Tο φαινόμενο PID και πώς το PV Offset Box μπορεί να το αντιμετωπίσει
Το PID (Potential Induced Degradation), είναι ένα φαινόμενο που επηρεάζει τα φωτοβολταϊκά πλαίσια και οδηγεί σε σταδιακή μείωση της απόδοσής τους, αγγίζοντας και το 30% μετά από λίγα χρόνια, ακόμα και σε κρυσταλλικά φωτοβολταϊκά πλαίσια πυριτίου Si. Η SMA προσφέρει μία εξελιγμένη συσκευή για την αντιμετώπιση του φαινομένου, γειώνοντας τον αρνητικό πόλο των στοιχειοσειρών, ακόμα και αν η φωτοβολταϊκή γεννήτρια συνεργάζεται με μετατροπέα άνευ μετασχηματιστή (TL). Οι παρούσες τεχνικές πληροφορίες περιγράφουν το φαινόμενο PID και πώς το PV Offset Box μπορεί να το αντιμετωπίσει.
Αιτία : Δυναμικό προς γη
Το δυναμικό γεννήτριας ρυθμίζεται κατά τη λειτουργία τροφοδοσίας στο θετικό και στον αρνητικό πόλο. Αυτό παρουσιάζεται στο ακόλουθο διάγραμμα:
Το δυναμικό του κατώτατου (μπλε) ή του ανώτατου (κόκκινη) φωτοβολταϊκού πλαισίου μίας στοιχειοσειράς εξαρτάται από το χρησιμοποιούμενο μετατροπέα και από το αν είναι γειωμένος ένας πόλος της γεννήτριας. Παραδείγματα για τάση στο σημείο μέγιστης ισχύος (MPP) 400 V.
Η γείωση της φωτοβολταϊκής γεννήτριας και το δυναμικό της, διαμορφώνεται σύμφωνα με το δυναμικό του συνδεδεμένου δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας και τη διαστασιολόγηση του μετατροπέα. Στην ιδανική περίπτωση, ο θετικός και αρνητικός πόλος της στοιχειοσειράς, πρέπει να είναι συμμετρικοί ως προς το δυναμικό του (γειωμένου) ουδέτερου αγωγού. Για παράδειγμα, εάν η MPP τάση της στοιχειοσειράς είναι 400 V, το φωτοβολταϊκό πλαίσιο στον αρνητικό πόλο έχει ένα δυναμικό – 200 V με τη γη, ενώ το πλαίσιο στο θετικό πόλο της στοιχειοσειράς έχει ένα δυναμικό +200 V. Για ορισμένους TL μετατροπείς, μπορεί το δυναμικό να μετατοπίζεται προς την αρνητική πλευρά (βλέπε εικόνα 1). Το πρόβλημα : ένα θετικό ή αρνητικό δυναμικό ως προς τη γη μπορεί να έχει ανεπιθύμητες παρενέργειες ανάλογα με τον τύπο του πλαισίου, το φαινόμενο PID που περιγράφεται εδώ, είναι ένα από αυτά. Το δυναμικό γεννήτριας διαφέρει ανάλογα με τον τύπο κατασκευής (τοπολογία) του μετατροπέα. Εκτός αυτού παρέχεται η δυνατότητα της απευθείας γείωσης (μετατροπέας με μετασχηματιστή) και της λειτουργικής γείωσης μέσω μετάθεσης δυναμικού (μετατροπέας χωρίς μετασχηματιστή).
Τι είναι το φαινόμενο PID;
Αυτό το φαινόμενο εμφανίζεται κυρίως στο φωτονολταϊκό πλαίσιο, που βρίσκεται πλησιέστερα στον αρνητικό πόλο. Το δυναμικό (τάση προς γη) των φωτοβολταϊκών κυψελών κυμαίνεται συνήθως, ανάλογα με το μήκος μίας στοιχειοσειράς και τον τύπο συσκευής του χρησιμοποιούμενου μετατροπέα, μεταξύ − 200 V και − 350 V. Αντίθετα, το πλαίσιο (frame) των φωτοβολταϊκών μονάδων έχει δυναμικό 0 V, επειδή πρέπει να είναι γειωμένο για λόγους ασφαλείας. Λόγω αυτής της ηλεκτρικής τάσης, μεταξύ των φωτοβολταϊκών κυψελών και του πλαισίου μπορεί να απελευθερωθούν ηλεκτρόνια από τα χρησιμοποιούμενα στο φωτοβολταϊκό πλαίσιο υλικά τα οποία ρέουν μέσω του γειωμένου πλαισίου, έτσι παραμένει μία φόρτιση (πόλωση), η οποία μπορεί να επηρεάσει αρνητικά τη χαρακτηριστική καμπύλη των φωτοβολταϊκών κυψελών.
Η χαρακτηριστική καμπύλη ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου πριν από και κατά τη διαδικασία μείωσης της απόδοσης. Χαρακτηριστική είναι μία εξομάλυνση της χαρακτηριστικής καμπύλης, όπου η τάση χωρίς φορτίο και το ρεύμα βραχυκύκλωσης διατηρούνται σχεδόν χωρίς μεταβολή, αλλά η μέγιστη ισχύς (MPP) μειώνεται έως και 30 % ή περισσότερο.
Λύση με το PV Offset Box
Σε φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις με μετατροπείς γαλβανικής απομόνωσης, το PID μπορεί να προληφθεί με αξιοπιστία, με γείωση του αρνητικού πόλου της γεννήτριας, καθώς αυτό μετατοπίζει το δυναμικό ολόκληρης της στοιχειοσειράς στο θετικό. Σε φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις με μετατροπείς άνευ μετασχηματιστή, λόγω της αρχής του σχεδιασμού τους, παρουσιάζουν μικρότερο κόστος και μεγαλύτερη απόδοση, το απαιτούμενο αποτέλεσμα μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας το PV Offset Box. Το PV Offset Box αξιοποιεί το γεγονός ότι το φαινόμενο PID είναι αναστρέψιμο και εξελίσσεται αργά. Πώς λειτουργεί: Εάν η τάση της στοιχειοσειράς πέσει κάτω από ένα καθορισμένο όριο, μετά το ηλιοβασίλεμα, το PV Offset Box ανεβάζει το δυναμικό της σε ένα υψηλό θετικό (μεταξύ +400 V και +1000 V με τη γη), αντιστρέφοντας την επίδραση της πόλωσης η οποία συνέβη κατά τη λειτουργία (βλέπε εικόνα που ακολουθεί). Όταν χρησιμοποιείται σε μια φωτοβολταϊκή γεννήτρια η οποία έχει ήδη επηρεαστεί από PID για μια παρατεταμένη χρονική περίοδο, η πλήρης αναζωογόνηση των φωτοβολταϊκών πλαισίων διαρκεί περίπου το μισό της περιόδου υποβάθμισης.
Ακόμα και σε δύο διαφορετικές στοιχεοσειρές σε ξεχωριστούς MPPT, το PV Offset Box από την πλευρά της στοιχειοσειράς συνδέεται στον ένα αρνητικό πόλο εκ των δύο, και αντίστοιχα στους δύο θετικούς πόλους των δύο στοιχειοσειρών. Η μετατόπιση του δυναμικού δεν εφαρμόζεται έως ότου οι δύο τάσεις στοιχειοσειρών φτάσουν σε ένα καθορισμένο όριο.
Πλεονεκτήματα χρήσης PV Offset Box
- Mόνιμη και αξιόπιστη λύση του φαινομένου PID
- Μεγαλύτερη ενεργειακή απόδοση χάρη στη χρήση των μετατροπέων TL (άνευ μετασχηματιστή)
- Τοποθέτηση σε ήδη υπάρχουσες φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις
- Μείωση αρχικού κόστους χάρη στη χρήση μετατροπέων TL
- Μείωση κόστους αφού δεν απαιτείται γείωση γεννήτριας
- Αμελητέα κατανάλωση ενέργειας
- Συμβατότητα με φωτοβολταϊκούς μετατροπείς από άλλους κατασκευαστές.
