前言
現(xiàn)行光伏組串技術(shù)路線大多以20余塊組件為主,組成一個串,形成1000V,1500V級的直流高壓線路進入直流匯流箱,再進入集中式逆變器或組串式逆變器。
在一個組串過程中,各組件電壓進行疊加,形成一個疊加的直流側(cè)高電壓。為降低組串過程損失,避免木桶短板效應(yīng),因此要求每個組串內(nèi)組件的工況(發(fā)電運行工作參數(shù))盡可能保證一致性。
地面光伏電站應(yīng)該進行場地平整,讓每一個組串的組件盡可能安裝在一個支架陣列中,同時,務(wù)必做好日常維護,檢查熱斑,組串電流偏差,進行灰塵清理,以盡量保證組串內(nèi)組件工況的一致性。
但分布式發(fā)電應(yīng)用場景,存在更多的不確定性,加上難以維護清掃積灰,組串內(nèi)各組件工況的一致性難以保證,因而會放大地面電站運行中存在的孤立或小概率事件發(fā)生。
現(xiàn)行組件組串技術(shù)應(yīng)用于屋面分布式發(fā)電的主要技術(shù)痛點:
1、熱斑效應(yīng):
一串聯(lián)支路的電池組中任意電池如被遮蔽,將被當(dāng)作負載消耗其他有光照的太陽電池組所產(chǎn)生的能量,被遮蔽的太陽電池組件此時會發(fā)熱。這種效應(yīng)能嚴重的破壞太陽電池,直接導(dǎo)致失效或著火燃燒。傳統(tǒng)光伏組件技術(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計存在這樣的天然缺陷。
(熱斑效應(yīng))
(典型的PID效應(yīng)造成的組件失效)
2、PID效應(yīng):
又稱電勢誘導(dǎo)衰減,是電池組件的封裝材料和其上表面及下表面的材料,電池片與其接地金屬邊框之間在高電壓作用下出現(xiàn)離子遷移,而造成組件性能衰減的現(xiàn)象。PID效應(yīng)是長期導(dǎo)致組件衰減甚至嚴重退化的主要原因,由此引起的組件功率衰減有時甚至超過50%;導(dǎo)致這一危害的根本原因就是現(xiàn)有的光伏組件在組建發(fā)電網(wǎng)絡(luò)時是采用串聯(lián)方式,形成20~30余倍的單個組件電壓,如1000V的直流電壓。
光伏高壓直流拉弧試驗視頻記錄,大約到100V直流電壓時,電弧變成破壞性的拉弧火焰。
3、高壓直流拉?。?/STRONG>
傳統(tǒng)光伏組件采用串聯(lián)方式連接,形成直流側(cè)高壓,目前采用1000V,1500V二個電壓等級。該電壓在分布式發(fā)電應(yīng)用場景之中,人與光伏板接觸緊密,從而對人類活動構(gòu)成極大的安全威脅。高壓直流也容易拉弧引發(fā)火災(zāi),該因素約占屋頂分布式光伏發(fā)電火災(zāi)因素的45%。
4、耐候性問題:
傳統(tǒng)光伏組件背面為有機材料在屋頂高溫高濕度的環(huán)境下,耐候性能大大降低,使用壽命低于地面電站場景。
5、獨立運行問題:
傳統(tǒng)光伏組件采用串聯(lián)方式連接,導(dǎo)致各光伏組件不能獨立運行,一旦其中一個組件出現(xiàn)問題,串內(nèi)的能量會聚集到問題組件,極易造成火災(zāi)風(fēng)險。
6、消防問題:
傳統(tǒng)光伏組件產(chǎn)品的背面為有機材料或玻璃,均無法達到建筑防火A2級要求;BIPV產(chǎn)品內(nèi)側(cè)必須是防火耐燃材料,確保符合消防標(biāo)準(zhǔn)。
7、承重問題:
傳統(tǒng)的組件產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計,只能保證一定風(fēng)壓力,從來沒有考慮過人在組件面上的活動。但BIPV產(chǎn)品作為建筑材料,必須考慮人在上面的行走活動。
8、隱裂風(fēng)險:
隱裂就是一些肉眼不可見的細微破裂,晶硅電池片由于其自身晶體結(jié)構(gòu)的特性,很容易破裂,隱裂可以說是一種較為常見的電池片自身缺陷。會導(dǎo)致電池片部分乃至整片失效。傳統(tǒng)產(chǎn)品因為未考慮人類在組件表面的活動,因此對隱裂問題是沒有設(shè)計控制措施的。BIPV因為受人類日常活動影響,采用晶硅電池的BIPV必須考慮隱裂帶來的風(fēng)險。
9、電氣安全:
BIPV產(chǎn)品作為建筑材料,其應(yīng)用場景大大有別于傳統(tǒng)組件產(chǎn)品,作為建筑材料已經(jīng)與人類生活緊密相連,密不可分,電氣的安全性成為重大的考量。任何高于人類需求的安全電壓的BIPV產(chǎn)品都會給人類生活安全構(gòu)成威脅。真正的BIPV產(chǎn)品首先要在電氣電壓安全方面做好徹底的防范保證。安全低壓產(chǎn)品無疑是最佳解決方案。
10、建筑通用性:
BIPV產(chǎn)品作為建筑材料產(chǎn)品,應(yīng)該與既有建筑維護結(jié)果充分的銜接,盡量通用一致以實現(xiàn)既有建筑的大規(guī)模使用。
上述問題惡化后導(dǎo)致組件失效,甚至著火燃燒。這也就不難解釋屋面光伏發(fā)電著火概率遠遠大于地面電站的原因。
上述缺陷也是導(dǎo)致過去30多年來,建筑光伏一體化(BIPV)產(chǎn)業(yè)發(fā)展一直止步不前的根本原因,市場急需創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案出現(xiàn)。