Kakšen je učinek solarnega panela proti PID?
1.PID učinek
Polno ime PID je: Potential Induced Degradation, kar pomeni potencialno povzročena degradacija.
PID učinek je prvič odkrilo in predlagalo ameriško podjetje SunPower leta 2005. Nanaša se na dolgotrajno delovanje komponent pri visoki napetosti, obstoj uhajanja toka med pokrovnim steklom, embalažnimi materiali in okvirji ter kopičenje velika količina naboja na površini celice, kar poslabša učinek pasivizacije na površini celice, kar povzroči zmanjšanje faktorja polnjenja, toka kratkega stika in napetosti odprtega tokokroga, zaradi česar je zmogljivost komponente nižja od konstrukcijske standard. Stopnja dušenja lahko doseže 50 %, vendar je ta slabitev reverzibilna.
2. Mehanizem učinka PID
① Učinek visoke napetosti
Široka uporaba fotonapetostnih sistemov je povzročila vedno višje sistemske napetosti. Baterijski moduli pogosto zahtevajo zaporedno povezavo več modulov, da dosežejo delovno napetost MPPT pretvornika, kar vodi do zelo visoke napetosti odprtega tokokroga in delovne napetosti.
Če za primer vzamemo 72-celični baterijski modul s 450 W v okolju STC, je napetost odprtega tokokroga 20-nitnega baterijskega modula kar 1000 V, delovna napetost pa kar 800 V. Ker morajo biti fotonapetostne elektrarne opremljene s projekti za zaščito pred strelo in ozemljitvijo, morajo biti okvirji splošnih komponent iz aluminijeve zlitine ozemljeni, med baterijskimi celicami in aluminijastim okvirjem pa bo nastala enosmerna napetost skoraj 1000 V, kar bo povzročilo napetostna napetost med vezjem in kovinskim ozemljitvenim okvirjem.
② Ionska migracija
Pod visoko napetostjo med embalažnim materialom baterijskega modula in materiali na njegovi zgornji in spodnji površini ter med baterijsko celico in njenim ozemljenim kovinskim okvirjem pride do migracije ionov, kar povzroči poslabšanje delovanja komponente.
Ko je sončna celica polarizirana z visoko negativno napetostjo, obstaja pomembna napetostna razlika med samo baterijo in okvirjem modula. Ta je pri ničelnem potencialu, ker je večino časa ozemljen, tako da lahko zaradi zelo kratke razdalje med sončno celico in okvirjem ter zaradi morebitnih nečistoč v tesnilnem materialu med celico in okvirjem nastane tok, ki ustvarja uhajanje toka za celoten fotovoltaični modul.
3. Vzroki PID učinka
① Vodna para vstopa v sončno ploščo
Vodna para ima pomemben vpliv na učinek PID v sončnih kolektorjih. Ko se temperatura dvigne, začne vodna para v zraku kondenzirati in se kopičiti na površini solarne plošče. Sčasoma lahko ta kondenzacija povzroči kopičenje vlage v solarni plošči, kar lahko povzroči težave.
Vodna para, ki vstopi v solarni panel, lahko ustvari sklenjen električni krog s sončnimi celicami in drugimi komponentami solarnega panela. Posledica tega je pretok električne energije, ki lahko povzroči, da solarna plošča deluje slabše, kot bi morala.
② EVA hidroliza
Drugi vodilni vzrok za učinek PID je hidroliza materiala za inkapsulacijo etilen vinil acetata (EVA). EVA je široko uporabljen material za zapiranje v proizvodnji sončnih kolektorjev. Ko je izpostavljena visoki vlažnosti in temperaturi, je EVA nagnjena k ustvarjanju ocetne kisline (kis).
Ocetna kislina, proizvedena s hidrolizo EVA, sodeluje s kovinskimi komponentami sončne plošče in ustvari pot za pretok toka. Pretok tega toka povzroči izgubo izhodne moči.
③ Kemične reakcije na stekleni površini
Tretji vzrok za učinek PID je kemična reakcija med ocetno kislino in stekleno površino solarnega panela. Kombinacija ocetne kisline in steklene površine proizvaja natrijev acetat. Natrijev acetat je raztopina elektrolita, ki lahko prevaja električni tok. Ta pretok električne energije povzroči izgubo izhodne moči.
④ Natrijevi ioni, ki se gibljejo v električnem polju
Četrti razlog za učinek PID je gibanje natrijevih ionov v električnem polju. Natrij je najbolj mobilni ion v steklu in ko vstopi v notranjost sončne celice, reagira s sončnimi celicami in ustvari zaprt krog.
Ko so sončni kolektorji izpostavljeni visoki napetostni razliki, lahko natrijevi ioni migrirajo znotraj sončnega kolektorja in ustvarijo območja z visokim električnim potencialom. Ta pretok električne energije povzroči izgubo izhodne moči.
4. Preizkusna metoda PID
Obstaja posebna serija standardov - IEC 62804 Fotonapetostni (PV) moduli: Preskusna metoda za odkrivanje potencialno povzročene degradacije. Preskusni pogoji za odkrivanje potencialno povzročene degradacije v skladu z IEC 62084 so:
temperatura zraka 60 stopinj
85% relativne vlažnosti
Pristranskost napetosti +1000V, -1000V, +1500V ali -1500V (odvisno od značilnosti fotonapetostnega modula)
Skupni čas testiranja je 96 ur
Merila za uspešnost so v glavnem povezana z degradacijo moči, izmerjeno na koncu preskusa. Če ne presega 5 %, je test opravljen. Zato ta preizkus ne zagotavlja, da se PID ne bo pojavil ali da je modul brez PID. Fotonapetostni moduli z manjšo degradacijo moči v certifikatu IEC 62804 so lahko najbolj odporni na učinke PID. Trenutno nekateri proizvajalci podaljšajo trajanje (do 600 ur) certificiranja in ta vrsta testa je zanesljiva za izdelke, ki so odporni na učinke PID.
5. Rešitve učinka PID
Učinek PID modulov kristalnega silicija tipa P (običajne celice ASF, celice PERC)
Pri dejanskem delovanju elektrarn je dušenje PID običajno v običajnih modulih iz kristalnega silicija z okvirji (natrijum-apneno steklo, EVA film). Višja kot je sistemska napetost DC, večja je vlažnost, in višja kot je temperatura, resnejše je slabljenje PID. Učinek PID modulov kristalnega silicija tipa P je mogoče zmanjšati z naslednjimi metodami:
A. Uporabite kremenčevo steklo namesto natrijevega stekla, da odstranite Na+ in Ca+2 ione;
B. Uporabite module brez okvirja iz dvojnega stekla, da preprečite ozemljitev okvirja;
C. Uporabite kompozitne okvirje (najlon, poliuretanski materiali itd.);
Izboljšati EVA ali povečati gostoto nitridnega filma na površini celice;
② Učinek PID modulov kristalnega silicija tipa N (celice TOPCon)
Učinek PID modulov kristalnega silicija N-tipa ne povzročajo več selitveni ioni (Na+, Ca+2), temveč dielektrična polarizacija pasivacijske plasti, ki jo povzroča potencialna razlika med baterijo in okvirjem modula. Zato je mogoče PID učinek modulov kristalnega silicija tipa N preprečiti z uvedbo pasivacijske plasti z večjo prevodnostjo in nižjo dielektrično konstanto.
③ Učinek PID komponent baterije HJT
Struktura baterije HJT je popolnoma drugačna od PERC in TOPCon. Pasivacijski sloj uporablja transparenten oksidni prevodni film (TCO) namesto SiN4. Pod visokonapetostnimi prednapetostnimi pogoji ni izolacijske plasti za akumulirani naboj, tako da do pojava PID ne bo prišlo. Zato ima baterija HJT potencial, da se upre PID.