对电池组件PID效应的光伏逆变器设计分析

王建军

（广东明阳龙源电力电子有限公司，广东中山，528437）

0 引言

在光伏电池组中，胶膜、电池片以及背板等是基本的组成元素，由于设备会在潮湿的环境中长期工作，加之高电压影响，整个电池片会出现电荷大量积累的问题，甚至会出现漏电流，使得整个组件的填充因子数量缩减，短路电流密度和电压也会随之降低，出现严重的PID效应。基于此，要结合实际问题建构有效的处理机制，提高光伏逆变器应用效率。

1 PID效应原理概述

若是电池组长期处于潮湿的外部环境，就会造成其接地边框间负偏压作用较大，甚至会造成严重的持续性衰减问题。正是由于负偏压电场的影响，会造成组件电池片表面以及封装材料之间出现离子迁移的问题，严重影响电池活性层的运行效果，电路也存在被腐蚀的危险[1]。与此同时，组件表面的酸性以及导电性受到影响，也会加剧组件性能的衰减情况。因此，在出现PID效应后，整个结构常常伴有钠离子迁移、p-n结分流以及电离腐蚀等问题，造成基本结构运行受限。

（1）钠离子迁移。主要是由于组件中电池片出现了内活性层离子迁移，其中，部分带电离子会直接穿过半导体材料的表面，严重影响活性区域的实际水平，甚至有分层的危险。若是迁移过程较为严重，就会出现钠离子直接迁移到玻璃表面，出现严重的电化学腐蚀问题。

（2）p-n结分流。由于离子直接迁移到活性区域内，就会导致p-n结整体性能受到影响，甚至会出现严重衰减，造成分流问题。一方面，电池片电压参数为正值，而系统边框为负值，则系统会出现阳离子流出电池片的问题，在p-n结周围大量聚集。另一方面，若是电池片电压为负值，边框是正偏压，则大量的阳离子会直接流入电池片，导致p-n出现衰减问题。需要注意的是，若是逆变器不接地，则会出现输出侧正极和负极数据异动的情况，如图1所示。

（3）电离腐蚀。主要是由于电池组内部会出现封装问题，这就导致湿气出现残留，造成材料水解，与此同时，出现严重的电离腐蚀情况，伴有金属电极的腐蚀问题，形成会移动的钠离子。需要注意的是，若是在电场的作用下，则会造成钠离子富集在电池表面，影响其性能。

图1 逆变器输出正极、负极对地电压示意图

2 对电池组件PID效应的光伏逆变器设计分析

在电池组件PID效应的光伏逆变器设计工序开展的过程中，要结合实际情况落实精细化分析机制和处理措施。

2.1 逆变器拓扑选型

为了保证光伏逆变器设计的实效性，要给予选型工作更多的重视。多数光伏逆变器拓扑分为带变压器型和无变压器型两种。前者是对变压器进行电气隔离，能有效处理相关数据，但是在输入过程和输出过程之间并不会形成有效的漏电回路体系，这就使得应用过程无需分析输出漏电流。后者则没有电气隔离过程，使得输出和输入之间会直接搭建漏电回路，造成漏电流。

需要注意的是，在拓扑选型工作中，要结合变压器实际工作频率进行分析。一方面，工频变压器型光伏逆变器能有效完成全桥逆变和工频变压器的融合功效，正是由于输出端本身就存在变压器隔离过程，因此，能一定程度上减少并网出现的漏电流问题，优化偏量分析[2]。另一方面，高频变压器型光伏逆变器则主要包括高频变压器和DC-CD转换器，能有效减少输入过程对地电容的影响。选择任何一种拓扑型，都要结合实际需求，并且，要将组件的政绩和负极进行接地处理。值得一提的是，相较于高频变压器型光伏逆变器，工频变压器型光伏逆变器结构的优势更大，能有效提高应用效率，推广范围较大。

图2 双电平工频变压器型光伏逆变器结示意图

结合多元化考量，为了有效减少组件出现PID问题，本文利用逆变器输入端接地处理机制，有效减少光伏列阵造成的负偏压问题，有效选择双电平工频变压器型光伏逆变器结构如图2所示。

2.2 负极接地处理

在实际设计工作开展后，为了有效完善设计效果和设计水平，降低电池组件PID效应造成的影响，要对直流输入端负极进行接地处理。正是借助电缆直接接地的环节，能完善直流输入端的处理效果，确保光伏列阵中，无论是正极还是负极都能避免跳路问题。利弊拿起输入端要利用熔断器进行串联处理，若是逆变器输入端正极出现了接地情况，熔断器熔断也能发挥作用，一定程度上减少整体设备的短路问题，提高运行效果的完整性。除此之外，逆变器的设计过程也要结合逆变器信号处理，保证安全分离的同时，提高整体接地分析和相关数据整合的实效性。

2.3 负极节点处理方式

在对整体结构进行升级处理的过程中，也要结合系统运行的根本需求，建构更加系统化的设计框架体系，确保光伏逆变器能有效解决实际问题，从而提高整体结构的运维管理水平，实现设备管控效果的优化升级。也就是说，为了全面降低电池组件中PID的效应，有效减少漏电流对操作过程产生的制约，要结合光伏逆变器运行的基础性需求，整合直流输入端，将其负极和地面相连。并且，保证直流输入负极接点装置中能有效增加漏电流检测装置，并且维护保护数值参数，将其控制在10mA以下。一旦漏电流的数量出现累计，在10mA以上，就要利用逆变器控制系统对其进行响应，有效自动断开直流侧断路器，正是借助电缆直接接地的处理方式，能对直流输入端正极予以处理，表面意外接地，减少光伏变电器运行的危险性。除此之外，在响应设备出现预警后，就要及时对具体问题进行维护和修理，确保光伏变电器应用过程和设计效果能有效满足实际需求[3]。

3 结束语

总而言之，在处理电池组件PID效应的过程中，技术人员要结合问题出现的原因和机理进行统筹分析，建立健全系统化处理机制，充分认知到负极接地能降低逐渐负偏压电场情况，有效利用工频变压器型光伏逆变器完善相应的操作，提高整体系统的运行效率。

参考文献

[1]路染妮,王钰洁,杜先君等.大规模光伏电站中箱式变电站对光伏组件的影响分析[J].电力系统保护与控制,2017,45(20):123-128.

[2]于洋.青海共和30MWp光伏发电站电池特性及发电量预测研究[D].西安理工大学,2014.

[3]曾捷.抗PID效应的多模块电站型光伏逆变器的设计与实现[D].电子科技大学,2016.