Jaki jest efekt anty-PID paneli słonecznych?
1.Efekt PID
Pełna nazwa PID brzmi: Potential Induced Degradation, co oznacza degradację indukowaną potencjałem.
Efekt PID został po raz pierwszy odkryty i zaproponowany przez amerykańską firmę SunPower w 2005 roku. Odnosi się do długotrwałej pracy podzespołów przy wysokim napięciu, istnienia prądu upływu między szkłem pokrywowym, materiałami opakowaniowymi i ramkami oraz gromadzenia się dużej ilości ładunku na powierzchni ogniwa, co pogarsza efekt pasywacji na powierzchni ogniwa, co prowadzi do zmniejszenia współczynnika wypełnienia, prądu zwarciowego i napięcia obwodu otwartego, co powoduje, że wydajność podzespołu jest niższa od standardu projektowego. Stopień tłumienia może osiągnąć 50%, ale tłumienie to jest odwracalne.
2. Mechanizm działania PID
① Efekt wysokiego napięcia
Zastosowanie systemów fotowoltaicznych na dużą skalę doprowadziło do coraz wyższych napięć systemowych. Moduły akumulatorowe często wymagają połączenia wielu modułów szeregowo, aby osiągnąć napięcie robocze MPPT falownika, co prowadzi do bardzo wysokiego napięcia obwodu otwartego i napięcia roboczego.
Biorąc za przykład moduł baterii 72-ogniw o mocy 450 W w warunkach STC, napięcie w obwodzie otwartym modułu baterii 20-string wynosi aż 1000 V, a napięcie robocze aż 800 V. Ponieważ elektrownie fotowoltaiczne muszą być wyposażone w ochronę odgromową i projekty uziemiające, aluminiowe ramy ogólnych komponentów muszą być uziemione, a między ogniwami baterii a aluminiową ramą powstanie wysokie napięcie stałe o wartości prawie 1000 V, powodując polaryzację napięcia między obwodem a metalową ramą uziemiającą.
② Migracja jonów
Pod wpływem wysokiego napięcia pomiędzy materiałem opakowaniowym modułu baterii a materiałami na jego górnej i dolnej powierzchni oraz pomiędzy ogniwem baterii a jego uziemioną ramą metalową następuje migracja jonów, co powoduje pogorszenie wydajności podzespołów.
Gdy ogniwo słoneczne jest spolaryzowane wysokim napięciem ujemnym, występuje istotna różnica napięcia między samym akumulatorem a ramą modułu. Jest to potencjał zerowy, ponieważ większość czasu jest uziemiona, więc ze względu na bardzo małą odległość między ogniwem słonecznym a ramą i ze względu na możliwe zanieczyszczenia w materiale uszczelniającym, prąd może być generowany między ogniwem a ramą, powodując upływ prądu dla całego modułu fotowoltaicznego.
3. Przyczyny efektu PID
① Para wodna przedostaje się do panelu słonecznego
Para wodna ma znaczący wpływ na efekt PID w panelach słonecznych. Wraz ze wzrostem temperatury para wodna w powietrzu zaczyna się skraplać i gromadzić na powierzchni panelu słonecznego. Z czasem ta kondensacja może prowadzić do gromadzenia się wilgoci w panelu słonecznym, co może powodować problemy.
Para wodna, która dostaje się do panelu słonecznego, może utworzyć zamknięty obwód elektryczny z ogniwami słonecznymi i innymi komponentami panelu słonecznego. Powoduje to przepływ prądu, który może spowodować, że panel słoneczny będzie działał gorzej, niż powinien.
② Hydroliza EVA
Drugą główną przyczyną efektu PID jest hydroliza materiału enkapsulacyjnego octanu winylu etylenowego (EVA). EVA jest szeroko stosowanym materiałem enkapsulacyjnym w produkcji paneli słonecznych. Po wystawieniu na działanie wysokiej wilgotności i temperatury EVA ma tendencję do wytwarzania kwasu octowego (octu).
Kwas octowy wytwarzany przez hydrolizę EVA wchodzi w interakcję z metalowymi komponentami panelu słonecznego i tworzy ścieżkę dla przepływu prądu. Przepływ tego prądu powoduje utratę mocy wyjściowej.
③ Reakcje chemiczne na powierzchni szkła
Trzecią przyczyną efektu PID jest reakcja chemiczna między kwasem octowym a szklaną powierzchnią panelu słonecznego. Połączenie kwasu octowego i szklanej powierzchni wytwarza octan sodu. Octan sodu jest roztworem elektrolitu, który może przewodzić prąd elektryczny. Ten przepływ prądu elektrycznego prowadzi do utraty mocy wyjściowej.
④ Jony sodu poruszające się w polu elektrycznym
Czwartym powodem efektu PID jest ruch jonów sodu w polu elektrycznym. Sód jest najbardziej ruchliwym jonem w szkle i gdy dostanie się do wnętrza panelu słonecznego, reaguje z ogniwami słonecznymi, tworząc zamknięty obwód.
Gdy panele słoneczne są wystawione na działanie dużej różnicy napięć, jony sodu mogą migrować wewnątrz panelu słonecznego, tworząc obszary o wysokim potencjale elektrycznym. Ten przepływ prądu prowadzi do utraty mocy wyjściowej.
4. Metoda testowania PID
Istnieje określona seria norm - IEC 62804 Moduły fotowoltaiczne (PV): Metoda testowa wykrywania degradacji indukowanej potencjałem. Warunki testowe wykrywania degradacji indukowanej potencjałem zgodnie z IEC 62084 to:
Temperatura powietrza 60 stopni
Wilgotność względna 85%
Odchylenie napięcia +1000V, -1000V, +1500V lub -1500V (w zależności od charakterystyki modułu PV)
Całkowity czas trwania testu wynosi 96 godzin
Kryteria zaliczenia są głównie związane z degradacją mocy mierzoną na końcu testu. Jeśli nie przekracza ona 5%, test jest zaliczony. Dlatego ten test nie gwarantuje, że PID nie wystąpi lub że moduł jest wolny od PID. Moduły PV o niższej degradacji mocy w certyfikacji IEC 62804 mogą być najbardziej odporne na efekty PID. Obecnie niektórzy producenci wydłużają czas trwania certyfikacji (do 600 godzin), a ten typ testu jest niezawodny w przypadku produktów odpornych na efekty PID.
5. Rozwiązania problemu efektu PID
Efekt PID modułów krzemowych krystalicznych typu P (konwencjonalne ogniwa ASF, ogniwa PERC)
W rzeczywistej eksploatacji elektrowni tłumienie PID jest powszechne w konwencjonalnych modułach krzemowych z ramami (szkło sodowo-wapniowe, folia EVA). Im wyższe napięcie układu DC, większa wilgotność i wyższa temperatura, tym poważniejsze tłumienie PID. Efekt PID modułów krzemowych z krystalicznego krzemu typu P można zmniejszyć następującymi metodami:
A. Do usuwania jonów Na+ i Ca+2 należy używać szkła kwarcowego zamiast szkła sodowo-wapniowego;
B. Aby uniknąć uziemienia ramy, należy stosować moduły bezramowe z podwójną szybą;
C. Stosować ramy kompozytowe (nylonowe, z materiałów poliuretanowych itp.);
Poprawić EVA lub zwiększyć gęstość warstwy azotku na powierzchni ogniwa;
② Efekt PID modułów krzemowych krystalicznych typu N (ogniwa TOPCon)
Efekt PID modułów krzemowych krystalicznych typu N nie jest już powodowany przez migrujące jony (Na+, Ca+2), ale przez polaryzację dielektryczną warstwy pasywacyjnej spowodowaną różnicą potencjałów między baterią a ramą modułu. Dlatego efekt PID modułów krzemowych krystalicznych typu N można zapobiec, wprowadzając warstwę pasywacyjną o wyższej przewodności i niższej stałej dielektrycznej.
③ Efekt PID elementów akumulatora HJT
Struktura baterii HJT jest zupełnie inna niż PERC i TOPCon. Warstwa pasywacyjna wykorzystuje przezroczystą przewodzącą warstwę tlenkową (TCO) zamiast SiN4. W warunkach polaryzacji wysokiego napięcia nie ma warstwy izolacyjnej dla nagromadzonego ładunku, więc zjawisko PID nie wystąpi. Dlatego bateria HJT ma potencjał, aby oprzeć się PID.