降低PID效应带来的光伏发电损耗方案解析

如何在电价调低的同时减少电站发电损失提升收益？ —— 解决PID问题是提升发电量的关键。

PID效应（Potential Induced Degradation）又称电势诱导衰减，是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，而造成组件性能衰减的现象。PID效应最容易出现在潮湿的环境条件下，且该现象活跃程度与温度、潮湿程度正相关；同时衰减现象与组件表面被导电性、酸性、碱性以及带有离子的物体污染有关。

PID带来的损失

下图是从某实验室提供经过PID实验（196h）测试的组件，EL测试呈现的照片。

显而易见，组件若出现长期PID衰减现象，必然会导致整个电站发电量损失，甚至不发电。

目前PID衰减现象在国内已不是个例，尤其是在高温高湿地区，最容易出现PID现象。

PID解决方案——系统级

本文没有从组件本身解决方案考虑，而是由整个系统PID解决方案入手。

1、逆变器（正）负极接地

此方案应用时间较早，目前行业内大多数逆变器厂商都可以提供此解决方案。

工作原理：针对P型组件，组串负极与地形成约300V-500V的电势差，这个电势差会持续导致组件表面的离子迁移；下图是将逆变器负极通过熔丝加断路器与地相连，这样使组件负极对地电势差抬升至0V左右，从而避免PID衰减。

▲ 图一：逆变器负极接地原理图

▲ 图二：实际接线图

▲ 图三：最终模拟输出结果

方案一的优点很突出，系统简单，成本低；但缺点也很明显，其一，逆变器负极接地，若PV正或组串间电缆产生接地故障，则会通过地线产生故障电流或者产生电弧放电，易引起火灾；

其二，假设运维人员不慎触碰PV正，则人与大地之间将会形成600-1000V直流电，对人体伤害非常高；

其三，应用比较局限，成本相对较高，隔离变压器占用空间也比较大；

此方案不合适组串式电站应用，因为这种方案每台组串式逆变器都需要配一个双绕组隔离变压器或者几台组串式逆变器就需要一台分裂式隔离变压器。所以此方案比较适合规模较小的系统应用或者大容量的带隔离变压器的集中式系统方案。

▲ 图四：电缆拉弧导致烧损

随着行业不断发展，光伏发电成本逐渐下降，与之对应问题也来了。2013年以前行业内很少有人提及的组件PID问题开始时常萦绕在我们耳边，而光伏电站已经建设到沿海城市使得组件PID问题愈发严重，雪上加霜的是并网电价每年都在调整。

2、夜间补偿方案

此方案最早是SMA提出的，源于PID衰减可逆原理。

▲ 图五：夜间补偿方案

工作原理：PV板接入正压偏置电源，电源夜间工作给PV板加入正电压，将白天工作时由于PID效应损失的电子从PE抽回来。PID与逆变器直流输入并联，在光伏组件的负级负极和地之间施加一个高电压，并且支持输出固定电压和输出智能调节的电压。在夜间，它能把光伏组件在白天因为负极与地之间的负偏压所积累下来的电荷释放掉，进而修复那些因为PID效应导致效率衰减的光伏组件。

此方案优点：可以快速的地恢复组件功率衰减，但是必须保证在逆变器与电网断开情况下进行。

缺点：成本高，损耗大。

3、虚拟电位

此方案在14年被国内各逆变器厂家争相推广使用。

▲图六：虚拟电位原理图

工作原理：此工作原理是利用逆变器交流输出虚拟N线电压采集时以PV-BUS母线中点作为参考点；此方案是通过采集器实时采集PV-BUS母线电压， PID控制模块抬升逆变器N点对地电压300-500V，将N点电压抬升至半母线电压，从而将逆变器PV-BUS母线中点对地电压抬升300-500V。

总结

笔者认为，从以下几个维度分析，目前较适合光伏电站PID解决方案是虚拟电位解决方案。

本文从整个系统端考虑PID解决方案，后续笔者还会从组件材料端解析PID解决方案。期待与各位同仁一起探讨。