PID效应的成因和解决方案Word格式.docx

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已经衰减的电池组件在100℃左右的温度下烘干100小时以后,由PID引起的衰减现象消失了。

从而得到一个结论：

某些引起PID衰减的过程是可逆的。

当然在实际工程中，高温加热组件的这种方式不现实，不可能大规模应用。

德国的SAM一个专利技术是针对PID效应的“可逆性”发明的，那就是在晚间对组件和大地之间施加正电压。

该方法需要一个叫PID 

BOX的设备，使用时需要把PID 

BOX并联在组件正负极上。

夜间，PID 

BOX将组件的正负极进行短接，同时在电池组件与大地之间施加1000V左右的直流正压，让白天迁移到电池片上的离子移出电池片，恢复电池片P/N节中的电子。

如图1-2

图1-2

1.2 

PID效应的危害和测试方法

1.2.1 

PID效应的危害

PID效应的危害使得电池组件的功率急剧衰减。

使得电池组件的填充因子（FF）、开路电压、短路电流减少。

减少太阳能电站的输出功率，减少发电量。

减少太阳能发电站的电站收益。

图1-3

图1-4

图1-5

图1-3 

所示由于PN结中的电子损失的越来越多，导电性能越来越差。

导致电池组件的发电性能下降。

最多能达到50%甚至更高。

图1-4所示 

编号为ET-P660FLZW845723 

电池组件，生产厂商为中盛光电，项目地点为江苏泗洪的某渔光互补电站。

（铺设在鱼塘上面）

图1-5所示 

编号为ET-P660FLZW797159 

电池组件，生产厂商为中盛光电，项目地点为以色列的阿卡某屋顶电站。

（地中海沿岸城市,高盐雾高湿度）

图1-6所示 

编号为ET-P660FLZW797470电池组件，生产厂商为中盛光电，项目地点为内蒙古鄂尔多斯市某大型地面电站。

（正常环境）

图1-4、4-5 

分别为组件退回厂家后，在EL实验室使用EL测试仪测试的红外图。

图1-5为现场拆卸返厂后的EL测试的红外图。

图中发亮的电池片为有效片，发暗、全黑的电池片为无效片。

由图可见，在潮湿、盐雾高的地区PID衰减的现象特别严重，干燥的地区的情况完全正常。

图1-6

图1-7

1.2.2 

EL测试原理

电致发光，又称场致发光，英文名为Electroluminescence，简称EL。

目前，电致发光成像技术已被绝大部分太阳能电池和组件厂家使用，用于检测产品的潜在缺陷，控制产品质量。

EL的测试原理如图1-7所示，晶硅太阳电池外加正向偏置电压，电源向太阳电池注入非平衡载流子，电致发光依靠从扩散区注入的大量非平衡载流子不断地复合发光，放出光子；

再利用CCD相机捕捉到这些光子，通过计算机进行处理后显示出来，整个的测试过程是在暗室中进行。

EL图像的亮度正比于电池片的少子扩散长度与电流密度，有缺陷的地方，少子扩散长度较低，所以显示出来的图像亮度较暗。

通过EL图像的分析可以有效地发现电池组件中的电池片缺陷。

1.3 

PID效应的预防和恢复方案

PID效应并非不可预防和恢复，目前国内外工程施工中为了预防PID效应很多逆变器厂家都推出了自己的解决方案。

比如集中式逆变器的负极接地解决方案;

组串逆变器并联时的单点接地解决方案;

以SMA为代表的PID夜间补偿解决方案。

1.3.1 

集中式逆变器负极接地

负极接地方案，被多家逆变器供应厂商应用后证明是一个解决PID衰减的有效方案。

特别是国内使用500KW逆变器的大型地面电站。

负极接地有非常重要的使用意义.

目前国内500kW 

大功率集中型逆变器均采用非隔电路结构，通过隔离升压变压器并网.为了满足IEC62109，UL1741 

等国际主流逆变器规范的需求。

在负极接地的同时应该做几点改造:

（I）增加GFDI（直流对地故障检测）

由于整个系统负极接地,如果绝缘出现故障,正极就会对地放电,由于是1000V的高压对地放电的故障是非常危险的,所以逆变器应采用具有GFDI 

装置的内部接地设计, 

如果发生PV+对地故障，可以将GFDI 

保险丝熔断或者使短路开关跳脱。

依据UL1741 

标准大于250kW 

的太阳能系统最大对地故障电流为5A，在GFDI 

线路中使用5A 

的熔断器或者断路器。

系统正常工作时，熔断器或者断路器两端的电压为零.如果发生故障熔断器或断路器的端电压变为光伏直流侧系统电压。

电压瞬变产生了I/O信号,逆变器产生了报警信号.逆变器停止运行.接地故障的电池组件整列被切除.（图1-8所示）。

流程如下:

检测到接地故障 

断开故障电流 

发出故障警示信号 

断开接地故障的电池组件 

停机

图1-8

（II）增加ISO（绝缘检测）功能:

依据IEC62109，非隔离型并网逆变器需要在开机前进行组件的绝缘阻抗检测，市场主流的500K 

逆变器一般都会采用Bender 

ISO侦测器.在绝缘检测前，逆变器断开电池组件接地的熔断器或断路器，检测完成后再闭合接地的熔断器或断路器。

（III）防雷改造

当负极接地后，输出交流防雷器耐压值由原来的交流300V上升为直流侧系统电压（500V-1000V左右）需要更换交流侧防雷。

对于SPD原来正极接地,正极对地防雷由A和C串联组成，负极对地防雷由B和C串联组成，正极对负极的防雷由A和B串联组成。

将负极接地后（图1-9所示）正极对地防雷由A和B//C串联组成，防雷结构发生了变化,直流侧SPD也需要进行合适的选型。

图1-9

1.3.2 

组串式逆变器并联后负极接地

在分布式系统中,使用组串式逆变器,PID现象的发生同样不可避免.负极接地同样是一种行之有效的预防措施，由于组串逆变器系统和集中式逆变器系统的差异，需要另一种接地方。

国外的一些逆变器厂家提出了一种虚拟接地的方式。

如图1-10

图1-10

a） 

光伏逆变器1#的负极接地；

b） 

逆变器1#的输出端与逆变器2#的输出端并联后与一个隔离变压器（双绕组）的输入端相连；

c） 

隔离变压器的输出端接入电网。

d） 

1#内部中点N1对负极电压PV1-的电压为1/2Vb1，即VN1=1/2Vb1+ 

VPV1-

e） 

2#内部中点N2对其负极电压PV2-的电压为1/2Vb2，即VN2=1/2Vb2+VPV2-

f） 

三相平衡系统中，有VN=VN1=VN2 

（VN为变压器系统中性点点位）

g） 

因VN=VN1=VN2 

可得VPV2-=1/2Vb1+ 

VPV1-－1/2Vb2

h） 

1# 

2# 

接入的电池组件数量相等，可得Vb1≈Vb2

i） 

PV1-接地，所以VPV1-=0 

因此PV2-=1/2Vb1－1/2Vb2也约等于0

j） 

1#2#并联系统中，光伏逆变器1#负极接地，电位为零。

则光伏逆变器2#的负极也约等于零。

上述2台逆变器接地的推导过程,同理可以得出:

N个组串式并联的逆变系统中如果输出侧同接一个双绕组变压器，那么这个系统只要将其中一台逆变器的负极接地，整个系统中所有并联的逆变器负极电位也为基本零，这样的接地系统被称为虚拟接地系统。

由于组串式逆变器本身都有漏电流保护功能，在“单点虚拟接地”系统中，只要1台逆变器直流输入负极单点接地，其他组串式逆变器漏电流保护功能仍然能够正常工作，同时组串逆变器的功率不是特别大，漏电流很小。

假设正极对大地放电，组串逆逆变的漏电流不会很大,也就不会出现不可控的后果。

1.3.3 

PID恢复方案 

使用负极接地方法可以阻止PID的继续发生.但是该方法对逆变器有特殊要求.而且该方法只能针对新建设的光伏电站。

对于已经发生PID现象的光伏电站，该方法只能阻止PID深化，不能对组件功率进行恢复。

目前很多厂家都开发出了自己的PID效应恢复设备，比如SMA就推出了PVO 

BOX（下称PVOB）恢复产品。

笔者所在公司已使用过该产品，恢复效果良好。

PVOB的原理非常简单：

由于各种因素导致了电池片中PN结的导电离子大量损失，从而导致电池组件的发电能力大幅度下降。

PVOB设备在夜间对组件和大地之间施加正电压（1000V）让白天从PN结中流失的导电离子回到PN结中，从而恢复电池组件的发电能力。

1.3.3.1系统整体框图

PVOB设备系统构成如图1-11所示，它由3部分组成，分别为控制部分、电源部分和接口部分.这些部分又分别有CPU控制单元、电源模块（包括交直流转换模块和直流400V-1000V电源转换模块）、信息存储模块、模式选择模块、信号检测模块、告警模块、通信模块和输入输出接口等模块组成。

其核心器件是CPU控制单元和电源模块，其它各模块辅助PVOM模块实现其既定功能。

其工作原理：

CPU控制单元通过对PV+、PV-、LN、FE等信号的采集及对模式选择模块信号的分析，进行状态和模式判断，以确定系统控制操作的项目类型；

CPU控制单元同时可以控制400V-1000V电压源模块的输出，以完成设备的核心偏压供电功能。

下面分别说明各部分的功能及硬件实现原理。

图1-11

1.3.3.2控制部分

控制部分是PVOB的核心控制单元，它通过CPU控制单元对输入信号PV+、PV-、LN、FE等进行采集，并进行数据分析，已确认PV偏压的输出模式、开始时间、电压大小和结束时间等，并根据各种信息进行运行状态和告警判断，并输出相应的状态信息。

其硬件控制框图如图1-12。

图1-12

1.3.3.3电源部分

电源部分有两个模块组成，一个模块式交流直流转换电路，该部分实现86V-264V的交流电源输入，输出12V直流电压供控制电路和400-1000V升压电路使用；

一个模块是400-1000V可调直流升压电源电路，该部分的电压输出模式、时间、大小受控制单元控制，它为光伏组件提供400V-1000V直流偏压。

图1-13

1.3.3.4 

PID恢复效果

图1-14 

所示编号为ET-P660FLZW845723 

电池组件从项目现场返厂以后EL测试红外图片（左）使用PVOB产品恢复20天后EL测试红外图片（中）；

使用PVOB产品恢复40天后EL测试红外图片（右）

图1-14

组件编号

测试设备

温度

照度

Voc

Isc

Pmax

Vpm

Ipm

ET-P660FLZW845723

初始

21.2

1000.2

27.186

7.942

71.381

15.861

1.500

PVOB20天后

21.5

1000.6

33.437

8.211

111.039

22.208

5.135

PVOB40天后

35.416

8.478

156.523

26.204

5.973

ET-P660FLZW797159

21.1

25.818

7.855

62.080

11.611

1.249

PIDFB10天后

25.4

1000.5

32.818

8.140

107.682

21.463

5.107

PIDFB40天后

35.408

8.429

150.897

25.761

5.858

表1-1

图1-15

图1-15 

所示编号为ET-P660FLZW797159电池组件从项目现场返厂以后EL测试红外图片（左）

使用ET的PIDFB产品恢复20天后EL测试红外图片（中）；

使用ET的PIDFB产品恢复40天后EL测试红外图片（右）

表1-1所示，在10天、40天的恢复以后，受到PID影响的电池组件性能得到了很大的恢复。

实验证明电池组件PID恢复设备，在恢复电池组件发电能力的效果是明显的。

1.4 

小结 

本章主要内容介绍了影响太阳能发电效能的PID现象和危害.用工程应用的实例介绍了PID现象的EL测试方法,并从电站设计的角度介绍了目前能够大面积推广的“负极接地”预防措施，通过简单的改造逆变器使得新建太阳能发电站免受PID效应的影响。

最后介绍了一种PID效应恢复方法，并通过实际的实验室数据和照片，证明了这项技术的可行性。

同时需要指出的是，目前国内外的电池组件生产厂家、科研机构、各大光伏实验室和测试机构都没与找出造成PID效应的真正原因。

但是，要想彻底解决PID效应，业内公认的研究方向是 

EVA、玻璃、背板材料、封装材料的重新组合。

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