潛在電勢誘導(dǎo)衰減現(xiàn)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(dǎo)致FF、Isc、Voc降低,使組件性能低于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

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(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)表明:PID與電池、玻璃、膠膜、溫度、濕度和電壓有關(guān)。

一、近些年發(fā)生的PID事件

2005年,美國SunPower公司發(fā)現(xiàn)太陽電池表面會出現(xiàn)“表面極化”現(xiàn)象,它發(fā)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(fù)電荷,這些電荷會將正電荷吸引到電池表面,形成復(fù)合中心,組件性能降低。

相反,當(dāng)組件上施加負(fù)電壓時,極化現(xiàn)象也相應(yīng)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(xiàn)在高負(fù)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(shù)的P型晶硅電池片,組件在負(fù)偏壓下都有PID的風(fēng)險。

淺析光伏發(fā)電中的潛在電勢誘導(dǎo)衰減現(xiàn)象

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二、PID現(xiàn)象的特征

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

2、組件的負(fù)偏壓越大時,PID現(xiàn)象越嚴(yán)重,功率和填充因子有明顯下降。

3、PID現(xiàn)象是可以恢復(fù)的,組件表面干燥后,現(xiàn)象消失,不會造成永久損傷。

三、影響PID現(xiàn)象的因素

1、系統(tǒng)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(shù)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(tǒng)電壓——

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逆變器和陣列的負(fù)極輸出端接地可有效預(yù)防PID現(xiàn)象——

組件陣列中不同接地方式下各位置組件的偏壓情況:

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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(fù)偏壓,負(fù)偏壓下越靠近逆變器輸出端的組件負(fù)偏壓越大,PID現(xiàn)象也越明顯。而處在正偏壓下的組件,PID現(xiàn)象不明顯。

2、組件技術(shù)方面影響因素
環(huán)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(xué)性能和價格
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3、太陽能電池技術(shù)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(xiàn)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(fā)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(fā)生PID現(xiàn)象;電池片摻雜不均勻?qū)е路綁K電阻不均勻,也更容易出現(xiàn)PID現(xiàn)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(xiàn)象。采用不同沉積方法制備減反射層有不同的PID現(xiàn)象。
目前電池廠采用的常規(guī)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。
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四、組件防PID性能測試(PID-free)
目前IEC尚沒有出臺有關(guān)實驗室進(jìn)行PID測試和評估的正式標(biāo)準(zhǔn),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(yīng),組件開路進(jìn)行5-5.5Kwh/m2輻照。
(3)目測,按IEC61215章節(jié)7,IEC61730-2章節(jié)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(xù)性測試。
(6)60+/-1℃、85+/-2%,系統(tǒng)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(jù)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(xiàn)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(jié)束后組件功能完整。
五、總結(jié)
1、PID現(xiàn)象的特征:
(1)PID現(xiàn)象產(chǎn)生的根本條件是光照和組件表面潮濕。
(2)組件的負(fù)偏壓越大時,PID現(xiàn)象越嚴(yán)重,功率和填充因子有明顯下降。
(3)PID現(xiàn)象是可以恢復(fù)的,不會造成永久損傷。
2、結(jié)合成本考慮,目前改善PID現(xiàn)象的常用方法:
(1)光伏系統(tǒng):組件和逆變器的直流端負(fù)極接地。
(2)組件邊框接地。
(3)改進(jìn)電池的減反射層工藝(高折射率或者SiO2+SiN結(jié)構(gòu)的膜層)。
來源:易事特

END

原文始發(fā)于微信公眾號(光伏產(chǎn)業(yè)通):淺析光伏發(fā)電中的潛在電勢誘導(dǎo)衰減現(xiàn)象

作者 li, meiyong

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