對電池組件PID效應的光伏逆變器設計分析

王建軍

（廣東明陽龍源電力電子有限公司，廣東中山，528437）

0 引言

在光伏電池組中，膠膜、電池片以及背板等是基本的組成元素，由于設備會在潮濕的環境中長期工作，加之高電壓影響，整個電池片會出現電荷大量積累的問題，甚至會出現漏電流，使得整個組件的填充因子數量縮減，短路電流密度和電壓也會隨之降低，出現嚴重的PID效應。基于此，要結合實際問題建構有效的處理機制，提高光伏逆變器應用效率。

1 PID效應原理概述

若是電池組長期處于潮濕的外部環境，就會造成其接地邊框間負偏壓作用較大，甚至會造成嚴重的持續性衰減問題。正是由于負偏壓電場的影響，會造成組件電池片表面以及封裝材料之間出現離子遷移的問題，嚴重影響電池活性層的運行效果，電路也存在被腐蝕的危險[1]。與此同時，組件表面的酸性以及導電性受到影響，也會加劇組件性能的衰減情況。因此，在出現PID效應后，整個結構常常伴有鈉離子遷移、p-n結分流以及電離腐蝕等問題，造成基本結構運行受限。

（1）鈉離子遷移。主要是由于組件中電池片出現了內活性層離子遷移，其中，部分帶電離子會直接穿過半導體材料的表面，嚴重影響活性區域的實際水平，甚至有分層的危險。若是遷移過程較為嚴重，就會出現鈉離子直接遷移到玻璃表面，出現嚴重的電化學腐蝕問題。

（2）p-n結分流。由于離子直接遷移到活性區域內，就會導致p-n結整體性能受到影響，甚至會出現嚴重衰減，造成分流問題。一方面，電池片電壓參數為正值，而系統邊框為負值，則系統會出現陽離子流出電池片的問題，在p-n結周圍大量聚集。另一方面，若是電池片電壓為負值，邊框是正偏壓，則大量的陽離子會直接流入電池片，導致p-n出現衰減問題。需要注意的是，若是逆變器不接地，則會出現輸出側正極和負極數據異動的情況，如圖1所示。

（3）電離腐蝕。主要是由于電池組內部會出現封裝問題，這就導致濕氣出現殘留，造成材料水解，與此同時，出現嚴重的電離腐蝕情況，伴有金屬電極的腐蝕問題，形成會移動的鈉離子。需要注意的是，若是在電場的作用下，則會造成鈉離子富集在電池表面，影響其性能。

圖1 逆變器輸出正極、負極對地電壓示意圖

2 對電池組件PID效應的光伏逆變器設計分析

在電池組件PID效應的光伏逆變器設計工序開展的過程中，要結合實際情況落實精細化分析機制和處理措施。

2.1 逆變器拓撲選型

為了保證光伏逆變器設計的實效性，要給予選型工作更多的重視。多數光伏逆變器拓撲分為帶變壓器型和無變壓器型兩種。前者是對變壓器進行電氣隔離，能有效處理相關數據，但是在輸入過程和輸出過程之間并不會形成有效的漏電回路體系，這就使得應用過程無需分析輸出漏電流。后者則沒有電氣隔離過程，使得輸出和輸入之間會直接搭建漏電回路，造成漏電流。

需要注意的是，在拓撲選型工作中，要結合變壓器實際工作頻率進行分析。一方面，工頻變壓器型光伏逆變器能有效完成全橋逆變和工頻變壓器的融合功效，正是由于輸出端本身就存在變壓器隔離過程，因此，能一定程度上減少并網出現的漏電流問題，優化偏量分析[2]。另一方面，高頻變壓器型光伏逆變器則主要包括高頻變壓器和DC-CD轉換器，能有效減少輸入過程對地電容的影響。選擇任何一種拓撲型，都要結合實際需求，并且，要將組件的政績和負極進行接地處理。值得一提的是，相較于高頻變壓器型光伏逆變器，工頻變壓器型光伏逆變器結構的優勢更大，能有效提高應用效率，推廣范圍較大。

圖2 雙電平工頻變壓器型光伏逆變器結示意圖

結合多元化考量，為了有效減少組件出現PID問題，本文利用逆變器輸入端接地處理機制，有效減少光伏列陣造成的負偏壓問題，有效選擇雙電平工頻變壓器型光伏逆變器結構如圖2所示。

2.2 負極接地處理

在實際設計工作開展后，為了有效完善設計效果和設計水平，降低電池組件PID效應造成的影響，要對直流輸入端負極進行接地處理。正是借助電纜直接接地的環節，能完善直流輸入端的處理效果，確保光伏列陣中，無論是正極還是負極都能避免跳路問題。利弊拿起輸入端要利用熔斷器進行串聯處理，若是逆變器輸入端正極出現了接地情況，熔斷器熔斷也能發揮作用，一定程度上減少整體設備的短路問題，提高運行效果的完整性。除此之外，逆變器的設計過程也要結合逆變器信號處理，保證安全分離的同時，提高整體接地分析和相關數據整合的實效性。

2.3 負極節點處理方式

在對整體結構進行升級處理的過程中，也要結合系統運行的根本需求，建構更加系統化的設計框架體系，確保光伏逆變器能有效解決實際問題，從而提高整體結構的運維管理水平，實現設備管控效果的優化升級。也就是說，為了全面降低電池組件中PID的效應，有效減少漏電流對操作過程產生的制約，要結合光伏逆變器運行的基礎性需求，整合直流輸入端，將其負極和地面相連。并且，保證直流輸入負極接點裝置中能有效增加漏電流檢測裝置，并且維護保護數值參數，將其控制在10mA以下。一旦漏電流的數量出現累計，在10mA以上，就要利用逆變器控制系統對其進行響應，有效自動斷開直流側斷路器，正是借助電纜直接接地的處理方式，能對直流輸入端正極予以處理，表面意外接地，減少光伏變電器運行的危險性。除此之外，在響應設備出現預警后，就要及時對具體問題進行維護和修理，確保光伏變電器應用過程和設計效果能有效滿足實際需求[3]。

3 結束語

總而言之，在處理電池組件PID效應的過程中，技術人員要結合問題出現的原因和機理進行統籌分析，建立健全系統化處理機制，充分認知到負極接地能降低逐漸負偏壓電場情況，有效利用工頻變壓器型光伏逆變器完善相應的操作，提高整體系統的運行效率。

參考文獻

[1]路染妮,王鈺潔,杜先君等.大規模光伏電站中箱式變電站對光伏組件的影響分析[J].電力系統保護與控制,2017,45(20):123-128.

[2]于洋.青海共和30MWp光伏發電站電池特性及發電量預測研究[D].西安理工大學,2014.

[3]曾捷.抗PID效應的多模塊電站型光伏逆變器的設計與實現[D].電子科技大學,2016.