電勢誘導衰減(PID)最早于2005年由美國Sunpower公司發現并提出。
PID是指光伏組件在電勢差的作用下使邊框、玻璃與太陽電池之間存在漏電流，導致光伏組件實際輸出功率低于其標稱功率。
目前，國內外光伏電站針對光伏組件PID現象采用的方案主要有3種，分別是：
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提高光伏組件內太陽電池串的電壓(即將太陽電池串負極接地，光伏組件與其邊框之間形成正向偏壓)；
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夜間向光伏組件施加反向電壓；
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其中，提高光伏組件內太陽電池串電壓的方案為事前預防方案，雖然可以起到一定的防PID效果，但對于安裝在工商業屋頂的屋頂分布式光伏發電項目來說，存在安全隱患；
夜間向光伏組件施加反向電壓為發生PID后進行修復的方案，需增加修復設備，且修復效果存在不確定性，因此，以上3種方案中，優化光伏組件抗PID性能，提高其自身抗PID能力是最直接且經濟的方案。
為優化光伏組件抗PID性能，業內研究人員先后嘗試了在太陽電池表面改變基極電阻率，改變減反射膜SiN的比例、厚度及致密性，但均無法在太陽電池的光電轉換效率與光伏組件的抗PID性能之間取得較好的平衡。
最后有研究發現，在等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)前，通過熱氧化形成一層納米級厚的SiO2膜，可使光伏組件的抗PID性能有一定提升；
但該工藝較復雜，且抗PID效果存在不穩定性，因此，提升封裝膠膜內帶電離子阻隔能力成為另一種優化光伏組件抗PID性能的選擇。
為對比不同類型封裝膠膜的技術性能，選取同一廠家生產的3類不同分子結構的封裝膠膜進行對比測試。
每類封裝膠膜各取3個批次的樣品，分別測試體積電阻率及水蒸氣透過率。
不同分子結構封裝膠膜的體積電阻率測試結果如表1所示，水蒸氣透過率測試結果如表2所示。
表1 不同分子結構封裝膠膜的體積電阻率測試結果
從表1可以看出：不同分子結構封裝膠膜的體積電阻率從高到低的排序是C類封裝膠膜>B類封裝膠膜>A類封裝膠膜，即POE>高阻助劑型EVA>普通EVA，且POE的體積電阻率比普通EVA的高約2個數量級，高阻助劑型EVA的體積電阻率比普通EVA的高約1個數量級。
表2 不同分子結構封裝膠膜的水蒸氣透過率測試結果
從表2可以看出：不同分子結構封裝膠膜的水蒸氣透過率從低到高的排序是C類封裝膠膜<B類封裝膠膜<A類封裝膠膜，即POE<高阻助劑型EVA<普通EVA。結合表1的結果，說明不同分子結構的封裝膠膜的體積電阻率越高，水蒸氣透過率越低。
選取A、B、C這3類封裝膠膜3個批次的產品，然后各封裝1塊光伏組件，共組成9塊光伏組件樣品。
需保證這些光伏組件樣品除封裝膠膜外，其他材料及工藝均一致，太陽電池選擇膜折射率為2.03的非抗PID型太陽電池，玻璃選擇厚度為3.2mm的常規鍍膜玻璃，背面采用市場主流的KPF結構背板。
采用不同類型封裝膠膜封裝的光伏組件最大輸出功率Pmax的測試結果如表3所示。
表3 采用不同類型封裝膠膜封裝的光伏組件最大輸出功率的測試結果
從表3可以看出：分別采用3類封裝膠膜封裝的光伏組件最大輸出功率差異不大，最大輸出功率平均值的差值小于1Wp，這說明這3種不同分子結構的封裝膠膜對光伏組件輸出功率差異的影響不大。
為加速光伏組件的抗PID性能測試，將上述制備的9塊光伏組件樣品按照IECTS62804-1-1—2020中的方法進行PID測試。
記錄PID測試持續96h過程中各光伏組件漏電流的變化情況，不同類型封裝膠膜封裝的光伏組件漏電流的變化曲線如圖2所示(以每類光伏組件3個批次的漏電流的平均值進行表征)。圖中，正、負號代表電流方向，下同。
圖2 PID測試中不同類型封裝膠膜封裝的光伏組件的漏電流變化曲線
從圖2可以看出：PID測試中，采用A類封裝膠膜(普通EVA)封裝的光伏組件的漏電流絕對值明顯高于采用B類封裝膠膜(高阻助劑型EVA)或C類封裝膠膜(POE)封裝的光伏組件的漏電流絕對值，且采用POE封裝的光伏組件的漏電流絕對值最低。
將光伏組件樣品從實驗箱取出，按照IEC60904-1-1—2017同時測試9塊光伏組件樣品的最大輸出功率，然后根據式(1)計算PID測試后光伏組件的功率衰減率Pa，計算結果如表4所示。
式中：Pmax1為原始的光伏組件最大輸出功率；Pmax2為PID測試后的光伏組件最大輸出功率。
表4 PID測試后不同類型封裝膠膜封裝的光伏組件的功率衰減率
從表4可知：PID測試后，采用A類封裝膠膜(普通EVA)封裝的光伏組件的功率衰減率平均值達到了31.68%；采用B類封裝膠膜(高阻助劑型EVA)封裝的光伏組件的功率衰減率平均值為6.56%，說明高阻助劑型EVA對抑制光伏組件PID現象有一定效果，但并不能完全抑制PID現象的產生；而采用C類封裝膠膜(POE)封裝的光伏組件的功率衰減率最低，平均值僅為1.71%，說明POE有較明顯的PID抑制效果。
為驗證光伏組件PID修復過程的漏電流變化，對9塊光伏組件樣品進行實驗室PID加速修復實驗。
實驗箱與前文PID測試的實驗箱一致，電源電壓為1000V，測試時間為96h。
記錄PID修復過程中不同類型封裝膠膜封裝的光伏組件的漏電流變化情況(以每類光伏組件3個批次的漏電流的平均值進行表征)，其變化曲線如圖4所示。
圖4 PID修復過程中不同類型封裝膠膜封裝的光伏組件的漏電流變化曲線
從圖4可以看出：PID修復過程中，不同類型封裝膠膜封裝的光伏組件的漏電流從高到低的排序為：采用A類封裝膠膜(普通EVA)封裝的光伏組件>采用B類封裝膠膜(高阻助劑型EVA)封裝的光伏組件>采用C類封裝膠膜(POE)封裝的光伏組件。
結合圖2的測試結果可以說明，無論是PID衰減過程中還是PID修復過程中，不同類型封裝膠膜封裝的光伏組件的漏電流絕對值從高到低的排序均為：采用普通EVA封裝的光伏組件>采用高阻助劑型EVA封裝的光伏組件>采用POE封裝的光伏組件。
經過96h的PID修復后，按照IEC60904-1-1—2017中的要求再次測試光伏組件的最大輸出功率，然后按照式(2)計算PID修復后光伏組件的功率變化率Pc，具體計算結果如表5所示。
式中：Pmax3為PID修復后的光伏組件最大輸出功率。
表5 PID修復后不同類型封裝膠膜封裝的光伏組件的功率變化率
從表5可知：PID修復后，采用A類封裝膠膜(普通EVA)封裝的光伏組件的功率變化率平均值為3.97%，即修復率為31.68%–3.97%=27.71%；采用B類封裝膠膜(高阻助劑型EVA)封裝的光伏組件的功率修復率為6.56%–1.95%=4.61%；
采用C類封裝膠膜(POE)封裝的光伏組件的功率修復率為1.71%–0.58%=1.13%。
可以看出，采用普通EVA封裝的光伏組件的PID值最大，對應的PID修復效果也較明顯，說明光伏組件在高溫高濕環境、組件邊框與帶電體之間外加正向電壓的條件下，可實現大部分的功率修復。
根據前文實驗結果對抑制光伏組件PID現象的機理進行分析。
當相對濕度超過40%時，空氣中的水分通過光伏組件背板或硅膠滲透至玻璃表面，并與玻璃中的Na+進行離子交換產生Na2O或者Na2CO3；
另外，EVA中的酯鍵在遇到水后發生分解，產生可以自由移動的醋酸；可以自由移動的醋酸和玻璃表面析出的堿反應后，產生了可以自由移動的Na+。
Na+在外加電場的作用下向太陽電池表面移動并富集到減反射層，從而導致光伏組件PID現象的產生。因此，提高封裝膠膜的體積電阻率，降低封裝膠膜的醋酸析出，可有效抑制光伏組件PID現象的產生。
高阻助劑型EVA封裝膠膜在普通EVA封裝膠膜的基礎上添加了抗PID助劑，該助劑為含乙氧基“”或含丙氧基“”的丙烯酸酯。
抗PID助劑采用以下一種或幾種的混合物：乙氧化季戊四醇三丙烯酸酯、丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、丙氧化甘油三丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯等。
由于該抗PID助劑主鏈為碳鏈，支鏈含有若干羥基的樹脂結構，該結構與EVA樹脂的水解產物結構相似，可以抑制EVA水解反應，有效減少EVA樹脂的水解，從而可保證EVA膜的交聯密度，提高封裝膠膜的體積電阻率，達到抑制光伏組件PID現象產生的目的。
而POE封裝膠膜與普通EVA封裝膠膜的體積電阻率差異主要體現在粒子本身性能差異方面。
POE的分子結構如圖5所示，主要為乙烯與α-烯烴共聚物，粒子為非極性樹脂；而EVA的分子結構如圖6所示，主要為乙烯-醋酸乙烯共聚物，由乙烯(E)和醋酸乙烯(VA)共聚而成，粒子為極性樹脂。
POE和EVA的離子移動的能力存在較大差異，POE的離子運動較慢，因此POE的極化時間常數較長。
POE封裝膠膜體積電阻率的提高，大幅減少了玻璃中Na+遷移到太陽電池表面的速度，從而達到了抑制光伏組件PID的效果。
本文通過實驗驗證和理論分析的方法，對不同分子結構的封裝膠膜對光伏組件漏電流及抗PID的影響進行了實證研究，研究結果表明：
在相同實驗條件(實驗箱中環境溫度85℃、相對濕度85%，外接-1000V直流電源，測試時間96h)下，采用不同分子結構封裝膠膜封裝的光伏組件表現出不同的抗PID性能。
POE封裝膠膜的體積電阻率最高，對應的光伏組件抗PID性能最好；而普通EVA封裝膠膜的體積電阻率低，對應的光伏組件無明顯抗PID效果。
封裝膠膜的體積電阻率越高，水蒸氣透過率越低，對應的光伏組件的漏電流絕對值越低。
采用普通EVA封裝膠膜的光伏組件在高溫高濕條件下的功率衰減率平均值為31.68%，衰減速度快于其在常溫條件(環境溫度25℃、相對濕度50%)下的，高溫高濕環境更易加速光伏組件PID現象，因而光伏組件應用于高溫高濕環境中時，應優先選擇POE封裝膠膜。
由于光伏組件在電站中需要運行25年甚至更長時間，光伏組件PID現象對光伏電站的收益將造成長期影響。當前電站端光伏組件抗PID方案很多，提高光伏組件自身抗PID性能是最直接有效的方式。選擇技術性能更好的光伏組件封裝膠膜，對優化光伏組件抗PID性能有更高的品質保障。
來源：封裝膠膜的體積電阻率對光伏組件抗PID性能的影響研究
原文始發于微信公眾號（光伏產業通）：封裝膠膜的體積電阻率對光伏組件抗PID性能的影響
