CN108964496A - 改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统及改善方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统及改善方法，包括将串联在第一传输线和第二传输线之间的多级光伏组件提供的直流电转换成交流电的逆变器，多个电容串联在第一节点和第二节点之间；该逆变器的任意一组交流输出端中的一者连到一个第一二极管的阳极而第一二极管的阴极则连到第一节点；逆变器的任意一组交流输出端中的另一者连到一个第二二极管的阴极而第二二极管的阳极则连到第二节点。是在光伏发电系统中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，使光伏电池片表面聚集的大量电荷释放，改善组件衰减，确保整个发电系统输出功率的稳定。

Description

改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统及改善方法
技术领域
本发明主要涉及到光伏发电的电力装置，确切地说，是在光伏发电系统中采用了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负面电荷释放，改善组件衰减以确保整个太阳能发电系统输出功率的稳定。
背景技术
晶体硅光伏组件在户外经过一段时间的运行后会出现输出功率降低，导致组件发电效率和电站运行效率降低。主要缘由是存在于光伏组件中的电路与接地金属边框之间形成的高电压，会造成光伏组件性能的持续衰减，业内称之为电势差诱导衰减效应。一旦发生衰减效应就会大大影响电站的运营及投资收益，因而衰减成为当前光伏投资商及业内普遍关注的热门话题。基于光伏组件阵列在分布式或集中式光伏电站的大面积应用，新能源不断发展也伴随着单晶硅或多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压作用下，会出现电势差诱导衰减的潜在风险：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，进一步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，无论组件采用何种工艺技术的P型的晶硅太阳能电池片，电池组件在负偏压下都有衰减的潜在风险。电势诱导衰减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百分之五十，然而仅仅从电池组件的外观上却看不到任何缺陷。光伏组件串联后可形成较高的系统电压，例如以美国为代表的600伏、欧洲为代表的1000伏等，组件长期在高电压工作使得电池片表面的钝化效果恶化进一步导致填充因子、短路电流、开路电压降低，从而使光伏组件的实际性能低于预期设计的标准，此现象为表面极化效应，但该衰减是可逆的。
在过去光伏发电高速发展的进程中，运营商发现越来越多的投入运行的光伏电厂在运营若干年后发生效率的大幅衰减，带来经济损失。目前已经有很多运营商明确要求把电势诱导衰减列入随机抽检项目。电势诱导衰减效应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：容易在潮湿的周边环境下发生，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，也与衰减现象的发生有关。到目前为止形成机理有待进一步明确，推测来自于钠钙玻璃的金属离子是形成上述具有衰减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方面：逆变器的实际接地方式和光伏组件在阵列中的位置，基本上决定了电池片和组件受到正偏压或者是负偏压。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电势诱导衰减现象越明显。而在中间的一块或某几块光伏组件和逆变器正极输出端中间的所有组件处于正偏压下，则衰减现象不那么明显。第二点体现在组件方面：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。第三点体现在电池方面：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，也导致容易发生衰减效应。
如何确保光伏组件在恶劣环境中安全、稳定、可靠的发电，已经成为业内共同需要解决的问题。本申请所要解决的技术问题主要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，不仅能够实现组件串汇流的功能而且能够有效抑制电势诱导的衰减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改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统，包括将串联在第一传输线和第二传输线之间的多级光伏组件提供的直流电转换成交流电的逆变器，其特征在于：多个电容串联在第一节点和第二节点之间；
该逆变器的任意一组交流输出端中的一者连到一个第一二极管的阳极而第一二极管的阴极则连到第一节点；
该逆变器的任意一组交流输出端中的另一者连到一个第二二极管的阴极而第二二极管的阳极则连到第二节点；
其中：设有一个耦合到接地端的参考点并且多个串联的电容中的一部分连接在参考点与第一节点之间而多个串联的电容中的另一部分连接在参考点与第二节点之间；
第一节点通过第一开关耦合到第二传输线；
第二节点通过第二开关耦合到第一传输线。
上述的改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统，该任意一组交流输出端中的一者与第一二极管的阳极间设有第一断路模块，以及该任意一组交流输出端中的另一者与第二二极管的阴极间设有第二断路模块；
从第一断路模块的连到第一二极管的阳极的一侧和第二断路模块的连到第二二极管的阴极的一侧之间撷取该任意一组交流输出端产生/提供的交流电。
上述的改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统，光伏组件采用第一导电类型的光伏电池片，在改善光伏组件衰减的第一工作模式下：
第一开关处于接通状态而第二开关处于关断状态，由第一节点处的电位高于参考点电位的正向压降，将所有光伏组件都偏置到不低于地电位。
上述的改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统，光伏组件采用第二导电类型的光伏电池片，在改善光伏组件衰减的第二工作模式下：
第一开关处于关断状态而第二开关处于接通状态，由第二节点处的电位低于参考点电位的负向压降，将所有光伏组件都偏置到不高于地电位。
上述的改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统，在第一工作模式下至少关断第一断路模块。
上述的改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统，在第二工作模式下至少关断第二断路模块。
上述的改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统，该逆变器的任意一组交流输出端中的另一者连到一个第三二极管的阳极而第三二极管的阴极则连到第一节点。
上述的改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统，该逆变器的任意一组交流输出端中的一者连到一个第四二极管的阴极而第四二极管的阳极则连到第二节点。
在本发明提供的一种在上述的改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统中改善电势诱导衰减效应的方法，发电系统还包括一个控制器；
当所述光伏组件采用第一导电类型的光伏电池片时，在改善组件衰减的第一工作模式下：控制器控制第一开关处于接通状态而第二开关处于关断状态，由第一节点处的电位高于参考点电位的正向压降，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，在改善组件衰减的第二工作模式下：控制器控制第一开关处于关断状态而第二开关处于接通状态，由第二节点处的电位低于参考点电位的负向压降，将所有光伏组件都偏置到不高于地电位。
上述的方法，在第一工作模式下控制器还至少控制关断第一断路模块。
上述的方法，在第二工作模式下控制器还至少控制关断第二断路模块。
上述的方法，在发电系统进入第一工作模式或第二工作模式之前，从交流电网侧为该串联的电容充电，系统进入第一或第二工作模式阶段可关断第一和/或第二断路模块。
解决电势诱导衰减问题是提升发电量的关键。在本申请中：电池组件的封装材料和其上表面及下表面的材料、电池片与其接地金属边框之间的高电压作用下出现离子迁移造成的组件性能衰减完全可以被逆转。基本的适用原理例如：主动将光伏组件板接入正压偏置电源，电源夜间工作给光伏组件板施加相对正的电压源，将白天工作时由于电势诱导衰减效应损失的电子从积累位置抽回来。如果给光伏组件施加负偏压，考虑到电池片电压相对接地的金属边框为负值，则可以把硅片电池的内部某些膜层处积累的那些负电荷排出到地面上，光伏电池性能得到恢复，这就是电池性能可恢复的极化效应。基于上述分析，在光伏组件进行串联使用时，为了避免极化效应，本申请主张提出N型半导体前表面太阳电池的组件采取正极接地，P型半导体前表面电池的组件采用负极接地。本申请的抑制系统及方法具有成本低廉易于实现的效果，抑制组件的衰减效果极好，尤其是在考虑到安全性能及电气可靠性能方面的优势非常明显。
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1是含多个光伏电池串的光伏组件的结构示意图。
图2是逆变器进行电压直流转换交流的示意性拓扑。
图3是光伏组件执行衰减的可逆动作的示意性拓扑。
具体实施方式
下面将结合各实施例，对本发明的技术方案进行清楚完整的阐述，所描述的实施例仅是本发明用作叙述说明所用的实施例而非全部的实施例，基于该实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的方案都属于本申请的保护范围。
参见图1，以光伏组件PV内布置的电池串ST1~ST3为例来阐释本发明，注意图示的每个光伏组件PV上的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ST1具有多个相互串接的光伏电池CELL，串接方式一般是后一个光伏电池CELL的阳极连接到其相邻的前一个光伏电池CELL的阴极。譬如设定电池串中首个光伏电池CELL的阳极作为整个电池串ST1的等效阳极A1，同时还设定电池串ST1中末尾的光伏电池CELL的阴极作为整个电池串ST1的等效阴极C1。同样的道理电池串ST2具有等效阳极A2和等效阴极C2，电池串ST3具有等效阳极A3和等效阴极C3。在常规使用中，通常需要将电池串ST1的等效阴极C1与电池串ST2的等效阳极A2相连，将电池串ST2的等效阴极C2与电池串ST3的等效阳极A3相连。从整体上审视光伏组件，它用于与外部电路相连的正极端AEQ和等效阳极A1相连、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间的压降作为光伏组件电压源。基于上述分析我们知道单个光伏组件PV内部由多个电池串ST相互串联构成，而每个电池串ST本身又具有多个相互串接的光伏电池/CELL单元。
参见图1，为了避免任意一个电池串的内部电池板产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，会在电池串ST1的等效阳极A1和等效阴极C1之间连接一个二极管D-1，通常其二极管D-1的阳极连在等效阴极C1而阴极则连接到等效阳极A1使二极管D-1反偏。类似还有一个二极管D-2的阳极连接在等效阴极C2而阴极则连接到等效阳极A2，二极管D-3的阳极连接在等效阴极C3而阴极则连接到等效阳极A3。光伏组件在电池串ST1至ST3正常工作时，二极管D-1~D-3被反偏，但是当其中某个电池串中的某些光伏电池CELL被物理创伤损坏或被遮光时，电池串的本身有可能发生所谓的热斑效应，而受影响的电池片可能被置于反向偏置的状态并消耗功率和引起过热。但采用了二极管D-1~D-3的方式，使得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1，光伏组件PV的封装结构在实际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CELL、EVA和背板，光伏组件中所存在的负面 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，导致电池片的填充因子和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电势诱导衰减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电势诱导衰减效应的成因之一是：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和安全等项目的需要，常常光伏组件的铝合金边框都要求接地而具有大地电势，这样在组件封装结构内部的电池片CELL和铝合金边框之间就形成了接近上千伏的直流高压。在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，造成半导体P-N结衰减或者说正负离子复合；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而聚集在半导体材料P-N结附近，降低活性。当前技术的抗衰减的主流方案是将电池片CELL尽量往组件的中心位置布局，拉开电池片CELL和金属边框的距离，这是物理结构方面的改善但会带来设计的成本负担，亦可能导致光伏组件结构上的臃肿，而本申请下文的内容即将介绍能够有效抑制衰减效应的更佳方案。
参见图2，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中示范性的展示了单相桥式主功率逆变器170也可以是三相或两相及多相逆变电路，逆变器170通常在前一级使用的EMC滤波器和在后一级使用的滤波器等都被省略了，逆变器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，逆变器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配置的一个控制器140发送的脉冲宽度调制信号SPWM进行驱动和控制。逆变器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，因此本申请对逆变电路/逆变器/功率转换器或其他的逆变电力装置的工作机制不再详细赘述。
参见图2，完整的发电系统包括将一级或多级串联光伏组件PV的直流电转换成交流电的逆变器170，如图所示，逆变器170的逆变电路可包含H桥电路、半桥电路或者是全桥甚至多相逆变均适合本申请的逆变电路。为了便于理解，图2暂时以H桥作为范例来阐释，其他的逆变电路因为原理相同而不予赘述。其中H桥有串联在接收直流电的一组输入线LA-LB之间的开关管Q1即上臂和Q2即下臂，也还包括串联在接收直流电的一组输入线LA-LB之间开关管Q3即上臂和Q4即下臂，一对Q1和Q2构成一桥臂Bridge1及另外一对Q3和Q4构成另一桥臂Bridge2。开关管Q1的一端连到输入线LA而它的相对另一端和开关管Q2的一端相连在一桥臂Bridge1的第一中点B1，而开关管Q2的相对另一端则连到输入线LB上。与此同时，开关管Q3的一端连接到输入线LA而它的相对另一端和开关管Q4的一端相连在另一桥臂Bridge2的第二中点B2，而开关管Q4的相对另一端则连到输入线LB上。其中第一桥臂Bridge1的中点B1作为逆变电路的第一输出端，相对的第二桥臂Bridge2的中点B2作为逆变电路170的第二输出端，类似MCU等的处理单元或控制器140输出的脉冲宽度调制信号SPWM主要用来控制这个H桥进行直流电到交流电的转换，其实SPWM就是驱动逆变电路中Q1至Q4的接通或关断来促使直流到交流电的逆变使得第一输出端B1/O1和第二输出端B2/O2之间输出单相交流电。
参见图2，逆变器170将第一输入节点AINV和第二输入节点CINV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而且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，则串联的多级光伏组件中首个第一级光伏组件的正极端耦合到逆变器170的第一输入AINV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CINV，如果只有单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输入端和第二输入端。参见图2，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-1至PV-N（自然数N大于1）串接起来作为一个串组，该PV-1至PV-N共同为逆变器170提供直流电压。多级光伏组件依次相连串接在一起时，多级光伏组件中任意后一级光伏组件（例如PV-2）的正极端AEQ和与之相邻的前一级光伏组件（例如PV-1）的负极端CEQ相连，按照这种规则，将所有的光伏组件PV-1至PV-N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-1的正极端AEQ和最后一级光伏组件PV-N的负极端CEQ之间形成串组的总的输出电压，作为直流电源传输给逆变器170。逆变器170再将第一输入节点AINV和第二输入节点CINV接收的直流电逆变转换成交流电予以输出。输入线LA耦合到逆变器170的第一输入节点AINV以及输入线LB耦合到逆变器170的第二输入节点CINV。图2中还显示了直流侧电容CDC连接在第一输入节点AINV和第二输入节点CINV之间。图2中第一级光伏组件PV-1的正极端AEQ由传输线LINA耦合到逆变器的第一输入节点AINV，并且末尾的最后一级光伏组件PV-N的负极端CEQ由传输线LINB耦合到逆变器170的第二输入节点CINV。串在第一传输线LINA和第二传输线LINB间的光伏组件PV-1至PV-N提供的直流电由逆变器170转换成交流电。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入端子AINV和与电容CDC的第二端相连的直流电输入端子CINV向图2中的功率转换逆变器170或相等同的其他可替代逆变桥电路提供直流电压，逆变器170再将直流电压逆变转换成标准的单相或多相交流电并网。
参见图2，在发电系统中多个电容如CO串联在第一节点N1和第二节点N2之间。该逆变器170的任意一组交流输出端中的一者连到一个第一二极管的阳极而第一二极管的阴极则连到第一节点：例如交流输出端O1-O2中的一者O1连到一个第一二极管D1的阳极而第一二极管D1的阴极则连到第一节点N1。该逆变器170的任意一组交流输出端中的另一者连到一个第二二极管的阴极而第二二极管的阳极则连到第二节点：例如交流输出端O1-O2中的一者O2连到一个第二二极管D2的阴极而第二二极管D2的阳极则连到第二节点N2。参见图2中与第一桥臂Bridge1的中点B1相连的第一输出端O1以及与第二桥臂Bridge2的中点B2相连的第二出端O2作为交流电输出的单相输出端。并且图中交流输出端当中的O1通过第一断路模块190A连到第一二极管D1的阳极，我们假设第一断路模块190A的前侧输入端连到交流输出端O1，第一断路模块190A的后侧输出端与第一二极管D1的阳极相连于输出节点O3；图中交流输出端当中的O2通过第二断路模块190B连到第二二极管D2的阴极，我们假设第二断路模块190B的前侧输入端连到交流输出端O2，和第二断路模块190B的后侧输出端与第二二极管D2的阴极相连于输出节点O4；则从第一断路模块190A的连到第一二极管D1的阳极的一侧也即后侧输出端和第二断路模块190B的连到第二二极管D2的阴极的一侧也即后侧输出端之间撷取该任意一组交流输出端O1-O2产生的交流电。考虑到第一断路模块190A的后侧输出端与第一二极管D1的阳极相连于输出节点O3、第二断路模块190B的后侧输出端与第二二极管D2的阴极相连于输出节点O4，所以逆变器170的一组交流输出端O1-O2产生的交流电实际上也是从输出节点O3-O4处输出的，只不过由于我们在逆变器170的交流输出端O1和输出节点O3之间额外设置了第一断路模块190A，同时在逆变器170的交流输出端O2和输出节点O4之间额外设置了第二断路模块190B，则逆变器170的交流输出端O1-O2产生的交流电完全受控于第一断路模块190A和第二断路模块190B的开关状态，第一断路模块190A是接通的则输出节点O3等效于交流输出端O1，和第二断路模块190B是接通的则输出节点O4等效于交流输出端O2，否则第一断路模块190A是断开的则输出节点O3和交流输出端O1被断开，和第二断路模块190B是断开的则输出节点O4和交流输出端O2被断开。类似MCU等处理单元或控制器140输出的部分驱动信号主要用来控制第一断路模块190A和第二断路模块190B的关断或接通。
参见图2，设置第一节点N1通过第一开关180A耦合到第二传输线LINB，设置第二节点N2通过第二开关180B耦合到第一传输线LINA。作为可选项，第一节点N1和第二传输线LINB之间串联有第一开关180A和电阻R1，第二节点N2和第一传输线LINA之间串联有第二开关180B和电阻R2，第一开关180A和电阻R1在第一节点N1和第二传输线LINB之间的位置可以互换，同样第二开关180B和电阻R2在第二节点N2和第一传输线LINA之间的位置可以互换。类似MCU等处理单元或控制器140输出的另一部分驱动信号主要用来控制第一开关180A和第二开关180B的关断或接通。如果控制器控制该第一开关180A接通则第一节点N1的电势会施加到第二传输线LINB上，否则控制器控制该第一开关180A关断则第一节点N1的电势无法加载到第二传输线LINB上。如果控制器控制该第二开关180B接通则第二节点N2的电势会施加到第一传输线LINA上，否则第二开关180B关断则第二节点N2的电势无法加载到第一传输线LINA上。上文提及到多个电容如CO串联在第一节点N1和第二节点N2之间，同时还设有一个耦合到接地端的参考点NX，并且本申请中还设置第一节点N1和第二节点N2之间的串联的多个电容中的一部分电容CO连接在参考点NX与第一节点N1之间，第一节点N1和第二节点N2之间串联的多个电容中的另一部分电容CO则连接在参考点NX与第二节点N2之间，则我们很容易获悉到：来自第一传输线LINA的正弦波正半周会通过第一二极管D1向所述的第一节点N1充电使得第一节点N1具有较高的正的电位，同理来自第二传输线LINB的正弦波负半周会通过第二二极管D2向所述的第二节点N2充电使得第二节点N2具有较高的负的电位。本申请的总设计机理是：当第一开关180A被接通则第一节点N1的较高的正电势会被直接施加到第二传输线LINB上，当第二开关180B被接通则第二节点N2的较高也即绝对值较高的负电势会施加到第一传输线LINA上。在常规的发电阶段，也即不触发系统进入改善光伏组件衰减的第一或第二工作模式的正常阶段，第一开关180A和第二开关180B由控制器140控制处于关断状态。参考点NX可以具有地GND电位。
参见图2，虽然在逆变器170的交流输出端O1和输出节点O3之间额外设置了第一断路模块190A，但是在某些实施例中还可以摒弃第一断路模块190A，也即限定交流输出端O1和输出节点O3直接耦合，那么此时第一二极管D1的阳极也直接耦合到该交流输出端O1和输出节点O3。同时在逆变器170的交流输出端O2和输出节点O4之间额外设置了第二断路模块190B，在某些实施例中还可以摒弃第二断路模块190B，也即限定交流输出端O2和输出节点O4直接耦合，那么此时第二二极管D2的阴极也直接耦合到该交流输出端O2和输出节点O4。由第一级光伏组件PV-1至第N级PV-N串接构成的电池组串中任意一个单独的组件PV的外壳或边框都是接地GND设置的。
参见图2，如果光伏组件采用P型的电池片，与逆变器170的第一输入端AINV相连的光伏组件（例如首位的第一级光伏组件PV-1）的正极端AEQ通常是具有大于零的正电位，这个电压对大地GND的电位往往是正的几百伏以上。我们需要让系统进入预定的改善光伏组件衰减的第一工作模式下，体现在：第一开关180A接通，主要的目的在于将与逆变器的第二输入节点CINV相连的光伏组件（末尾的第N级的光伏组件PV-N）的负极端CEQ（该负极端相当于PV-1至PV-N串接起来构成的整个电池串的负极）耦合到所述参考节点NX和第一节点N1间的一个或者串联的多个电容CO在第一节点N1所存储或抬升的正电压上，即将第二输出线LINB电位拉高到参考节点NX和第一节点N1间的串联的多个电容CO在第一节点N1抬升的正电压，从而将所有光伏组件PV-1至PV-N也即整个电池串组都偏置到不低于地电位。当系统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输出的控制信号来关断第二开关180B，避免第一输出线LINA的电势突然降落到零电位以下。使第一节点N1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开关180A将该正向压降加载到整个光伏组件串上，以至于串接的多级光伏组件中PV-1…PV-N最后一级光伏组件PV-N的负极端（即整个光伏组件电池组串的等效负极端）相对于地的电位都可以是大于或者几乎等于零伏，从而实现光伏电池极化的可逆过程。本申请中第一导电类型可以是P型而第二导电类型可以是N型或相反。
参见图2，如果光伏组件采用N型的电池片，与逆变器170的第二输入端CINV相连的光伏组件（如电池组串中末尾的最后一级光伏组件PV-N）的负极端CEQ存在具有低于零的负电位，这个电压对大地的电位是负的几百伏以下，我们需要让系统进入预定的改善光伏组件衰减的第二工作模式，体现在：第二开关180B接通，主要目的在于将与逆变器的第一输入节点 AINV相连的光伏组件（第一级光伏组件PV-1）的正极端AEQ（该正极端相当于PV-1…PV-N串接起来构成的整个电池组串的正极）耦合到所述参考节点NX和第二节点N2间的串联的多个电容CO在第二节点N2所存储或拉低的负电压上，也即将第一输出线LINA的电位拉低到参考节点NX和第二节点N2间的一个或者串联的多个电容CO在第二节点N2压低的负电压上，从而将所有光伏组件PV-1至PV-N都偏置到不高于地电位。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输出的控制信号来关断第一开关180A，避免第二输出线LINB的电势突然倍增到很高的近似等于第一节点N1处的电位以上。在某些可选的实施例中使第二节点N2预留的电位相对地电位是预期的负向压降，相当于通过导通的第二开关180B将该负向压降加载到整个电池组串上，以至串接的多级光伏组件中PV-1至PV-N中首个第一级光伏组件PV-1的正极端（也即整个光伏组件电池组串的等效正极端）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衰减的电池片进行反极化处理，达成促使光伏电池极化的可逆过程的目的，使多级光伏组件中的那些电池性能恢复。
参见图2，在部分可选实施例中，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较高的直流电压源，供给逆变器正常发电，所以白天第一开关180A和第二开关180B可以被关断不触发系统进入改善光伏组件衰减的第一或第二工作模式。在部分可选实施例中，在电池串组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要避开阳光充裕的白天），第一开关180A和第二开关180B可以接通，触发系统进入改善光伏组件衰减的第一或第二工作模式。但是本申请提及的发电系统是否进入第一或第二工作模式也可以不受采光阶段或非采光阶段的影响，在部分可选实施例中，例如只要控制第一断路模块190A和第二断路模块190B关断，即使光照辐射强的时段也可以触发系统进入改善光伏组件衰减的第一或第二工作模式。
参见图3，电池组串的等效正极和负极分别耦合到输入线LA和LB上，逆变器170对电池串组的直流电进行逆变转换，从第一输出端B1和第二输出端B2输出该H桥的交流电部分，输入线LA耦合到第一输入端AINV且输入线LB耦合到第二输入端CINV。在可选实施例中设置输入电容CDC和H桥并联，电容CDC连接在输入线LA和LB之间。逆变器除了上文的H桥之外还有：半桥、全桥甚至多相、多电平逆变电路。图3的实施例与上文的实施例基本类似，图3的实施例中：逆变器170的一组交流输出端O1-O2中的输出端O2连到第三二极管D11的阳极而第三二极管D11的阴极则连到第一节点N1。同时该逆变器170的一组交流输出端O1-O2中的输出端O1连到第四二极管D22的阴极而第四二极管D22的阳极连到第二节点N2。换言之：交流输出端O1-O2和第一节点N1之间均设有二极管也即D1-D11，同样的道理，交流输出端O1-O2和第二节点N2之间均设有二极管也即D2-D22，交流输出端O1-O2上加载交流电，交流电通过二极管即D1-D11向第一节点N1处正向充电，交流电通过二极管即D2-D22向第二节点N2处负向充电。
参见图3，设第一断路模块190A的前侧输入端连到交流输出端O1，并且第一断路模块190A的后侧输出端与第一二极管D1的阳极相连于输出节点O3，而且第一断路模块190A的后侧输出端与第四二极管D22的阴极相连于输出节点O3，交流输出端O1连到第一二极管D1的阳极而第一二极管D1的阴极则连到第一节点N1，交流输出端O1还连到第四二极管D22的阴极而第四二极管D22的阳极则连到第二节点N2。设第二断路模块190B的前侧输入端连到交流输出端O2，并且第二断路模块190B的后侧输出端与第二二极管D2的阳极相连于输出节点O4，而且第二断路模块190B的后侧输出端与第三二极管D11的阳极相连于输出节点O4，交流输出端O2连到第二二极管D2的阴极而第二二极管D2的阳极则连到第二节点N2，交流输出端O2还连到第三二极管D11的阳极而第三二极管D11的阴极则连到第二节点N1。换言之：交流输出端O1通过第一断路模块耦合到第一二极管D1的阳极，以及交流输出端O2通过第二断路模块耦合到第三二极管D11的阳极，第一二极管D1和第三二极管D11各自的阴极连接于第一节点N1。与之相对的：交流输出端O1通过第一断路模块耦合到第四二极管D22的阴极，以及交流输出端O2通过第二断路模块耦合到第二二极管D2的阴极，并且第四二极管D22和第二二极管D2各自的阳极连接于第二节点N2。第一和第三二极管即D1-D11各自的阳极分别耦合到上述交流输出节点O3和O4而共同向第一节点N1处正向充电，与此同时，第二和第四二极管即D2-D22各自的阴极分别耦合到上述输出节点O4和O3并且共同向第二节点N2处负向充电。类似MCU的控制器140输出的部分驱动信号主要用来控制第一断路模块190A和第二断路模块190B的关断或接通。
参见图3，交流输出节点O3和O4耦合到电网GRID，例如市电。第一断路模块的连到第一二极管D1的阳极的输出一侧和第二断路模块的连到第二二极管D2的阴极的输出一侧之间撷取交流输出端O1-O2/逆变器产生的交流电，或者说，第一断路模块的连到第四二极管D22的阴极的输出一侧和第二断路模块的连到第三二极管D11的阳极的输出一侧之间撷取交流输出端O1-O2/逆变器产生的交流电，实际上第一断路模块的输出一侧和第二断路模块的输出一侧需要耦合到电网。其中，如果第一断路模块190A和第二断路模块190B均接通则逆变器输出的交流电和电网交流电均可以向第一节点N1处和/或第二节点N2处充电。如果第一断路模块190A和第二断路模块190B均关断则逆变器输出的交流电被截断而只能通过电网交流电向第一节点N1处和/或第二节点N2处充电。因此本申请还披露了一种在上述的改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统中改善电势诱导衰减效应的方法：当光伏组件PV采用第一导电类型的光伏电池片时，在改善光伏组件衰减的第一工作模式下：控制器140控制第一开关180A处于接通状态而控制第二开关处于关断状态，由第一节点N1处的电位高于参考点电位的正向压降，将串组中所有光伏组件都偏置到不低于地电位。或者当光伏组件PV采用第二导电类型的光伏电池片时，在改善光伏组件衰减的第二工作模式下：控制器140控制第一开关180A处于关断状态而控制第二开关180B处于接通状态，由第二节点N2处的电位低于参考点电位的负向压降将所有光伏组件PV1-PVN都偏置到不高于地电位。
参见图3，后续的内容同样也适用与图2。在一个实施例中，在第一工作模式下控制器还至少控制关断第一断路模块190A，避免逆变器170再继续向第一节点N1处和/或第二节点N2处充电，还可以选择同步关断第二断路模块190B。在第二工作模式下控制器还至少控制关断第二断路模块190B，避免逆变器170再继续向第一节点N1处和/或第二节点N2处充电，还可以选择同步关断第一断路模块190A。在一个实施例中，在该发电系统进入第一或第二工作模式之前，从交流电网GRID侧为该串联的电容充电，也即此充电阶段第一断路模块190A和第二断路模块190B可以是关断的。上述的方法，在该发电系统进入第一或第二工作模式之前，先利用交流电网侧撷取电能为该储能电容CO充电也即需要断开第一断路模块190A和第二断路模块190B，从而在发电系统进入了第一或第二工作模式阶段可以将该逆变器170与交流电网断开实现电气隔离。在一个可选的实施例中，在改善光伏组件衰减的第一工作模式下：控制器140控制第一开关180A处于接通状态而控制第二开关180B处于关断状态，由第一节点N1处的电位高于参考点电位的正向压降，将所有光伏组件PV1-PVN都偏置到不低于地电位，此阶段由于同步还将第二输出线LINB的电位直接拉高到第一节点N1和参考节点NX之间的一个电容CO或串联的多个电容CO在第一节点N1抬升的正电压值，意味着整个组件PV1-PVN构成的串组的原始电压连同所述第二输出线LINB抬升的电压而整体能够提供的总电压源，比单纯由串联的光伏组件PV1-PVN构成的串组自身提供的原始电压大得多，考虑到串联组件因为长期在高电压工作例如近上千伏使得电池片表面的钝化效果严重恶化，所以第一节点N1处所抬升的正电压值过低可能不一定能够满足反极化所有的组件PV1-PVN，则在系统进入改善光伏组件衰减的第一工作模式下可以间隔性的同步接通第一断路模块190A和第二断路模块190B，间歇性的让190A和190B接通一次或接通多次，也即使得逆变器170利用光伏组件PV1-PVN构成的串组的原始电压连叠加上述的第二输出线LINB抬升的电压来进行直流电到交流电的逆变，此时，第一断路模块190A和第二断路模块190B同步接通的瞬间导致逆变器170输出电压的幅值比逆变器170单纯逆变光伏组件PV1-PVN提供的原始电压所输出的电压的幅值要高得多，即第一工作模式下第一节点N1处的正电压值在通过间隔性的同步接通第一断路模块190A和第二断路模块190B的条件下由逆变器执行直流电到交流电的逆变得以进一步提升，第一节点N1处的正电压值藉此提升后就足以反极化所有的光伏组件PV1-PVN。注意第一断路模块190A和第二断路模块190B两者在发电系统进入第一工作模式下不允许一直持续接通，会导致电网异常。在一个可选的实施例中，在改善光伏组件衰减的第二工作模式下：控制器140控制第二开关180B处于接通状态而控制第一开关180A处于关断状态，由第二节点N2处的电位低于参考点电位的负向压降，将所有光伏组件PV1-PVN都偏置到不高于地电位，此阶段由于同步还将第一输出线LINA的电位直接压低到第二节点N2和参考节点NX之间的一个电容CO或串联的多个电容CO在第二节点N2压低的负电压值，意味着整个组件PV1-PVN构成的串组的原始电压叠加第一输出线LINA压低的负电压而整体能够提供的总电压源，比单纯由串联的光伏组件PV1-PVN构成的串组自身提供的原始电压负得多甚至为负压，上文讨论了考虑到串联组件因长期在高电压工作例如近上千伏使得电池片表面的钝化效果严重恶化，所以第二节点N2处所拉低的负电压值的绝对值过低可能不一定能够完全满足反极化所有的光伏组件PV1-PVN的需求，则在系统进入改善光伏组件衰减的第二工作模式下可以间隔性的同步接通第一断路模块190A和第二断路模块190B，间歇性的让第一断路模块和第二断路模块190A-190B接通一次或接通多次，使逆变器170利用光伏组件PV1-PVN构成的串组的原始电压连叠加上述的第一输出线LINA上所压低的负压来进行直流电到交流电的逆变，第一断路模块190A和第二断路模块190B同步接通的瞬间导致逆变器170输出电压的负摆幅值比逆变器170单纯逆变光伏组件PV1-PVN提供的原始电压所输出的电压的负摆幅值要高得多，即第二工作模式下第二节点N2处的负电压值在通过间隔性的同步接通第一断路模块190A和第二断路模块190B的条件下由逆变器执行直流电到交流电的逆变得以进一步拉低，至此，该方案促使第二节点N2处的负电压值藉此强制拉低后就足以反极化所有的光伏组件PV1-PVN。注意第一断路模块190A和第二断路模块190B两者在发电系统进入第二工作模式下不允许一直持续接通。
参见图3，后续的内容同样也适用与图2。在一个实施例中，在第一工作模式下控制器还至少控制关断第一断路模块190A，避免逆变器170持续不断向第一节点N1处和/或第二节点N2处充电，还可以选择同步关断第二断路模块190B。第一工作模式结束后需要关断第一开关180A。第二工作模式下控制器至少控制关断第二断路模块190B，避免逆变器170持续不断向第一节点N1处和/或第二节点N2处充电，可选择同步关断第一断路模块190A。第二工作模式结束后需要关断第二开关180B。在一个实施例中，在发电系统进入第一或第二工作模式之前，第一断路模块190A和第二断路模块190B可以是关断的或接通的，既可以从交流电网GRID侧为电容CO充电（逆变器170输出的交流电主要是并网到电网上），也可以从逆变器170输出的交流电为电容CO充电，但在发电系统进入第一工作模式或第二工作模式的阶段，需关断第一和/或第二断路模块。
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。必须认识到，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 (12)

1.一种改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统，包括将串联在第一传输线和第二传输线之间的多级光伏组件提供的直流电转换成交流电的逆变器，其特征在于：
多个电容串联在第一节点和第二节点之间；
该逆变器的任意一组交流输出端中的一者连到一个第一二极管的阳极而第一二极管的阴极则连到第一节点；
该逆变器的任意一组交流输出端中的另一者连到一个第二二极管的阴极而第二二极管的阳极则连到第二节点；
其中：
设有一个耦合到接地端的参考点并且多个串联的电容中的一部分连接在参考点与第一节点之间而多个串联的电容中的另一部分则连接在参考点与第二节点之间；
第一节点通过第一开关耦合到第二传输线；
第二节点通过第二开关耦合到第一传输线。
2.根据权利要求1所述的改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统，其特征在于，该任意一组交流输出端中的一者与第一二极管的阳极间设有第一断路模块，以及
该任意一组交流输出端中的另一者与第二二极管的阴极间设有第二断路模块；
其中从第一断路模块的连到第一二极管的阳极的一侧和第二断路模块的连到第二二极管的阴极的一侧之间撷取该任意一组交流输出端产生的交流电。
3.根据权利要求2所述的改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统，其特征在于，光伏组件采用第一导电类型的光伏电池片，在改善光伏组件衰减的第一工作模式下：
第一开关处于接通状态而第二开关处于关断状态，由第一节点处的电位高于参考点电位的正向压降，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所述的改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统，其特征在于，光伏组件采用第二导电类型的光伏电池片，在改善光伏组件衰减的第二工作模式下：
第一开关处于关断状态而第二开关处于接通状态，由第二节点处的电位低于参考点电位的负向压降，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所述的改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统，其特征在于，在第一工作模式下至少第一断路模块是处于关断状态。
6.根据权利要求4所述的改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统，其特征在于，在第二工作模式下至少第二断路模块是处于关断状态。
7.根据权利要求1所述的改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统，其特征在于，该逆变器的任意一组交流输出端中的另一者连到一个第三二极管的阳极而第三二极管的阴极则连到第一节点。
8.根据权利要求1所述的改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统，其特征在于，该逆变器的任意一组交流输出端中的一者连到一个第四二极管的阴极而第四二极管的阳极则连到第二节点。
9.一种在权利要求1所述的改善电势诱导衰减引起的组件衰减的发电系统中改善电势诱导衰减效应的方法，其特征在于，发电系统还至少包括一个控制器；
当所述光伏组件采用第一导电类型的光伏电池片时，在改善光伏组件衰减的第一工作模式下：控制器控制第一开关处于接通状态而控制第二开关处于关断状态，由第一节点处的电位高于参考点电位的正向压降，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，在改善光伏组件衰减的第二工作模式下：控制器控制第一开关处于关断状态而控制第二开关处于接通状态，由第二节点处的电位低于参考点电位的负向压降，将所有光伏组件都偏置到不高于地电位。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在第一工作模式下控制器还至少控制关断第一断路模块。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在第二工作模式下控制器还至少控制关断第二断路模块。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在该发电系统进入第一或第二工作模式之前，从交流电网侧为该串联的电容充电。
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