隨著光伏行業(yè)的不斷發(fā)展，光伏電站的應(yīng)用地從荒無人煙的戈壁大漠到陽光燦爛的內(nèi)陸、沿海城市，應(yīng)用環(huán)境的不同造成了光伏電站的發(fā)電效率的差異性。組件的PID效應(yīng)作為影響電站發(fā)電量的重要因素之一，受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。

隨著光伏行業(yè)的不斷發(fā)展，光伏電站的應(yīng)用地從荒無人煙的戈壁大漠到陽光燦爛的內(nèi)陸、沿海城市，應(yīng)用環(huán)境的不同造成了光伏電站的發(fā)電效率的差異性。組件的PID效應(yīng)作為影響電站發(fā)電量的重要因素之一，受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。那么PID效應(yīng)的成因和危害是什么?究竟什么方案是抑制PID效應(yīng)最可靠的方法呢?

1、PID效應(yīng)的危害有哪些?

PID效應(yīng)(Potential Induced Degradation)又稱電勢誘導(dǎo)衰減，是電池組件的封裝材料和其上表面及下表面的材料，電池片與其接地金屬邊框之間的高電壓作用下出現(xiàn)離子遷移，而造成組件性能衰減的現(xiàn)象。

下表為組件PID效應(yīng)測試前后的參數(shù)及I-V曲線對比【1】，通過對比明顯可以看出PID效應(yīng)對太陽能電池組件的輸出功率影響巨大，是光伏電站發(fā)電量的“恐怖殺手”。

功率對照表

I-V曲線(PID效應(yīng)測試前)I—V曲線(PID效應(yīng)測試后)

2、為什么會發(fā)生PID效應(yīng)?

通過光伏電池組件廠商和研究機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)表明，PID效應(yīng)與組件構(gòu)成、封裝材料、所處環(huán)境溫度、濕度和電壓有著緊密的聯(lián)系。

1)太陽能電池組件的構(gòu)成

太陽能電池組件由玻璃+EVA+電池片+EVA+TPT+邊框構(gòu)成，各個部分的組成詳見下圖。

太陽能電池組件的構(gòu)成

2)PID效應(yīng)發(fā)生的過程

目前對組件發(fā)生PID效應(yīng)的真正原因說法不一，比較典型的解釋如下：

(1)潮濕、高溫的環(huán)境容易產(chǎn)生水蒸氣，水蒸氣通過封邊硅膠或背板進(jìn)入組件內(nèi)部;

(2)EVA(乙烯—醋酸乙烯共聚物)的酯鍵在遇到水后發(fā)生反應(yīng)，生成可自由移動的醋酸;

EVA水解反應(yīng)方程式

(3)醋酸和玻璃中的純堿(Na2CO3)反應(yīng)將Na+析出，在電池內(nèi)部電場作用下移動至電池表面，造成玻璃體電阻降低;

Na+的析出及移動過程

(4)經(jīng)過美國NERL(國家能源部可再生能源實驗室)的研究無論采用任何技術(shù)的P型晶硅電池片，組件在負(fù)偏壓下均有發(fā)生電勢誘導(dǎo)衰減的風(fēng)險。因為光伏陣列的組件邊框通常都是接地的，造成單個組件和邊框之間形成偏壓，所以越靠近負(fù)極輸出端的組件承受負(fù)偏壓現(xiàn)象越明顯。

電池板在陣列中的位置和偏壓形成的關(guān)系[!--empirenews.page--]

(5)在負(fù)偏壓的作用下，漏電流通路因此形成，漏電流由電池片→EVA→玻璃表面→邊框→支架，最終流向大地。

負(fù)偏壓作用下漏電流路徑【2】

(6)在漏電流的作用下，帶正電的載流子穿過玻璃，通過邊框流向地面，使得負(fù)電荷在電池片表面堆積，吸引光電載流子(空穴)流向N型硅的表面聚集起來，而不是像正常狀態(tài)下一樣流向正極(P極)。這種表面極化現(xiàn)象而引起的輸出功率衰減就是PID效應(yīng)。

3、如何抑制PID效應(yīng)的發(fā)生?

了解到PID效應(yīng)對光伏電站發(fā)電量的巨大影響，抑制PID效應(yīng)更加刻不容緩。根據(jù)對PID效應(yīng)的分析可以得出兩種處理方案，一種是從組件側(cè)考慮，另一種是從逆變器側(cè)考慮，具體方案如下：

1)從組件側(cè)考慮：

(1)采用非Na、Ca玻璃提高玻璃的體電阻，阻斷漏電流通路的形成;

(2)采用非乙烯—醋酸乙烯共聚物的封裝材料。

特點：從材料上抑制PID效應(yīng)，安全、可靠，但非Na、Ca玻璃的成本高昂。另外新材料的穩(wěn)定性問題也是未知數(shù)，目前無法推廣應(yīng)用。

2)從逆變器側(cè)考慮：

采用組件負(fù)極接地的方式，防止負(fù)偏壓造成的漏電流形成。

負(fù)偏壓和正偏壓下組件PID效應(yīng)對比

特點：處置方案簡便、成本低、效果顯著，但負(fù)極直接接地會造成安全隱患，威脅電站的正常運行和運維安全。逆變器負(fù)極接地后，若發(fā)生組件正極接地故障則會造成電池板短路，而運維人員如若接觸到正極則會發(fā)生電擊危險，所以負(fù)極接地電路必須具有異常電流監(jiān)測及分?jǐn)啾Ｗo(hù)系統(tǒng)，方可在抑制PID效應(yīng)的同時保障電站設(shè)備的運行安全。

作為行業(yè)領(lǐng)軍的逆變器設(shè)備研發(fā)、制造企業(yè)，特變電工不斷突破自我，創(chuàng)新求變，通過對PID效應(yīng)進(jìn)行長期的實驗研究和積累，研發(fā)出一套能夠可靠抑制PID效應(yīng)的解決方案，它既能夠保障負(fù)極接地的可靠性，又能使逆變器具備完善的保護(hù)功能，被稱為防PID效應(yīng)套件。

防PID效應(yīng)套件簡介

防PID效應(yīng)套件是由絕緣監(jiān)測系統(tǒng)和接地保護(hù)系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，工作原理如下：

絕緣監(jiān)測系統(tǒng)：假設(shè)電池板PV+對大地的絕緣阻抗為Rx(因負(fù)極接地，故無需監(jiān)測PV-對地阻抗)。首先為PV+并聯(lián)已知電阻R1，其次測量并聯(lián)后PV+對大地電壓，最后計算出Rx值。一旦Rx低于閾值時，逆變器立刻報警停機(jī)，防止絕緣阻抗過低造成的短路風(fēng)險。

絕緣監(jiān)測的原理

接地保護(hù)系統(tǒng)：GFDI(PV Ground-Fault Detector Interrupter)設(shè)備由分?jǐn)嗥骷?高精度傳感器組成，分?jǐn)嗥骷?fù)責(zé)在故障電流出現(xiàn)時，分?jǐn)嘭?fù)極接地電路;傳感器負(fù)責(zé)檢測負(fù)極接地電路中的異常電流。當(dāng)檢測到負(fù)極接地電路中有異常電流通過時，分?jǐn)嗥骷矔r切斷負(fù)極接地電路，切斷漏電流通路，保護(hù)運維人員安全。

4、結(jié)論

PID效應(yīng)作為光伏電站發(fā)電量的可怕殺手，發(fā)生的根本原因是與環(huán)境因素和組件封裝材料有關(guān)。相信未來組件廠商定能夠找到一種更加可靠的材料，從根源上阻斷PID效應(yīng)的發(fā)生。但是在當(dāng)下，負(fù)極接地?zé)o疑是最可靠的抑制PID效應(yīng)的方法。