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潛在電勢誘導衰減現象(PotentialInduced Degradation),簡稱PID,是組件長期在高電壓作用下使得玻璃、封裝材料之間存在漏電流,大量的電荷聚集在電池表面,讓得電池表面鈍化效果惡化,最終導致FF、Isc、Voc降低,使組件性能低于設計標準。

PID的真正原因到目前為止還沒有明確的定論,但各個光伏電池組件廠和研究機構的數據表明:PID與電池、玻璃、膠膜、溫度、濕度和電壓有關。

一、近些年發生的PID事件

2005年,美國SunPower公司發現太陽電池表面會出現“表面極化”現象,它發生在SunPower的背極接觸高效電池片A-330上(N型電池片) 。如果在組件上施加相對于地面的正向電壓,漏電流會立即從電池流向地面,電池的表面會隨著時間累積負電荷,這些電荷會將正電荷吸引到電池表面,形成復合中心,組件性能降低。

相反,當組件上施加負電壓時,極化現象也相應改變,這種情況下組件的性能不會有影響。

2008年,Evergreen報道了PID出現在高負偏壓下的正面連接P型電池組件中。

2010年,NREL和Solon證實無論光伏組件采用何種技術的P型晶硅電池片,組件在負偏壓下都有PID的風險。

淺析光伏發電中的潛在電勢誘導衰減現象

淺析光伏發電中的潛在電勢誘導衰減現象
二、PID現象的特征

1、PID現象產生的根本條件是光照和組件表面潮濕,多發生在有露水或者有霧的清晨或者白天雨后。

2、組件的負偏壓越大時,PID現象越嚴重,功率和填充因子有明顯下降。

3、PID現象是可以恢復的,組件表面干燥后,現象消失,不會造成永久損傷。

三、影響PID現象的因素

1、系統陣列安裝方面影響因素

組件陣列的組件其邊框通常是接地的,造成在單個組件和邊框之間形成偏壓,決定單個組件的偏壓的大小主要因素是:

(1)逆變器的類型和接地方式

(2)組件在陣列中的位置

(3)組件串接的數量

與逆變器輸入端相鄰的組件電路通常承受著實際的最大系統電壓——

淺析光伏發電中的潛在電勢誘導衰減現象

逆變器和陣列的負極輸出端接地可有效預防PID現象——

組件陣列中不同接地方式下各位置組件的偏壓情況:

淺析光伏發電中的潛在電勢誘導衰減現象

接地方式和組件在陣列中的位置決定了電池片和組件是受到正偏壓還是負偏壓,負偏壓下越靠近逆變器輸出端的組件負偏壓越大,PID現象也越明顯。而處在正偏壓下的組件,PID現象不明顯。

2、組件技術方面影響因素
環境條件如溫濕度使電池片和接地邊框之間形成漏電流。封裝材料、背板、玻璃和邊框之間形成漏電流通道。
減少組件中漏電流方法:
(1)使用特殊玻璃代替鈉鈣玻璃,(減少玻璃中鈉離子)價格昂貴
(2)采用高體電阻率的封裝材料(EVA),同時要考慮光學性能和價格
淺析光伏發電中的潛在電勢誘導衰減現象
3、太陽能電池技術方面影響因素
太陽能電池的制造工藝差異也會影響到組件的PID現象,具體影響有以下幾點:
(1)?基底材料的性能——硅片電阻率越高,PID性能越好。
(2)?發射極方塊電阻——增加方塊電阻會使電池片更容易衰減,也更容易發生PID現象;電池片摻雜不均勻導致方塊電阻不均勻,也更容易出現PID現象。
(3)?減反射層性能——采用高Si/N比率的減反射層,可以減少PID現象。采用不同沉積方法制備減反射層有不同的PID現象。
目前電池廠采用的常規方法:
A、鍍高折射率的減反膜。
B、先在硅基體上生長SiO2層后,再鍍SiN減反射膜。
淺析光伏發電中的潛在電勢誘導衰減現象
四、組件防PID性能測試(PID-free)
目前IEC尚沒有出臺有關實驗室進行PID測試和評估的正式標準,但有一個工作文件,大致測試方式如下:
(1)取樣:按IEC60410要求,從相同批次中抽取2個組件。
(2)消除組件早期衰減效應,組件開路進行5-5.5Kwh/m2輻照。
(3)目測,按IEC61215章節7,IEC61730-2章節10.1.3。
(4)組件EL成像和最大功率測定。
(5)濕漏電流測試和接地連續性測試。
(6)60+/-1℃、85+/-2%,系統電壓直流1000V施加在組件輸出端和鋁框之間96小時。
(7)組件EL成像和最大功率測定、濕熱電流測定。
(8)合格判定。
其中,合格判定依據于:
(1)最終的最大輸出功率與初始值比,衰減不超過5%。
(2)沒有目測不合格現象(按IEC61215版本2條目7要求)。
(3)濕漏電流測試合格(符合IEC61215版本2條目10.15要求)。
(4)試驗結束后組件功能完整。
五、總結
1、PID現象的特征:
(1)PID現象產生的根本條件是光照和組件表面潮濕。
(2)組件的負偏壓越大時,PID現象越嚴重,功率和填充因子有明顯下降。
(3)PID現象是可以恢復的,不會造成永久損傷。
2、結合成本考慮,目前改善PID現象的常用方法:
(1)光伏系統:組件和逆變器的直流端負極接地。
(2)組件邊框接地。
(3)改進電池的減反射層工藝(高折射率或者SiO2+SiN結構的膜層)。
來源:易事特

END

原文始發于微信公眾號(光伏產業通):淺析光伏發電中的潛在電勢誘導衰減現象

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