CN203984333U - 一种解决光伏发电站pid效应的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种解决光伏发电站PID效应的系统，包括光伏电池组件，直流汇流箱，直流配电柜和并网逆变器；所述光伏电池组件连接成为组件串，组件串的正负极输出分别连接直流汇流箱的正负极输入，所述直流汇流箱的正负极输出分别连接直流配电柜的正负极输入，所述直流配电柜的正负极输出连接并网逆变器。所述直流汇流箱的负极输入直接接地；所述直流配电柜的负极输入直接接地；所述并网逆变器内加装直流对地故障检测中断装置。本实用新型对直流汇流箱、直流配电柜负极接地，并对逆变器负极接地，使高负偏压升高，从而解决电势诱导衰减效应。
Description
技术领域
本实用新型专利适用于光伏发电技术领域，特别涉及一种解决光伏发电站PID效应的系统。
背景技术
PID(Potential Induced Degradation)效应为电势诱导衰减效应。电池组件长期在高电压下工作，因高负偏压施加在组件上而使其性能降低的现象称之为势能诱导退化(PID)效应。这种效应表现在玻璃、封装材料之间存在漏电流，大量电荷聚集在电池片表面，导致电池片的钝化，致使电池片的开路电压(Voc)、短路电流(Isc)和填充因子(FF)降低，EL拍摄图像显示黑斑等不良现象，而从组件外观上却看不到任何缺陷。
形成PID效应的影响因素较多，主要分为内外因两种因素。内在因素主要表现在系统、电池组件，电池组件包含所采用的电池片、封装材料、背板和玻璃的质量影响等。外在因素主要体现在环境气候方面，即组件表面潮湿，高温影响。
光伏发电站的建设范围越来越广，很多电站会建设在沿海滩涂地区，这些地区环境恶劣，存在高温、高湿等气候环境。随着使用时间的延长，光伏电站的PID效应会越来越严重。经过最近几年观察，部分PID效应严重的电站2年内电池组件会产生超过25％的性能衰减，直接影响发电量和投资收益。因此亟需一种解决光伏发电站PID效应的系统。
现有技术解决PID主要由以下方案：
第一种，通过对电池组件的工艺和封装材料进行改进。提高电池片正表面减反膜的折射率，可减少PID效应。缺陷：减反膜的折射率影响电池表面的折射率，因此影响电池片的效率。若增加氮化硅的折射率将降低电池片的效率，这种方案是电池片生产厂商不能接受的。
第二种，提高封装材料的体电阻，减少漏电流，可减少PID效应。缺陷：提高封装材料的体电阻需要往封装材料加入一定的添加剂，由于添加剂耐久性不稳定，随着时间变成，体电阻降低，使抗PID失效。
常规光伏电站接地系统通常会采用浮空不接地系统或者正极接地系统。如下例所示：
图1为浮空不接地系统的直流汇流箱。图1中直流汇流箱的正极输入和负极输入之间并联了电涌保护器(SPD)，之后再由电涌保护器接地，正极与负极并不直接接地。
图2为浮空不接地系统的直流配电柜。图2中直流配电柜的正极输出和负极输出之间并联了电涌保护器，之后再由电涌保护器接地，正极与负极并不直接接地。
图3为浮空不接地系统的光伏发电系统图。光伏电池组件6连接成为组件串，组件串的正负极输出分别连接直流汇流箱7的正负极输入，所述直流汇流箱7的正负极输出分别连接直流配电柜8的正负极输入，所述直流配电柜8的正负极输出连接并网逆变器9的正负极输入。并网逆变器9与直流配电柜8之间无任何保护措施。
这样的浮空不接地的系统会出现PID效应，高负偏压施加在组件上会使系统的性能降低。
实用新型内容
为了减小光伏组件的PID效应，本实用新型提出了一种通过负极接地的方法解决光伏发电站PID效应的系统。
本实用新型的技术方案如下：
一种解决光伏发电站PID效应的系统，包括多个光伏电池组件，直流汇流箱，直流配电柜和并网逆变器；所述多个光伏电池组件连接成为组件串，组件串的正负极输出分别连接直流汇流箱的正负极输入；所述直流汇流箱的正负极输出分别连接直流配电柜的正负极输入；所述直流配电柜的正负极输出连接并网逆变器的正负极输入，其特征在于：所述直流汇流箱的负极输入接地，正极输入连接电涌保护器之后接地；所述直流配电柜的负极输入接地，正极输入连接电涌保护器之后接地；所述并网逆变器安装有直流对地故障检测中断装置，所述直流对地故障检测装置包括接地线缆、漏电流传感器和熔丝，所述并网逆变器的负极输入端连接漏电流传感器一端，所述漏电流传感器另一端连接熔丝一端，所述熔丝另一端接地；所述漏电流传感器与熔丝的公共端有控制信号输出控制所述并网逆变器。
其进一步的技术方案为：光伏电池组件连接为组件串的方法为并联、串联、先并联后串联或者先串联后并联。
本实用新型的有益技术效果是：
本实用新型在普通的光伏发电站的光伏系统中更改了接地方式，直流汇流箱和直流配电柜的负极直接接地，并对逆变器负极接地，使负偏压升高至零偏压甚至正偏压，从而有效解决了光伏发电站的PID效应。本实用新型的实施方法简单而效果显著，有很高的实用价值。
而且本实用新型在逆变器内加装了直流对地故障检测中断(GFDI)装置，保证电站生产及运行人员人身安全，并防止接地故障引起的设备损坏，并且使得系统的安全性和规范性满足了IEC62109和UL1741等国际主流标准的要求。
附图说明
图1为浮空不接地系统的直流汇流箱。
图2为浮空不接地系统的直流配电柜。
图3为浮空不接地系统的光伏发电系统图。
图4为本实用新型的直流汇流箱。
图5为本实用新型的直流配电柜。
图6为本实用新型的光伏发电系统图。
图7为三种不同接地模式下光伏组件的潜在偏压。
具体实施方式
以下给出一个负极接地的光伏发电系统的实施例。
如图4所示，在本实施例中，光伏电池组件共有16个，并联成光伏组件串。光伏组件串的正负极输出连接直流汇流箱的正负极输入，直流汇流箱的正极输入连接电涌保护器之后接地，电涌保护器用于限制瞬态过电压和分走电涌电流；直流汇流箱的负极输入直接接地，正极输入连接电涌保护器之后接地。直流汇流箱的正负极输出部分之前还连接有塑料外壳式断路器(MCCB)，这是一种能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流，也能在规定的非正常电路条件下接通、承载一定时间和分断电流的机械开关电器。
如图5所示，直流配电器的输入端的正极输入连接有电涌保护器之后接地，直流配电器的负极输入直接接地，正极输入连接电涌保护器之后接地。
图6为本实用新型的光伏发电系统图，包括光伏电池组件1，直流汇流箱2，直流配电柜3和并网逆变器4，所述光伏电池组件1有16个，并联成为组件串，组件串的正负极输出分别连接直流汇流箱2的正负极输入，所述直流汇流箱2的正负极输出分别连接直流配电柜3的正负极输入，所述直流配电柜3的正负极输出连接并网逆变器4。如图6所示，并网逆变器4上安装了直流对地故障检测中断装置5(GFDI)，所述直流对地故障检测中断装置5包括接地线缆、漏电流传感器和熔丝，所述并网逆变器4的负极输入端连接漏电流传感器一端，所述漏电流传感器另一端连接熔丝一端，所述熔丝另一端接地；所述漏电流传感器与熔丝的公共端有控制信号输出控制并网逆变器4。
并网逆变器4内安装了直流对地故障检测中断装置5，使得光伏发电系统的安全性和规范性满足IEC62109和UL1741等国际主流标准的要求。对于光伏电源输入端负极接地的系统，在电源中应采用具有直流对地故障检测中断的内部接地设计。
直流对地故障检测中断装置的功能如下：
能检测到接地故障；能断开故障电流；能发出故障警示信号；能断开接地故障的光伏面板或者停止光伏电源的运行。
当正极绝缘阻抗降低或发生接地故障时，漏电流将通过漏电流传感器装置传至逆变器监控系统。
当逆变器检测到接地线路上的电流超过阈值时(可根据组件类型及逆变器功率设定限值)，逆变器会停止工作并上报“漏电流故障”告警，保护整个系统。
根据UL1741要求，大于250kW系统最大对地故障电流为5A，在GFDI线路中使用5A的熔断器。当漏电流过大，熔丝将会快速熔断，及时断开故障电流的通路，同时逆变器也可以检测到熔丝故障状态立即停机保护并上报“接地熔丝故障”告警，双重保证系统安全运行。
通过逆变器加装直流对地故障检测中断装置保证了电站生产及运行人员人身安全，并能防止接地故障引起的设备损坏。
图7为三种不同接地模式下的阵列中不同位置的组件存在的潜在偏压，图7中最上边一条点划线为负极接地系统的潜在偏压，图6中本实用新型的系统就是负极接地系统的一种；中间一条虚线为浮空接地系统的潜在偏压，图3所示系统就是浮空接地系统的一种；最下面一条实线为正极接地系统的潜在偏压。由图7可以看出，负极接地系统的潜在偏压绝对值最小，因高负偏压施加在组件上而使其性能降低的现象也会减小，即PID效应也会减小。可见本实用新型中所述的系统能够有效减小光伏发电站的PID效应。
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种解决光伏发电站PID效应的系统，包括多个光伏电池组件(1)，直流汇流箱(2)，直流配电柜(3)和并网逆变器(4)；所述多个光伏电池组件(1)连接成为组件串，组件串的正负极输出分别连接直流汇流箱的正负极输入；所述直流汇流箱的正负极输出分别连接直流配电柜的正负极输入；所述直流配电柜的正负极输出连接并网逆变器的正负极输入，其特征在于：所述直流汇流箱的负极输入接地，正极输入连接电涌保护器之后接地；所述直流配电柜的负极输入接地，正极输入连接电涌保护器之后接地；所述并网逆变器安装有直流对地故障检测中断装置(5)，所述直流对地故障检测(5)包括接地线缆、漏电流传感器和熔丝，所述并网逆变器(4)的负极输入端连接漏电流传感器一端，所述漏电流传感器另一端连接熔丝一端，所述熔丝另一端接地；所述漏电流传感器与熔丝的公共端有控制信号输出控制所述并网逆变器(4)。
2.如权利要求1所述的解决光伏发电站PID效应的系统，其特征在于：光伏电池组件(1)连接为组件串的方法为并联、串联、先并联后串联或者先串联后并联。
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