智能接线盒对光伏系统“木桶效应”和火灾安全的改善
最近10年来,光伏发电产品在全球各地变的越来越普及,围绕着光伏产业的创新层出不穷,这些创新措施推动了光伏发电系统不断提高效率,降低成本,使光伏系统能更接地气,更加靠近居民生活。这些创新举措中,光伏发电系统的智能化研发成为了全球技术创新的核心关注点之一。一些先行的光伏企业和研究机构应用互联网技术,传感器技术,大数据分析等等将一个个孤立的光伏电站系统互联起来,帮助投资人进行更加便捷的日常安全维护和投资收益分析决策。
构成太阳能发电系统的核心—太阳能电池板,它承担了接受光照并将光能转化为电能的基本作用。然而具有讽刺意味的是。多年来大多数声称已安装了智能性管理平台的所谓的智能光伏发电站,在发电核心模块(电池板)这一基础层级面上,依然没有看到任何“智能化”的痕迹。电池板被安装人员简单地串接在一起形成一个组串,几个组串连接成光伏阵列,最终组成电站系统。
一切看起来都很正常,不是吗?每一块电池板(特性实际上是不一样的)就像服从命令的士兵一样被无条件、无差别地手拉手肩并肩地安排在哪怕它不适合的位置。这种安排有什么问题吗?
第一,每块光伏电池板的电压并不高,只有几十伏,但两两串联起来电压就高达1000V左右。当发电系统遭遇火灾时,即便消防队员可以将总线路回路开关断开,但整个系统依然非常危险,因为关断的只是回路中的电流,电池板因为被连接器互相连接着,系统对地的电压依然是1000V,当没有经验的消防队员端起高压水枪向这些高达1000V的发电板喷水灭火时,因为水是导电的,巨大的电压差通过水柱直接加载到消防队员身上,灾难发生了。
第二,每一块光伏板的输出特征是不一致的,比如电流,电压和最佳工作点。随着光伏系统在户外的长期使用和自然老化,这种不一致会越来越明显。而串联发电的特征符合“木桶效应”。也就是说:一串电池板总发电量的大小更多地取决于组串中最弱的电池板的输出特性,所以拯救这个“弱者”,使这个“弱者”不拖“团队”的后腿就变的非常重要。
第三,太阳能电池板最怕的是阴影遮挡(这些遮挡因素常常是树荫,鸟粪,灰尘,烟囱,异物等等),所以一般会安装在阳光充足的地方,但是在分布式屋顶发电系统中,业主常常为了考虑整体房屋、院落建筑结构的美观和协调,会将电池板均匀地铺设在整个屋顶上,尽管这些屋顶的某些部位会引起阴影遮挡,有些时候,业主并不是十分了解阴影遮挡对电板的严重影响和危害,调查中发现,他们常常会说:“那没什么,它只是一个阴影”。而实际情况却不容乐观,因为电池板被阴影遮挡时会诱发了电池板背后的接线盒内的旁路保护元件(通常是二极管)的启动,电池串中高达9A左右的直流电流会瞬间加载到旁路器件上,使的接线盒内将产生100多度的高温,这种高温短期内对电池板和接线盒均影响甚微,但如果阴影影响不消除而长期存在的话,将严重影响到接线盒和电池板的使用寿命。
更要命的是,有一些阴影属于高频率反复遮挡(比如家庭光伏屋顶前的树枝会随着风的吹动,反复遮挡电池板,执行一个:遮挡~挪开~遮挡的循环。这个高频率交变的遮挡使的旁路器件处于一种:断开——导通——断开的循环中)。二极管被大功率电流导通加热,然后瞬间又翻转偏置,撤消电流而增加反向电压,这样反复的循环,二极管的使用寿命大大降低。一旦接线盒内二极管烧毁,整个电池板的系统输出就失效了。