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(wú)人煙的戈壁大漠到陽(yáng)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(wú)人煙的戈壁大漠到陽(yáng)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(chēng)電勢(shì)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(cè)試前后的參數(shù)及I-V曲線(xiàn)對(duì)比【1】，通過(guò)對(duì)比明顯可以看出PID效應(yīng)對(duì)太陽(yáng)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(duì)照表

I-V曲線(xiàn)(PID效應(yīng)測(cè)試前)I—V曲線(xiàn)(PID效應(yīng)測(cè)試后)

2、為什么會(huì)發(fā)生PID效應(yīng)?

通過(guò)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(yáng)能電池組件的構(gòu)成

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

太陽(yáng)能電池組件的構(gòu)成

2)PID效應(yīng)發(fā)生的過(guò)程

目前對(duì)組件發(fā)生PID效應(yīng)的真正原因說(shuō)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(guò)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(dòng)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(chǎng)作用下移動(dòng)至電池表面，造成玻璃體電阻降低;

Na+的析出及移動(dòng)過(guò)程

(4)經(jīng)過(guò)美國(guó)NERL(國(guó)家能源部可再生能源實(shí)驗(yàn)室)的研究無(wú)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(shì)誘導(dǎo)衰減的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)楣夥嚵械慕M件邊框通常都是接地的，造成單個(gè)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(guò)玻璃，通過(guò)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(lái)，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(duì)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(duì)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(diǎn)：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(wèn)題也是未知數(shù)，目前無(wú)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(duì)比

特點(diǎn)：處置方案簡(jiǎn)便、成本低、效果顯著，但負(fù)極直接接地會(huì)造成安全隱患，威脅電站的正常運(yùn)行和運(yùn)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(huì)造成電池板短路，而運(yùn)維人員如若接觸到正極則會(huì)發(fā)生電擊危險(xiǎn)，所以負(fù)極接地電路必須具有異常電流監(jiān)測(cè)及分?jǐn)啾Ｗo(hù)系統(tǒng)，方可在抑制PID效應(yīng)的同時(shí)保障電站設(shè)備的運(yùn)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(guò)對(duì)PID效應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)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(chēng)為防PID效應(yīng)套件。

防PID效應(yīng)套件簡(jiǎn)介

防PID效應(yīng)套件是由絕緣監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)：假設(shè)電池板PV+對(duì)大地的絕緣阻抗為Rx(因負(fù)極接地，故無(wú)需監(jiān)測(cè)PV-對(duì)地阻抗)。首先為PV+并聯(lián)已知電阻R1，其次測(cè)量并聯(lián)后PV+對(duì)大地電壓，最后計(jì)算出Rx值。一旦Rx低于閾值時(shí)，逆變器立刻報(bào)警停機(jī)，防止絕緣阻抗過(guò)低造成的短路風(fēng)險(xiǎn)。

絕緣監(jiān)測(cè)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(shí)，分?jǐn)嘭?fù)極接地電路;傳感器負(fù)責(zé)檢測(cè)負(fù)極接地電路中的異常電流。當(dāng)檢測(cè)到負(fù)極接地電路中有異常電流通過(guò)時(shí)，分?jǐn)嗥骷矔r(shí)切斷負(fù)極接地電路，切斷漏電流通路，保護(hù)運(yùn)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(lái)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。