【专栏】太阳能电池接地系统的设计技术

光伏组件使用一段时间后，发电功率会出现一定幅度的衰减，因为晶体硅组件会产生电位诱发衰减（PID）效应，薄膜组件会产生透明导电氧化物（TCO）层损坏，如果不采取纠正措施，组件的发电功率就会大幅下降，严重影响光伏系统的收益。目前主要解决方法是把组件正负极一端接地，可以通过汇流箱，逆变器，或者太阳能组件专用接地器，来实现这个功能。

晶体硅光伏组件的电位诱发衰减（PID）效应：晶体硅光伏组件中的电路与其接地金属边框之间的高电压，会造成组件的光伏性能的持续衰减。造成此类衰减的机理是多方面的，在高电压的作用下，组件电池的封装材料和组件上表面层及下表面层的材料中出现的离子迁移现象；电池中出现的热载流子现象；电荷的载分配削减了电池的活性层；相关的电路被腐蚀等等。这些引起衰减的机理被称之为电位诱发衰减（PID）、极性化、电解腐蚀和电化学腐蚀。

薄膜电池导电层（TCO）腐蚀：薄膜模组在运行一段时间之后TCO会出现损坏。研究结果显示，TCO腐蚀主要发生于利用覆盖工艺制备的带有a-Si电池和CdTe电池的模块。在上述生产过程中，模块的单层表面是玻璃盖结构。由于玻璃盖内含约 15% 的钠物质，因此钠和水的反应导致 TCO 腐蚀。 在此情况下，模块的边缘上会形成裂纹，这些裂纹可以贯穿整个电池结构，从而使模块发生永久性损,将组件负极接地，可形成一个电场，带正电的钠离子会向负极移动，从而远离TCO层，可以避免腐蚀现象的发生。



太阳能电池负极接地还有以下好处：

（1） 泄放静电，防止对地共模电压超过系统电压；

（2） 抑制光伏方阵电池板的对地分布电容对逆变器控制电路的共模干扰；

（3） 建立电池板正电场，是一种避免电池寿命受影响的措施之一。

逆变器负极接地，目前是最常用的方法，但并不是每一种逆变器都支持负极接地，对逆变器有以下要求：

（1）直流输入和交流输出电气隔离，可以用带工频变压器的逆变器和高频变压器的逆变器，逆变器在设计时，要把信号地和安全地分开；

（2）接地电路：一般是把负极通过熔断器接地；

（3）检测电路：一般是通地电流霍尔，检测接地回路的电流；

（4）保护措施：逆变器直流侧要配备直流继电器，需加直流漏电保护器，或者装有分励脱扣器的断路器，当检测到漏电流超标时，或者检测到有人触电时时，会在极短时间内自动断开直流侧开关，保护人员和设备安全。

在逆变器选型时，要注意到以下逆变器不支持组件接地：

（1）无隔离型的逆变器；

（2）三电平拓扑中电池板两端对地电压存在2倍开关频率的波动，漏电流较大，不适合用于电池接地场合。

（3）逆变器前端开关是负荷开关的逆变器，没有自动脱扣装置，遇到紧急情况直流不能自动断开，不适合用于电池接地场合。

采用太阳能组件专用接地器：

目前业界主要采用逆变器负极接地方式，消除组件上的静电荷，来阻止这种情况的发生。但是这种接地方式，由于逆变器的拓扑结构原理不同，有些场合不适用，而且费用较高：

1、由于早期的光伏工程没有意识到光伏组件会有衰减，很多逆变器没有负极接地装置，而在逆变器里面重新加装负极接地装置，费用非常高。而且有的逆变器结构布局没有空间和电路设有备用接口，也不能加装负极接地装置。

2、逆变器正常时工作电压很高，从安全角度出发，采用负极接地方式要求逆变器必须是电气隔离性的，目前国内中小功率组串式逆变器，大部分都不是电气隔离的，不能加装负极接地装置。

3、采用三电平拓扑结构的逆变器，逆变器输入有三个电位，正极和负极不能接地，也不能加装负极接地装置。

采用太阳能组件专用接地器提供一种能够消除光伏组件上静电荷的太阳能电池接地装置及方法，适合于旧项目改造、非隔离型逆变器系统、三电平逆变器系统等光伏电站项目。



10、光伏组件直流输出正极 11、光伏组件直流输出负极

12、直流电源 13、继电器/接触器

14、10MΩ接地电阻

工作原理：当光伏组件低于工作电压时，逆变器不工作，直流电源的输出电压不能使继电器动作，继电器常闭触点接通，光伏组件的直流输出负极直接接地，消除静电荷，保证光伏组件不发生衰减。当光伏组件到达正常工作电压时，逆变器工作，直流电源的输出电压使继电器动作，光伏组件的直流输出负极通过电阻接地，保障光伏组件正常运行。

逆变器工作期间，组件采用大阻值电阻间接接地，避免了直接接地造成与无变压器隔离型逆变器的不兼容的问题。由于通过该接地电阻的实际电流很小，不会因此造成无变压器隔离型逆变器直流漏电报警，同时接地线路上的直流漏电保护器设置值很小能起到人员安全保护作用。逆变器不工作期间，组件直接接地，对逆变器无影响，但可以达到接地的效果。

太太阳能组件专用接地器已申请国家专利，并已得到授权。