什么是抗PID效应

学术   2024-08-07 20:50   河南  

1. PID效应

PID的英文全称是:Potential Induced Degradation,即电势诱导衰减。

2005年美国SunPower公司首次发现并提出PID效应,指组件长期在高电压工作,在盖板玻璃、封装材料、边框之间存在漏电流,大量电荷聚集在电池片表面,使得电池片表面的钝化效果恶化,导致填充因子、短路电流、开路电压降低,使组件性能低于设计标准,衰减程度可达50%,但此衰减是可逆的。

2. PID效应产生机理

① 高电压作用

光伏系统大规模应用导致系统电压越来越高,电池组件往往需要多块串联才能达到逆变器的MPPT工作电压,这导致了很高的开路电压和工作电压。

以STC环境下450W的72片电池组件为例,20串电池组件的开路电压高达1000V,工作电压高达800V。由于光伏电站需要配套防雷接地工程,一般组件的铝合金边框都要求接地,电池片和铝框之间就会形成接近1000V的直流高压,造成电路与金属接地边框存在电压偏置。

② 离子迁移

在电池组件的封装材料和其上表面及下表面的材料之间,以及电池片与其接地金属边框之间的高电压作用下,出现离子迁移,导致组件性能衰减。

当太阳能电池以高负电压极化时,电池本身与模块框架之间存在相关电压差。这是在零电位,因为大部分时间它是接地的,因此,由于太阳能电池和框架之间的距离非常短,并且由于密封材料中可能存在杂质,因此可以在电池和框架之间产生电流,为整个光伏模块产生电流泄漏。

3. PID效应产生原因

① 水汽进入组件:水汽进入光伏组件后,在封装胶的作用下,呈弱酸性,导致电池片的电子跃迁发生变化。

② EVA水解产生醋酸:水汽导致EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)水解,进而产生醋酸。

③ 醋酸与玻璃表面反应:醋酸与玻璃表面的碱反应,产生可以自由移动的钠离子

④ 钠离子在电场作用下移动:钠离子在电场的促进作用下移动至电池表面,导致组件性能下降。

4. PID测试方法

有一个特定的标准系列- IEC 62804光伏(PV)模块:检测潜在诱导退化的测试方法,根据IEC 62084检测潜在诱导退化的测试条件是:

  • 60°C空气温度 

  • 85%相对湿度

  • +1000V、-1000V、+1500V或-1500V的电压偏置(根据PV模块特性)

  • 总测试时间为96小时

通过标准主要与测试结束时测得的功率衰减有关。如果不超过5%,则测试通过。因此,该测试并不能确保PID不会发生或模块没有PID, IEC 62804 认证中具有较低功率退化的光伏组件可能最能抵抗PID效应。目前一些制造商延长持续时间(最多600小时)认证,这类测试对于抗PID效应产品是可靠的。

5. PID效应解决方法

① P型晶硅组件PID效应(常规ASF电池、PERC电池)

电站实际运行中,PID衰减在带边框(钠钙玻璃、EVA膜)常规晶体硅组件中普遍存在,直流端系统电压越高、湿度越大、温度越高的环境PID衰减越严重。可以通过以下方法降低P型晶硅组件的PID效应:

A. 选用石英玻璃代替钠钙玻璃,去除Na+、Ca+2离子;

B. 使用双玻无边框组件避免边框接地;

C. 使用复合边框(尼龙、聚氨酯材料等;

D. 对EVA进行改进,或增大电池片表面氮化膜的致密度;                   

② N型晶硅组件PID效应(TOPCon电池)

N型晶硅组件PID效应不再是迁移离子(Na+、 Ca+2)引起,而是电池与组件边框之间电势差引起钝化层的电介质极化导致,因此可以通过引入具有较高电导率和较低介电常数的钝化层可以防止N型晶硅组件的PID效应。

③ HJT电池组件PID效应

HJT电池结构与PERC和TOPCon完全不同,钝化层采用透明氧化物导电薄膜(TCO),代替SiN4,在高压偏压条件下,不存在积累电荷的绝缘层,因此不会产生PID现象,因此HJT电池具有抗PID的潜力。 

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