Jaký je anti-PID účinek solárního panelu?
1. PID efekt
Úplný název PID je: Potential Induced Degradation, což znamená potenciální indukovaná degradace.
PID efekt byl poprvé objeven a navržen americkou společností SunPower v roce 2005. Týká se dlouhodobého provozu součástek pod vysokým napětím, existence svodového proudu mezi krycím sklem, obalovými materiály a rámy a akumulace a velké množství náboje na povrchu článku, což zhoršuje pasivační efekt na povrchu článku, což vede ke snížení plnicího faktoru, zkratového proudu a napětí naprázdno, čímž je výkon součástky nižší než u konstrukce norma. Stupeň útlumu může dosáhnout 50 %, ale tento útlum je vratný.
2. Mechanismus účinku PID
① Efekt vysokého napětí
Rozsáhlá aplikace fotovoltaických systémů vedla k vyššímu a vyššímu systémovému napětí. Bateriové moduly často vyžadují zapojení více modulů do série, aby bylo dosaženo pracovního napětí MPPT střídače, což vede k velmi vysokému napětí naprázdno a pracovnímu napětí.
Vezmeme-li jako příklad modul 72-článkové baterie o výkonu 450 W v prostředí STC, napětí naprázdno 20-modulu řetězcové baterie je až 1000 V a pracovní napětí až 800 V. Protože fotovoltaické elektrárny musí být vybaveny ochranou před bleskem a uzemňovacími projekty, je nutné uzemnit rámy z hliníkových slitin obecných komponentů a mezi články baterie a hliníkovým rámem se vytvoří stejnosměrné vysoké napětí téměř 1000 V, což způsobí předpětí mezi obvodem a kovovým uzemňovacím rámem.
② Iontová migrace
Pod vysokým napětím mezi obalovým materiálem bateriového modulu a materiály na jeho horním a spodním povrchu a mezi bateriovým článkem a jeho uzemněným kovovým rámem dochází k migraci iontů, což má za následek zhoršení výkonu komponent.
Když je solární článek polarizován vysokým záporným napětím, existuje relevantní rozdíl napětí mezi samotnou baterií a rámem modulu. To je na nulovém potenciálu, protože většinu času je uzemněno, takže kvůli velmi krátké vzdálenosti mezi solárním článkem a rámem a kvůli možným nečistotám v těsnicím materiálu může mezi článkem a rámem vznikat proud. únik proudu pro celý fotovoltaický modul.
3. Příčiny PID efektu
① Vodní pára vstupující do solárního panelu
Vodní pára má významný vliv na PID efekt v solárních panelech. Jak teplota stoupá, vodní pára ve vzduchu začne kondenzovat a hromadit se na povrchu solárního panelu. V průběhu času může tato kondenzace vést k akumulaci vlhkosti v solárním panelu, což může způsobit problémy.
Vodní pára, která vstupuje do solárního panelu, může vytvořit uzavřený elektrický okruh se solárními články a dalšími součástmi solárního panelu. To má za následek tok elektřiny, který může způsobit, že solární panel bude fungovat hůře, než by měl.
② Hydrolýza EVA
Druhou hlavní příčinou PID efektu je hydrolýza zapouzdřovacího materiálu Ethylene Vinyl Acetate (EVA). EVA je široce používaný zapouzdřovací materiál při výrobě solárních panelů. Při vystavení vysoké vlhkosti a teplotě je EVA náchylná k tvorbě kyseliny octové (octa).
Kyselina octová produkovaná hydrolýzou EVA interaguje s kovovými součástmi solárního panelu a vytváří cestu pro tok proudu. Průtok tohoto proudu způsobuje ztrátu výstupního výkonu.
③ Chemické reakce na povrchu skla
Třetí příčinou PID efektu je chemická reakce mezi kyselinou octovou a skleněným povrchem solárního panelu. Kombinací kyseliny octové a skleněného povrchu vzniká octan sodný. Octan sodný je roztok elektrolytu, který může vést elektřinu. Tento tok elektřiny vede ke ztrátě výkonu.
④ Sodné ionty pohybující se v elektrickém poli
Čtvrtým důvodem PID efektu je pohyb sodíkových iontů v elektrickém poli. Sodík je nejpohyblivější iont ve skle, a když vstoupí do solárního panelu, reaguje se solárními články a vytváří uzavřený okruh.
Když jsou solární panely vystaveny vysokému rozdílu napětí, sodíkové ionty mohou migrovat uvnitř solárního panelu a vytvářet oblasti s vysokým elektrickým potenciálem. Tento tok elektřiny vede ke ztrátě výkonu.
4. Testovací metoda PID
Existuje specifická řada norem - IEC 62804 Fotovoltaické (PV) moduly: Zkušební metoda pro detekci potenciálně indukované degradace. Zkušební podmínky pro detekci potenciálně indukované degradace podle IEC 62084 jsou:
teplota vzduchu 60 stupňů
85% relativní vlhkost
Předpětí napětí +1000V, -1000V, +1500V nebo -1500V (v závislosti na charakteristikách FV modulu)
Celková doba testu je 96 hodin
Kritéria úspěšnosti se týkají hlavně snížení výkonu naměřeného na konci testu. Pokud nepřesáhne 5 %, test je úspěšný. Proto tento test nezaručuje, že nedojde k PID nebo že modul je bez PID. FV moduly s nižším snížením výkonu v certifikaci IEC 62804 mohou být nejodolnější vůči vlivům PID. V současné době někteří výrobci prodlužují dobu trvání (až 600 hodin) certifikace a tento typ testu je spolehlivý pro produkty, které jsou odolné vůči účinkům PID.
5. Řešení PID efektu
PID efekt modulů krystalického křemíku typu P (konvenční články ASF, články PERC)
Ve skutečném provozu elektráren je PID útlum běžný u konvenčních krystalických křemíkových modulů s rámečky (sodnovápenaté sklo, EVA fólie). Čím vyšší je napětí stejnosměrného systému, tím vyšší je vlhkost a čím vyšší je teplota, tím závažnější je útlum PID. PID efekt modulů krystalického křemíku typu P lze snížit následujícími metodami:
A. K odstranění iontů Na+ a Ca+2 použijte místo sodnovápenatého skla křemenné sklo;
B. Použijte bezrámové moduly s dvojitým sklem, abyste zabránili uzemnění rámu;
C. Používejte kompozitní rámy (nylon, polyuretanové materiály atd.);
Zlepšit EVA nebo zvýšit hustotu nitridového filmu na povrchu článku;
② PID efekt modulů krystalického křemíku typu N (články TOPCon)
PID efekt modulů krystalického křemíku typu N již není způsoben migrujícími ionty (Na+, Ca+2), ale dielektrickou polarizací pasivační vrstvy způsobenou rozdílem potenciálů mezi baterií a rámem modulu. Proto lze PID efektu modulů krystalického křemíku typu N zabránit zavedením pasivační vrstvy s vyšší vodivostí a nižší dielektrickou konstantou.
③ PID efekt komponent baterie HJT
Struktura baterie HJT je zcela odlišná od PERC a TOPCon. Pasivační vrstva používá místo SiN4 průhledný oxidový vodivý film (TCO). Za podmínek vysokonapěťového předpětí neexistuje žádná izolační vrstva pro nahromaděný náboj, takže k jevu PID nedojde. Proto má baterie HJT potenciál odolávat PID.