总的输出电压，作为直流电源传输给逆变器，逆变器再将第一输入节点NIN1和第二输入节点NIN2接收的直流电逆变转换成交流电予以输出。图3中展示了第一级光伏组件PV-Arr1的正极端AEQ由传输线LINA耦合到逆变器的第一输入节点NIN1，末尾的最后一级功率优化器OPTM的负极端CEQ由传输线LINB耦合到逆变器的第二输入节点NIN2。最终在直流侧的储能电容CDC的第一端和相对第二端之间存储了期望的直流电源，对于逆变器本身而言，与储能电容CDC的第一端相连的直流电输出端子AINV和与电容CDC的第二端相连的直流电输出端子CINV向图2中的转换电路170(或相等同的其他可替代逆变桥电路)提供直流电压，转换电路170再将直流电压逆变转换成交流电并网。
参见图3，抑制电势诱导衰减的装置，它至少是包括将一级或串接的多级光伏组件的直流电转换成交流电的逆变器，该逆变器包括储能电容CDC及第一断路模块180A和第二断路模块180B，这里图中的逆变器略去了本领域技术人员熟知的类似上文所介绍的转换电路170等拓扑部分。还在第一输入节点NIN1和逆变器的电容CDC的第一端之间连接有第一断路模块180A，以及在第二输入节点NIN2和逆变器的电容CDC的相对另一个第二端之间连接有第二断路模块180B。其中，第一断路模块180A包括有开关SD1和开关SD2及电阻RD1，设开关SD2及电阻RD1两者先串联后它们再和另一个开关SD1并联，相当于开关SD1直接连在第一输入节点NIN1和电容CDC的第一端之间，而串接的开关SD2及电阻RD1也连在第一输入节点NIN1和电容CDC的第一端之间。按照相同的原理，第二断路模块180B包括有开关SD3和开关SD4及电阻RD2，设开关SD4及电阻RD2两者先串联后它们再和另一个开关SD3并联，相当于开关SD3直接连在第二输入节点NIN2和电容CDC的第二端之间，而串接的开关SD4及电阻RD2也连在第二输入节点NIN2和电容CDC的第二端之间。第一断路模块180A和第二断路模块180B各自的各个开关的接通或关断都由逆变器的一个第二控制器140驱动。
参见图3，作为可选而非必须项，抑制电势诱导衰减的装置还可以包含一个中间级电路，中间级电路有的第三开关SINS和电阻RINS串联连接在逆变器的第一输入节点NIN1和第二输入节点NIN2之间，并且它们两者的位置可以对调，中间级电路中的第三开关SINS的接通或关断也由逆变器的第二控制器140驱动，中间级电路在本发明中的多种用途在本申请后文中将会一一叙述。
参见图3，逆变器还包括连接在储能电容CDC的第一端和接地端GND之间的第一偏置支路，和/或连接在储能电容CDC的第二端和接地端GND之间的第二偏置支路。第一偏置支路和/或第二偏置支路的接通或关断也由逆变器的第二控制器140驱动。其中第一偏置支路包括串接在储能电容CDC的第一端(与端子AINV相连的一端)和接地端GND之间的第一开关SBY1和电阻RBY1，第一开关SBY1和电阻RBY1的位置可以对调。第二偏置支路包括串接在储能电容CDC的第二端(与端子CINV相连的一端)和接地端GND之间的第二开关SBY2和电阻RBY2，第二开关SBY2和电阻RBY2的位置可以对调。这里偏置电路当中的第一开关SBY1和第二开关SBY2的接通或关断也由第二控制器140驱动。
参见图3，整个光伏组件串在光照辐射强的时段(例如白天)会正常的运作来产生直流电源，在本申请所主张的消弭PID的方案中，在光伏组件串未发生光电效应的非采光阶段(例如晚上或者阴雨天气等，但一定要避开阳光充裕的白天)：如果光伏组件采用P型的电池片，则与逆变器的第一输入端NIN1相连的一个光伏组件(例如首位的第一级光伏组件PV-Arr1)的正极端AEQ通常具有大于零的正电位，这个电压对地GND的电位往往是正的几百伏以上。我们需要让逆变器进入预定的第一工作模式，体现在：其第二偏置支路和第一断路模块180A接通，也即第二开关SBY2和第一断路模块180A由控制器140驱动而处于接通状态，但是第二断路模块180B和第一偏置支路(第一开关SBY1)应当处于断开状态，其目的在于，用于将与逆变器的第一输入节点NIN1相连的一个光伏组件(例如首个第一级光伏组件PV-Arr1)的正极端AEQ(该正极端相当于PV-Arr1……PV-ArrM串接起来构成的整个电池组的正极)耦合到储能电容CDC的第一端预留的正电压上。当逆变器进入第一工作模式的阶段，作为可选项，还可以利用控制器140输出的控制信号来接通或关断第三开关SINS。第二偏置支路的接通和第一偏置支路的关断让电容CDC的第二端电位跳变到接近零电位GND，进一步使电容CDC第一端预留的电位相对地电位是预期的正向压降，相当于通过导通的第一断路模块180A将该正向压降加载到整个光伏组件串上，从而将所有的光伏组件都偏置到不低于地GND的电位(在现有技术中存在至少一部分光伏组件会低于地GND电位的情况)，以至于串接的多级光伏组件中PV-Arr1……PV-ArrM最后一级光伏组件PV-ArrM的负极端(也即整个光伏组件电池串的等效负极端)相对于地的电位都可以是大于或者几乎等于零伏。
实际上，图3所示的逆变器还可以利用中间级电路与外部进行通讯。控制器140发送的驱动信号快速从第一逻辑状态(例如低电平)跳转成第二逻辑状态(例如高电平)然后又回到第一逻辑状态，从而在高电平驱动下会接通的开关SINS被接通又关断，开关SINS的该关-开-关过程可以重复多次。或者第一控制器140发送的驱动信号快速从第一逻辑状态(例如高电平)跳转成第二逻辑状态(例如低电平)然后又回到第一逻辑状态，从而在低电平驱动下会接通的开关SINS被接通又关断。可认为在控制开关SINS的驱动信号具有近乎瞬态跳转的上升沿或下降沿时刻，会接通开关SINS而产生流经中间级电路的谐波或称载波电流，载波将会注入到连接在逆变器的第一输入节点NIN1的传输线路LINA和/或连接在第二输入节点NIN2上的传输线路LINB，需要与逆变器进行通讯的电子设备可以利用各种载波检测模块(例如空心线圈传感器或高频互感器、带通滤波器、解编码器、分流器)从流经传输线路LINA或LINB上的电流信息中侦测和提取中间级电路发送的载波信号，并进行解调。这种携带了通信指令的载波信息可以按照当前指定的各种通信协议被转换成二进制码元进行信息的交互，以实现逆变器向外发送通信信息，例如逆变器的当前正在处理的电容电压信息或者类似的数据都可以利用中间级电路发送。
参见图3，在本申请所主张的消弭PID的方案中，在光伏组件未发生光电效应的非采光阶段(例如晚上或者阴雨天气等，但是一定要避开阳光充裕的白天)：如果光伏组件采用N型的电池片，则与逆变器的第二输入端NIN2相连的一个光伏组件(例如末尾的最后一级光伏组件PV-ArrM)的负极端CEQ通常具有低于零的负电位，这个电压对地GND的电位是负的几百伏以下，我们需要让逆变器进入预定的第二工作模式，体现在：其第一偏置支路和第二断路模块180B接通，也即第一开关SBY1和第二断路模块180B由控制器140驱动而处于接通状态，但是第一断路模块180A和第二偏置支路(第二开关SBY2)应当处于断开状态，其目的在于，用于将与逆变器的第二输入节点NIN2相连的一个光伏组件(例如末尾的最后一级光伏组件PV-ArrM)的负极端CEQ(该负极端相当于PV-Arr1……PV-ArrM串接起来构成的整个电池组的负极)耦合到储能电容CDC的第二端被钳制的负电压上。当逆变器进入第二工作模式的阶段，作为可选项，还可以利用控制器140输出的控制信号来接通或关断第三开关SINS。第一偏置支路的导通和第二偏置电路的关断，让电容CDC的第一端电位会跳变到接近零电位，但是之前电容CDC的第一端电位原本高于第二端的电位，它上面的压降不会突变，导致电容CDC上第二端的电位相对地电位是负向压降，此时相当于通过导通的第二断路模块180B将该负向压降加载到整个光伏组件串上，从而将所有光伏组件都偏置到不高于地GND的电位，以至于串接的多级光伏组件中PV-Arr1……PV-ArrM首个第一级光伏组件PV-Arr1的正极端(也即整个光伏组件电池串的等效正极端)相对地的电位都可以是小于或者几乎等于零伏，从而实现对已经发生PID衰减的电池片进行反极化处理，使电池性能恢复。
参见图4，以直流转交流的三相逆变器作为范例，转换电路170的三相输出支路上分别带有电感LCA、LCB、LCC，而且该等三相输出支路中任意的两者之间还连接有一个滤波电容，通常在实际情况中逆变器的该三相输出支路到交流电网之间还耦合有例如三相变压器或者EMI等电路，但是在本申请内容中为了简洁起见将它们省略掉了。在逆变器进入上文介绍的第一工作模式或者第二工作模式之前，先利用转换电路170从逆变器交流侧的交流电网上撷取电能而反向为储能电容CDC进行充电(交流AC转直流DC)，让储能电容CDC储存一个预留的电压，之后断开逆变器和交流电网之间的耦合关系。例如图4中显示了转换电路170的三相输出支路上分别设置有断路器190A、190B、190C，在逆变器处于将直流转为交流的正常工作状态阶段这些断路器190A～190C是接通的，此时逆变器和交流电网之间具有常规的连接关系而可以向电网并网送电，但是一旦试图让逆变器进入第一或第二工作模式，在满足从交流侧为储能电容CDC充电后，断路器190A～190C均切换成关断状态，所以逆变器和交流电网之间的正常耦合关系也随之被断开，强制让逆变器及其储能电容CDC与交流电网之间予以断开以实现电气隔离。所以在逆变器处于第一第二工作模式或第二工作模式下，逆变器及其储能电容CDC自身的对地参考电位与交流侧的电网或变压器变得无关。另外，逆变器从交流侧为储能电容CDC进行充电提供一个预留电压，其作用在于：当第一工作模式下让第二偏置支路的接通和第一偏置支路的关断时，导致电容CDC的第二端电位跳变到接近地电位GND，还进一步使电容CDC第一端预留的电压相对地电位是预期的正向压降，用来抬高整个光伏组件串的电势；或者：当第二工作模式下让第一偏置支路的导通和第二偏置电路的关断时，导致储能电容CDC的第一端电位跳变到接近零电位，可以使储能电容CDC第二端的电位相对地电位GND变成负向压降，用来拉低整个光伏组件串的电势。
因此本发明在光伏组件未发生光电效应的非采光阶段，利用具抗电势诱导衰减的电力电子装置将多个串接的电池组件在第一模式下整体举高到正的高电位，或者将多个串接的电池组件在第二模式下整体拉低到负的低电位，能够有效抑制PID，延长光伏电池的寿命和提高光伏发电系统的效率，同时光伏封装中金边框12按照规则仍然接地GND。
以上，通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，上述发明提出了现有的较佳实施例，但这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。
Claims (10)
1.一种抑制电势诱导衰减的装置，包括将一级或多级光伏组件的直流电转换成交流电的逆变器，其特征在于，该逆变器包括储能电容及第一和第二断路模块，其中：
所述第一断路模块连接在所述逆变器的第一输入节点和储能电容的第一端之间，所述第二断路模块连接在所述逆变器的第二输入节点和储能电容的第二端之间；
所述逆变器的第一和第二输入节点用于接收一级或多级光伏组件提供的直流电；
所述逆变器还包括：连接在储能电容的第一端和接地端之间的第一偏置支路，和/或连接在储能电容的第二端和接地端之间的第二偏置支路。
2.根据权利要求1所述的抑制电势诱导衰减的装置，其特征在于，该第一偏置支路包括串接在储能电容的第一端和接地端间的第一开关和电阻，和/或该第二偏置支路包括串接在储能电容的第二端和接地端间的第二开关和电阻。
3.根据权利要求1所述的抑制电势诱导衰减的装置，其特征在于，所述光伏组件采用第一导电类型的光伏电池片，在光伏组件未发生光电效应的非采光阶段，所述逆变器具有第一工作模式：
第一断路模块和第二偏置支路处于接通状态而第二断路模块和第一偏置支路处于断开状态，由储能电容上第一端电位高于第二端电位的正向压降，将所有光伏组件都偏置到不低于地电位。
4.根据权利要求2所述的抑制电势诱导衰减的装置，其特征在于，所述光伏组件采用第二导电类型的光伏电池片，在光伏组件未发生光电效应的非采光阶段，所述逆变器具有第二工作模式：
第二断路模块和第一偏置支路处于接通状态而第一断路模块和第二偏置支路处于断开状态，由储能电容上第二端电位低于第一端电位的负向压降，将所有光伏组件都偏置到不高于地电位。
5.根据权利要求3所述的抑制电势诱导衰减的装置，其特征在于，所述逆变器还包括一个中间级电路，其具有的第三开关和电阻串联连接在所述逆变器的第一和第二输入节点之间，当所述逆变器处于第一工作模式时第三开关处于接通或关断状态。
6.根据权利要求4所述的抑制电势诱导衰减的装置，其特征在于，所述逆变器还包括一个中间级电路，其具有的第三开关和电阻串联连接在所述逆变器的第一和第二输入节点之间，当所述逆变器处于第二工作模式时第三开关处于接通或关断状态。
7.一种利用如权利要求1所述的抑制电势诱导衰减的装置抗PID的方法，其特征在于，所述逆变器还包括一个控制器；
当所述光伏组件采用第一导电类型的光伏电池片时，在光伏组件未发生光电效应的非采光阶段，所述逆变器进入第一工作模式：
所述控制器控制第一断路模块和第二偏置支路切换到接通状态而控制第二断路模块和第一偏置支路切换到断开状态，由储能电容上第一端电位高于第二端电位的正向压降，将所有光伏组件都偏置到不低于地电位；或者
当所述光伏组件采用第二导电类型的光伏电池片时，在光伏组件未发生光电效应的非采光阶段，所述逆变器进入第二工作模式：
所述控制器控制第二断路模块和第一偏置支路切换到接通状态而控制第一断路模块和第二偏置支路切换到断开状态，由储能电容上第二端电位低于第一端电位的负向压降，将所有光伏组件都偏置到不高于地电位。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该逆变器还包括一个中间级电路，其具有的第三开关和电阻串联连接在该逆变器的第一和第二输入节点之间：在该逆变器进入第一或第二工作模式时，该控制器还控制该第三开关切换至接通状态。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一导电类型是P型而所述第二导电类型是N型。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在该逆变器进入第一或第二工作模式之前，先利用该逆变器从交流电网侧为该储能电容充电后再将该逆变器从交流电网上断开，以在该逆变器的第一或第二工作模式阶段将该储能电容与交流电网实现电气隔离。
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