光伏电站防反二极管的典型应用
日期:2017-8-29    点击率:407

一、引言

集中式并网光伏电站是利用荒漠,集中建设大型光伏电站,发电直接并入公共电网,接入高压输电系统供给远距离负荷。 防反二极管在集中式并网光伏电站建设中,不可或缺的原因,主要是集中式光伏电站发展初期重点考虑系统运行的稳定性和可靠性等因素;随着集中式光伏电站建设规模的增大,节约成本成为集中式光伏电站建设的重点考虑问题。

二、防反二极管的作用

利用二极管的单向导电性,在每个组串的正极串联一个防反二极管。主要作用是:防止因光伏组件正负极反接导致的电流反灌而烧毁光伏组件;防止光伏组件方阵各支路之间存在压差而产生电流倒送,即环流;当所在组串出现故障时,作为一个断开点,与系统有效隔离,在保护故障组串的同时,为检修提供方便。

三、防反二极管的选型

大电流的二极管主要有整流二极管和肖特基二极管。这两种二极管的正向导通压降分别是:肖特基二极管约1.2V、大容量整流二极管约0.8V。在通过相同电流的情况下,肖特基二极管的导通损耗大于整流二极管。因此,集中式光伏电站建设中普遍采用大容量整流二极管。 选用大容量整流二极管主要考虑以下两方面:最大耐压和最大整流电流。器件的最大耐压必须大于系统设计电压的1.5倍,最大电流值必须大于系统设计最大电流的2倍。

目前市场上大部分汇流箱、直流柜、逆变器等光伏设备上的防反二极管采用浙江正力整流器有限生产的光伏防反二极管产品,光伏设备比较常用的防反二极管型号有:MDK55A1600V MD55A1600V MDA55A1600V MD25A1600V MDK25A1600V MDA25A1600V MDK26A1600V MDK160A1600V MD300A1600V MDK300A1600V MDA300A1600V MDA500A1600V MD500A1600V MDK500A1600V等,正力目前采用的3D三维技术,还可以免费提供样品、3D三维图纸、技术资料、光盘、目录本等资料,可最大限度满足可以设计汇流箱、直流柜的需要。

四、使用防反二极管分析

1.防止光伏组件正负极反接

就防反接的方法而言,主要分为接口防反接(通过特定的接口防止反接)和电气设计原理防反接。接口防反接具有人为因素等诸多不可测因素在里面,加之施工难度大、成本造价高;电气设计原理防反接,即利用防反二极管的单向导电性进行防反。由于建设过程中接线工作量较大,难免出现光伏组件串联至汇流箱时正负极线混淆而接反。加装防反二极管后,在正负极接反运行的情况下,将接反组串与系统隔离,起到很好的保护作用。

2.防止组串之间产生环流,提高发电效率

组串之间因光伏组件或连线差异导致电阻不同;某一光伏组件故障或阴影遮蔽使该组串的输出电压低于其他组串;光伏组件干净程度、散热效果、损耗程度不同而存在一定压差。

无直流柜的集中式光伏电站直流侧实测电压关系

逆变器直流侧母排U1,各汇流箱母排U2,各组串U3

所有组串

正常发电 部分组串发电 不发电

有防反二极管 U1=U2=U3 U1=U2=U3(发电组串),不发电组串U3各不相同,该是多少就是多少 U1=U2=U3(最大电压组串),其余组串U3各不相同,该是多少就是多少

无防反二极管 U1=U2=U3

有防反二极管的电压测量位置

无防反二极管的电压测量位置

由此可知,压差会造成高电压支路的电流,通过汇流箱内的汇流排或汇流箱上级的汇流排,流向低电压支路从而在组串内部产生环流。环流时低电压组串作为高电压组串的负载,高电压组串即降低电压又损耗电能。

由此可知,Pm为最大输出功率,B为开路电压。光伏组件电压在0-A内,输出功率PWp)与输出电压UV)成正比,当高电压组串电压降低时,输出功率、发电效率也降低。

损失的电能会转换成热能使光伏组件温度升高,光伏组件温度升高不仅降低发电效率,还会加速热斑效应。

实测光伏组件P-V特性曲线

防反二极管的存在,任何情况下均可将各组串隔离,防止互相干扰。因此,组串间环流和发电效率降低的情况可有效避免。

3.检修方便

当组串出现故障时,防反二极管可将故障组串与系统隔离,不但保护故障组串,还防止故障组串对系统产生干扰,防止故障范围扩大。在不影响其他设备正常运行的情况下进行检修,减小停电范围,提高系统发电效率。 对于无人值守或少人值守的电站,其故障响应时间长,组串带病工作的时间长,防反二极管起到很好的保护作用。

五、结语

集中式光伏电站建设中是否使用防反二极管各有利弊。防反二极管除防反保护的作用是宏观的,其余的作用都是微观的,没有长时间的积累和对比很难发现,防反二极管在使用中的损坏、能耗和增加的运维工作量却是显而易见的。这种宏观、微观的差距主导着防反二极管的使用率。但是否使用应视情况而定。电站建设过程中,要对收资数据进行分析、计算,根据运行和管理方式的特点,综合考虑系统的安全性、稳定性、经济性、耐久性、适用性等因素后进行选择。


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