本系列文章，介绍日本中部电气保安协会总店保安部光伏项目组，根据其经历光伏发电系统故障事例及采取的对策，对持牌电工提出的建议。本文根据项目组汇总的故障事例集，通过该组成员的投稿对故障进行分析。百万瓦级等光伏发电站，主要使用结晶硅类和化合物类两种太阳能电池板。其中，化合物类广泛使用的是CIS型。
结晶硅类太阳能电池板，是串联连接数十枚太阳能电池单元(发电元件)，收纳在耐候性封装中。
一枚太阳能电池单元的输出功率约为4W。串联60枚这种太阳能电池单元可获得240W的输出功率。
但因是串联方式，因此只要有一个太阳能电池单元发生故障，或者被阴影挡住不发电，则串联的所有太阳能电池单元都会受影响，导致输出功率大幅降低(图1)。
图1：串联连接的太阳能电池单元出现故障，则整个电池板都无法输出电力(出处：中部电气保安协会)
利用旁路二极管避开含故障电池单元的群组
因此，为了避免一枚太阳能电池单元对全体的不良影响，而将单元构成“群组”(Cluster)，万一太阳能电池单元的电流无法流过时，就利用旁路二极管使电流迂回通过故障群组。
由于除了迂回的群组以外都能正常发电，所以不会对电池板整体造成不良影响，可抑制输出功率的降低(图2)。例如，一块电池板串联60枚太阳能电池单元时，以20枚电池单元为一组，共分成3组。
图2：可利用旁路二极管避开含故障太阳能电池单元在内的群组输出(出处：中部电气保安协会)
本文介绍一下在开始发电前的竣工检查中，通过测量组串(串联太阳能电池板的列)的开路电压，发现这类结晶硅类太阳能电池板产品故障的事例。
发现了故障的，是一座输出功率为1.3MW的光伏电站。该电站是每14块太阳能电池板串联构成一个组串的。测量每个组串的开路电压时发现，有一个组串的电压比其他组串低11V左右。
通过测量开路电压等发现一个群组不发电
测量的结果为：①467.5V、②462.6V、③462.9V、④452.1V。正常组串①～③每块太阳能电池板的平均电压为33.17V。电池板内的一个群组不发电时，会有33.17V÷3＝11.1V的差(图3)。
图3：由开路电压异常，发现了旁路二极管在工作的太阳能电池板(出处：中部电气保安协会)
于是，推测组串④的太阳能电池板存在故障，因而用Cell Line Checker作了探查。Cell Line Checker是利用发送器将信号输入电路，再利用接收器捕捉该信号的检查装置，正常的话会发出声音和光。
太阳能电池单元或群组若有故障之处，则无法接收到输入的信号，声音和光会中断。在该事例中，一块太阳能电池板就没有接收到信号。
为慎重起见，我们拆卸了这块太阳能电池板的布线，测量了电池板单体的开路电压，正常应该是33V，但实际上只输出了22V。由此就锁定了其是故障太阳能电池板。
检测到故障时，该发电站离预定并网的日期还有几天时间，因此在并网前换掉了故障电池板。
如果未能发现此故障电池板，就这样并网，会出现什么后果呢？
这座发电站的输出功率为1.3MW，设置了3台光伏逆变器(PCS)。PCS的直流输入电压会在连接的多个组串中，自动追踪可实现最大功率点(电流和电压乘积的最大值)的电压最小组串的电压。
因此，即使一块太阳能电池板有故障，也会造成发电站整体的输出功率降低。
光伏电站的运转周期比较长。因此必须尽量在早期发现故障，努力维持长期稳定的状态。
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