Was ist der Anti-PID-Effekt von Solarmodulen?
1.PID-Effekt
Der vollständige Name von PID lautet: Potential Induced Degradation, was so viel bedeutet wie potentialinduzierte Degradation.
Der PID-Effekt wurde erstmals 2005 von der amerikanischen Firma SunPower entdeckt und vorgeschlagen. Er bezieht sich auf den Langzeitbetrieb von Komponenten bei hoher Spannung, das Vorhandensein von Leckströmen zwischen Deckglas, Verpackungsmaterialien und Rahmen sowie die Ansammlung einer großen Ladungsmenge auf der Oberfläche der Zelle, die den Passivierungseffekt auf der Oberfläche der Zelle verschlechtert und zu einer Verringerung des Füllfaktors, des Kurzschlussstroms und der Leerlaufspannung führt, wodurch die Komponentenleistung unter den Konstruktionsstandard fällt. Der Dämpfungsgrad kann 50 % erreichen, diese Dämpfung ist jedoch reversibel.
2. Mechanismus des PID-Effekts
① Hochspannungseffekt
Der großflächige Einsatz von Photovoltaikanlagen hat zu immer höheren Systemspannungen geführt. Bei Batteriemodulen müssen oft mehrere Module in Reihe geschaltet werden, um die MPPT-Arbeitsspannung des Wechselrichters zu erreichen, was zu sehr hohen Leerlauf- und Arbeitsspannungen führt.
Am Beispiel eines 72--Zellen-Batteriemoduls mit 450 W unter STC-Umgebung beträgt die Leerlaufspannung eines 20--String-Batteriemoduls bis zu 1000 V und die Betriebsspannung bis zu 800 V. Da Photovoltaikkraftwerke mit Blitzschutz- und Erdungsprojekten ausgestattet werden müssen, müssen die Aluminiumlegierungsrahmen allgemeiner Komponenten geerdet werden, und zwischen den Batteriezellen und dem Aluminiumrahmen entsteht eine Gleichstrom-Hochspannung von fast 1000 V, die eine Spannungsvorspannung zwischen dem Schaltkreis und dem metallischen Erdungsrahmen verursacht.
② Ionenwanderung
Unter der Hochspannung zwischen dem Verpackungsmaterial des Batteriemoduls und den Materialien auf seiner Ober- und Unterseite sowie zwischen der Batteriezelle und ihrem geerdeten Metallrahmen kommt es zur Ionenmigration, was zu einer Verschlechterung der Komponentenleistung führt.
Wenn die Solarzelle mit einer hohen negativen Spannung polarisiert ist, besteht ein relevanter Spannungsunterschied zwischen der Batterie selbst und dem Modulrahmen. Dieser hat Nullpotential, da er die meiste Zeit geerdet ist. Aufgrund des sehr geringen Abstands zwischen Solarzelle und Rahmen und aufgrund möglicher Verunreinigungen im Dichtungsmaterial kann zwischen Zelle und Rahmen Strom entstehen, der zu Stromlecks für das gesamte Photovoltaikmodul führt.
3. Ursachen des PID-Effekts
① Wasserdampf dringt in das Solarpanel ein
Wasserdampf hat einen erheblichen Einfluss auf den PID-Effekt in Solarmodulen. Wenn die Temperatur steigt, beginnt der Wasserdampf in der Luft zu kondensieren und sich auf der Oberfläche des Solarmoduls anzusammeln. Mit der Zeit kann diese Kondensation zur Ansammlung von Feuchtigkeit im Solarmodul führen, was zu Problemen führen kann.
Wasserdampf, der in das Solarmodul eindringt, kann einen geschlossenen Stromkreis mit den Solarzellen und anderen Komponenten des Solarmoduls bilden. Dies führt zu einem Stromfluss, der dazu führen kann, dass das Solarmodul schlechter funktioniert als es sollte.
② EVA-Hydrolyse
Die zweithäufigste Ursache des PID-Effekts ist die Hydrolyse des Vergussmaterials Ethylenvinylacetat (EVA). EVA ist ein weit verbreitetes Vergussmaterial bei der Herstellung von Solarmodulen. Bei hoher Luftfeuchtigkeit und Temperatur neigt EVA zur Bildung von Essigsäure.
Durch die Hydrolyse von EVA entstehende Essigsäure reagiert mit den metallischen Bestandteilen des Solarmoduls und schafft einen Pfad für den Stromfluss. Der Fluss dieses Stroms führt zu einem Leistungsverlust.
③ Chemische Reaktionen auf der Glasoberfläche
Die dritte Ursache des PID-Effekts ist die chemische Reaktion zwischen Essigsäure und der Glasoberfläche des Solarmoduls. Durch die Kombination von Essigsäure und Glasoberfläche entsteht Natriumacetat. Natriumacetat ist eine Elektrolytlösung, die Strom leiten kann. Dieser Stromfluss führt zu einem Leistungsverlust.
④ Natriumionen, die sich in einem elektrischen Feld bewegen
Der vierte Grund für den PID-Effekt ist die Bewegung von Natriumionen in einem elektrischen Feld. Natrium ist das beweglichste Ion in Glas und wenn es in das Solarpanel eindringt, reagiert es mit den Solarzellen und erzeugt einen geschlossenen Stromkreis.
Wenn die Solarmodule einem hohen Spannungsunterschied ausgesetzt sind, können Natriumionen innerhalb des Solarmoduls wandern und Bereiche mit hohem elektrischem Potenzial erzeugen. Dieser Stromfluss führt zu einem Leistungsverlust.
4. PID-Testmethode
Es gibt eine spezielle Normenreihe - IEC 62804 Photovoltaikmodule (PV): Prüfverfahren zur Erkennung von spannungsinduzierter Degradation. Die Prüfbedingungen zur Erkennung von spannungsinduzierter Degradation laut IEC 62084 sind:
60 Grad Lufttemperatur
85 % relative Luftfeuchtigkeit
Spannungsvorspannung von +1000V, -1000V, +1500V oder -1500V (abhängig von den Eigenschaften des PV-Moduls)
Die gesamte Testzeit beträgt 96 Stunden
Die Kriterien für das Bestehen beziehen sich hauptsächlich auf die am Ende des Tests gemessene Leistungsminderung. Wenn diese 5 % nicht überschreitet, ist der Test bestanden. Daher stellt dieser Test nicht sicher, dass keine PID auftritt oder dass das Modul PID-frei ist. PV-Module mit geringerer Leistungsminderung in der IEC 62804-Zertifizierung sind möglicherweise am widerstandsfähigsten gegen PID-Effekte. Derzeit verlängern einige Hersteller die Dauer der Zertifizierung (bis zu 600 Stunden), und diese Art von Test ist für Produkte, die gegen PID-Effekte resistent sind, zuverlässig.
5. Lösungen für den PID-Effekt
PID-Effekt von P-Typ kristallinen Siliziummodulen (herkömmliche ASF-Zellen, PERC-Zellen)
Im tatsächlichen Betrieb von Kraftwerken ist die PID-Dämpfung bei herkömmlichen kristallinen Siliziummodulen mit Rahmen (Kalknatronglas, EVA-Folie) üblich. Je höher die Gleichstromsystemspannung, je höher die Luftfeuchtigkeit und je höher die Temperatur, desto schwerwiegender ist die PID-Dämpfung. Der PID-Effekt von kristallinen Siliziummodulen vom P-Typ kann durch die folgenden Methoden reduziert werden:
A. Verwenden Sie Quarzglas anstelle von Kalknatronglas, um Na+- und Ca+2-Ionen zu entfernen;
B. Verwenden Sie rahmenlose Doppelglasmodule, um eine Rahmenerdung zu vermeiden.
C. Verwenden Sie Verbundrahmen (Nylon, Polyurethanmaterialien usw.);
Verbessern Sie EVA oder erhöhen Sie die Dichte des Nitridfilms auf der Oberfläche der Zelle.
② PID-Effekt von N-Typ kristallinen Siliziummodulen (TOPCon-Zellen)
Der PID-Effekt von N-Typ-Kristallsiliziummodulen wird nicht mehr durch wandernde Ionen (Na+, Ca+2) verursacht, sondern durch die dielektrische Polarisation der Passivierungsschicht, die durch die Potentialdifferenz zwischen Batterie und Modulrahmen entsteht. Daher kann der PID-Effekt von N-Typ-Kristallsiliziummodulen durch die Einführung einer Passivierungsschicht mit höherer Leitfähigkeit und niedrigerer Dielektrizitätskonstante verhindert werden.
③ PID-Effekt von HJT-Batteriekomponenten
Die Struktur der HJT-Batterie unterscheidet sich völlig von PERC und TOPCon. Die Passivierungsschicht verwendet einen transparenten Oxidleitfilm (TCO) anstelle von SiN4. Unter Hochspannungsbedingungen gibt es keine Isolierschicht für angesammelte Ladung, sodass das PID-Phänomen nicht auftritt. Daher hat die HJT-Batterie das Potenzial, PID zu widerstehen.