防反二极管的优缺点分析

1、集中式并网光伏电站建设使用防反二极管的优缺点分析杨海琳1，魏永忠1，许永龙1，姜正茂2，郭世民11.龙源格尔木新能源开发有限公司，青海 格尔木 816000；2.无锡上能新能源有限公司深圳分公司，广东 深圳 518055摘 要：文章介绍了集中式并网光伏电站建设使用防反二极管的作用及选型，详细分析了使用防反二极管的优缺点。为今后新型光伏电站建设提供设计参考。关键词：集中式并网光伏电站，防反二极管，光伏组件，环流，汇流箱I 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，扮演着从不可或缺，到可有可无

2、的角色。究其原因，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，竞争越来越激烈，节约成本成为集中式光伏电站建设的重点考虑问题。防反二极管排在缩减行列，应用越来越少。 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。 防反二极管的选型二极管主要分为整流二极管、肖特基二极管、雪崩二极管、发光二极管、快速

3、恢复二极管等。能满足高电压、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。 使用防反二极管的优缺点分析 1、 优 点1、 防止光伏组件正负极反接：就防反接的方法而言，主要分为以下两类：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

4、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。表4.1-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

5、正常发电部分组串发电不发电有防反二极管U1=U2=U3U1=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表4.1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（支路：可能是一个汇流箱之间的不同支路，也可能是不同汇流箱之间的不同支路），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。图4.1-实测光伏组件P-V特性曲线由图4.1可知，P

6、m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P（Wp）与输出电压U（V）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。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，不但可以保护故障组串，还可以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，保证安全的同时，减小停电范围，提高系统发电效率。对于无人值守或少

7、人值守的电站，其故障响应时间长，组串带病工作的时间长，防反二极管可起到很好的保护作用。二、缺 点1、建设成本增加：（1）防反二极管成本增加在集中式光伏电站建设中，多晶硅光伏组件平均每20片需要一个防反二极管。1兆瓦容量大概需要2100个防反二极管。如此多的二极管安装需要考虑散热，目前市场上运行的防反二极管安装方法有如下三种：1） 采用独立的二极管箱：二极管箱固定到汇流箱的背面，避免热量在汇流箱内积聚。该方案配置二极管箱的成本相比普通汇流箱成本增加40%，占电站总投资约0.23%。另外增加了施工现场的接线工作和电气调试工作，增加维护难度。2）防反二极管串到组串的线缆上：采用光伏连接器（即公母连接

8、头）将防反二极管串联到组串的线缆上，易安装、易更换。因为其外置，发热不会影响到汇流箱内部的采样芯片。由于串接到组串电缆上也变得简单了。这种防反二极管约占总投资的0.18%。该方案需要特殊的电缆设计，另外增加电气调试和后期维护难度。3）防反二极管在汇流箱内：这种防反二极管约占总投资的0.11%。防反二极管通过导热硅胶黏贴到汇流箱内部，在汇流箱背面加装铝散热器，为实现良好的散热对汇流箱结构设计要做特殊处理。导致设计成本和制造成本增大。不加防反二极管的汇流箱占总投资约0.57%。加装防反二极管后因汇流箱的改变需增加投资约0.11%，汇流箱整体占总投资约0.79%。另外，由于二极管属于易耗品，备品备件

9、要按照使用总量的10%进行配置，运行成本也相应增加。2、 自身损耗：大容量整流二极管，自然条件下其电量损耗约0.2%-0.3%。以青海省格尔木地区20兆瓦级电站为例，电站25年平均利用小时数为1609小时，防反二极管的损耗电量约160-240万千瓦时。另外，若防反二极管安装在汇流箱内，其功耗会使本身发热，对于IP65（根据北京鉴衡中心制定的光伏方阵汇流箱技术规范，汇流箱的外壳防护等级为IP65）带检测的汇流箱，发热对于采样的芯片原件产生一定温漂，检测的数据会和实际有差距，影响采样的准确性，严重还会引起电气事故。3、 运维工作量增加：增加防反二极管，每个组串都增加了一个故障点，增加维护工作量。防

10、反二极管的质量问题会逐渐暴露，从近年青海省格尔木地区集中式光伏电站防反二极管使用情况看，使用年限3-5年的损坏率达2%-4%，并逐年升高。串联到组串电缆上的防反二极管，施工范围大，施工质量很难控制，并且是软连接形式，不方便固定，接线松动的情况较多，故障率高，虽更换容易，但损坏后整体都要更换，代价较高。装到汇流箱内的防反二极管，是两个一起封装后通过导热硅胶固定在汇流箱内，每次更换都有受累组串陪停，影响发电效率。 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。但是否应该使用，要视情况而定。电站建设过程中，要对收资数据进行详细分析、计算，并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、可靠性、经济性、耐久性、适用性等因素后进行选择。 参考文献1张喜军,朱凌,张计英,包凤永,王文瑞,王