У чому полягає анти-PID-ефект сонячної панелі?
1.PID ефект
Повна назва PID: Potential Induced Degradation, що означає потенційно викликане погіршення.
PID-ефект був вперше виявлений і запропонований американською компанією SunPower у 2005 році. Він стосується тривалої роботи компонентів під високою напругою, наявності струму витоку між покривним склом, пакувальними матеріалами та рамками, а також накопичення велика кількість заряду на поверхні елемента, що погіршує ефект пасивації на поверхні елемента, що призводить до зниження коефіцієнта заповнення, струму короткого замикання та напруги холостого ходу, що робить продуктивність компонента нижчою за проектну стандарт. Ступінь ослаблення може досягати 50%, але це ослаблення оборотне.
2. Механізм дії ПІД
① Ефект високої напруги
Широкомасштабне застосування фотоелектричних систем призвело до зростання напруги системи. Акумуляторні модулі часто потребують послідовного з’єднання декількох модулів для досягнення робочої напруги MPPT інвертора, що призводить до дуже високої напруги холостого ходу та робочої напруги.
Беручи 72-модуль клітинної батареї потужністю 450 Вт у середовищі STC як приклад, напруга розімкнутого ланцюга 20-модуля рядкової батареї досягає 1000 В, а робоча напруга — 800 В. Оскільки фотоелектричні станції повинні бути оснащені блискавкозахистом і заземленнями, рами з алюмінієвого сплаву загальних компонентів повинні бути заземлені, і висока напруга постійного струму близько 1000 В буде утворюватися між елементами батареї та алюмінієвою рамою, що спричинить зміщення напруги між ланцюгом і металевою рамою заземлення.
② Іонна міграція
Під високою напругою між пакувальним матеріалом модуля батареї та матеріалами на його верхній і нижній поверхнях, а також між елементом батареї та її заземленим металевим каркасом відбувається міграція іонів, що призводить до погіршення продуктивності компонента.
Коли сонячна батарея поляризована високою негативною напругою, існує відповідна різниця напруг між самою батареєю та каркасом модуля. Це має нульовий потенціал, оскільки більшу частину часу він заземлений, тому через дуже коротку відстань між сонячною батареєю та рамою та через можливі домішки в ущільнювальному матеріалі, струм може генеруватися між коміркою та рамою, створюючи струм витоку для всього фотоелектричного модуля.
3. Причини ПІД-ефекту
① Водяна пара потрапляє в сонячну панель
Водяна пара має значний вплив на ФІД-ефект у сонячних панелях. Коли температура підвищується, водяна пара в повітрі починає конденсуватися і накопичуватися на поверхні сонячної панелі. Згодом ця конденсація може призвести до накопичення вологи в сонячній панелі, що може спричинити проблеми.
Водяна пара, яка потрапляє в сонячну панель, може створити замкнутий електричний ланцюг із сонячними елементами та іншими компонентами сонячної панелі. Це призводить до потоку електроенергії, який може призвести до того, що сонячна батарея працюватиме поганіше, ніж слід.
② Гідроліз EVA
Другою основною причиною PID-ефекту є гідроліз етиленвінілацетату (EVA) капсульного матеріалу. EVA є широко використовуваним герметизуючим матеріалом у виробництві сонячних панелей. Під впливом високої вологості та температури EVA схильний до утворення оцтової кислоти (оцту).
Оцтова кислота, що утворюється в результаті гідролізу EVA, взаємодіє з металевими компонентами сонячної панелі та створює шлях для потоку струму. Потік цього струму спричиняє втрату вихідної потужності.
③ Хімічні реакції на поверхні скла
Третьою причиною PID-ефекту є хімічна реакція між оцтовою кислотою та скляною поверхнею сонячної панелі. Поєднання оцтової кислоти та скляної поверхні виробляє ацетат натрію. Ацетат натрію - це розчин електроліту, який може проводити електричний струм. Цей потік електроенергії призводить до втрати вихідної потужності.
④ Рух іонів натрію в електричному полі
Четвертою причиною ФІД-ефекту є рух іонів натрію в електричному полі. Натрій є найбільш рухливим іоном у склі, і коли він потрапляє всередину сонячної панелі, він реагує з сонячними елементами, створюючи замкнутий контур.
Коли сонячні панелі піддаються дії високої різниці напруг, іони натрію можуть мігрувати всередині сонячної панелі, створюючи зони з високим електричним потенціалом. Цей потік електроенергії призводить до втрати вихідної потужності.
4. Метод тестування PID
Існує спеціальна серія стандартів - IEC 62804 Фотоелектричні (PV) модулі: Метод тестування для виявлення потенційно спричиненої деградації. Умови випробування для виявлення потенційно спричиненого погіршення згідно з IEC 62084:
Температура повітря 60 градусів
85% відносної вологості
Зміщення напруги +1000В, -1000В, +1500В або -1500В (залежно від характеристик фотоелектричного модуля)
Загальний час тестування – 96 годин
Критерії проходження в основному пов’язані зі зниженням потужності, виміряним наприкінці тесту. Якщо він не перевищує 5%, тест вважається пройденим. Таким чином, цей тест не гарантує, що PID не відбудеться або що модуль не містить PID. Фотоелектричні модулі з меншим зниженням потужності в сертифікації IEC 62804 можуть бути найбільш стійкими до ефектів PID. В даний час деякі виробники продовжують тривалість (до 600 годин) сертифікації, і цей тип тесту є надійним для продуктів, які стійкі до ефектів PID.
5. Рішення для ФІД-ефекту
PID-ефект кристалічних кремнієвих модулів P-типу (звичайні комірки ASF, комірки PERC)
У реальній роботі електростанцій ослаблення PID є звичайним у звичайних кристалічних кремнієвих модулях з каркасами (вапняно-натрієве скло, плівка EVA). Чим вища напруга системи постійного струму, тим більша вологість, а чим вища температура, тим серйозніше затухання ПІД. PID-ефект кристалічних кремнієвих модулів P-типу можна зменшити за допомогою таких методів:
A. Використовуйте кварцове скло замість вапняно-натрієвого скла, щоб видалити іони Na+ і Ca+2;
B. Використовуйте безкаркасні модулі з подвійного скла, щоб уникнути заземлення рами;
C. Використовувати композитні каркаси (нейлон, поліуретанові матеріали тощо);
Поліпшити EVA або збільшити щільність нітридної плівки на поверхні осередку;
② PID-ефект модулів кристалічного кремнію N-типу (елементів TOPCon)
PID-ефект кристалічних кремнієвих модулів N-типу більше не спричинений мігруючими іонами (Na+, Ca+2), а діелектричною поляризацією шару пасивації, спричиненою різницею потенціалів між батареєю та каркасом модуля. Таким чином, PID-ефект кристалічних кремнієвих модулів N-типу можна запобігти шляхом введення пасиваційного шару з вищою провідністю та нижчою діелектричною проникністю.
③ PID-ефект компонентів батареї HJT
Структура акумулятора HJT повністю відрізняється від PERC і TOPCon. Шар пасивації використовує прозору оксидну провідну плівку (TCO) замість SiN4. За умов високої напруги зміщення відсутній ізоляційний шар для накопиченого заряду, тому явище ФІД не виникне. Таким чином, акумулятор HJT має потенціал протистояти PID.