光伏组件pid效应是什么 pid效应及其影响

光伏产业2018-01-13 11:10

”2017年,中国光伏迎来十年来最好的发展机遇,全年新增装机首次突破50GW大关,连续5年再创新高,“6·30”重要节点后不复断崖式下跌局面,全年稳健向前,提前完成了“十三五”规划装机目标。但是在这大好风光背后,却不暴露了不少问题,其中光伏组件pid效应尤其突出那么PID效应的成因和危害是什么?究竟什么方案是抑制PID效应最可靠的方法呢?随着光伏行业的不断发展,光伏电站的应用地从荒无人烟的戈壁大漠到阳光灿烂的内陆、沿海城市,应用环境的不同造成了光伏电站的发电效率的差异性。组件的PID效应作为影响电站发电量的重要因素之一,受到了业界的广泛关注。

1、PID效应的危害有哪些?

PID效应(Potential Induced Degradation)又称电势诱导衰减,是电池组件的封装材料和其上表面及下表面的材料,电池片与其接地金属边框之间的高电压作用下出现离子迁移,而造成组件性能衰减的现象。

下表为组件PID效应测试前后的参数及I-V曲线对比【1】,通过对比明显可以看出PID效应对太阳能电池组件的输出功率影响巨大,是光伏电站发电量的“恐怖杀手”。

光伏组件pid效应

功率对照表

光伏组件pid效应2

I-V曲线(PID效应测试前)I—V曲线(PID效应测试后)

2、为什么会发生PID效应?

通过光伏电池组件厂商和研究机构的数据表明,PID效应与组件构成、封装材料、所处环境温度、湿度和电压有着紧密的联系。

1)太阳能电池组件的构成

太阳能电池组件由玻璃+EVA+电池片+EVA+TPT+边框构成,各个部分的组成详见下图。

光伏组件pid效应3

太阳能电池组件的构成

2)PID效应发生的过程

目前对组件发生PID效应的真正原因说法不一,比较典型的解释如下:

(1)潮湿、高温的环境容易产生水蒸气,水蒸气通过封边硅胶或背板进入组件内部;

(2)EVA(乙烯—醋酸乙烯共聚物)的酯键在遇到水后发生反应,生成可自由移动的醋酸;

EVA水解反应方程式

(3)醋酸和玻璃中的纯碱(Na2CO3)反应将Na+析出,在电池内部电场作用下移动至电池表面,造成玻璃体电阻降低;

光伏组件pid效应4

Na+的析出及移动过程

(4)经过美国NERL(国家能源部可再生能源实验室)的研究无论采用任何技术的P型晶硅电池片,组件在负偏压下均有发生电势诱导衰减的风险。因为光伏阵列的组件边框通常都是接地的,造成单个组件和边框之间形成偏压,所以越靠近负极输出端的组件承受负偏压现象越明显。

光伏组件pid效应6

电池板在阵列中的位置和偏压形成的关系

(5)在负偏压的作用下,漏电流通路因此形成,漏电流由电池片→EVA→玻璃表面→边框→支架,最终流向大地。

光伏组件pid效应6

负偏压作用下漏电流路径【2】

(6)在漏电流的作用下,带正电的载流子穿过玻璃,通过边框流向地面,使得负电荷在电池片表面堆积,吸引光电载流子(空穴)流向N型硅的表面聚集起来,而不是像正常状态下一样流向正极(P极)。这种表面极化现象而引起的输出功率衰减就是PID效应。

3、如何抑制PID效应的发生?

了解到PID效应对光伏电站发电量的巨大影响,抑制PID效应更加刻不容缓。根据对PID效应的分析可以得出两种处理方案,一种是从组件侧考虑,另一种是从逆变器侧考虑,具体方案如下:

1)从组件侧考虑:

(1)采用非Na、Ca玻璃提高玻璃的体电阻,阻断漏电流通路的形成;

(2)采用非乙烯—醋酸乙烯共聚物的封装材料。

特点:从材料上抑制PID效应,安全、可靠,但非Na、Ca玻璃的成本高昂。另外新材料的稳定性问题也是未知数,目前无法推广应用。

2)从逆变器侧考虑:

采用组件负极接地的方式,防止负偏压造成的漏电流形成。

光伏组件pid效应7

负偏压和正偏压下组件PID效应对比

特点:处置方案简便、成本低、效果显著,但负极直接接地会造成安全隐患,威胁电站的正常运行和运维安全。逆变器负极接地后,若发生组件正极接地故障则会造成电池板短路,而运维人员如若接触到正极则会发生电击危险,所以负极接地电路必须具有异常电流监测及分断保护系统,方可在抑制PID效应的同时保障电站设备的运行安全。

作为行业领军的逆变器设备研发、制造企业,特变电工不断突破自我,创新求变,通过对PID效应进行长期的实验研究和积累,研发出一套能够可靠抑制PID效应的解决方案,它既能够保障负极接地的可靠性,又能使逆变器具备完善的保护功能,被称为防PID效应套件。

防PID效应套件简介

防PID效应套件是由绝缘监测系统和接地保护系统两部分构成,工作原理如下:

绝缘监测系统:假设电池板PV+对大地的绝缘阻抗为Rx(因负极接地,故无需监测PV-对地阻抗)。首先为PV+并联已知电阻R1,其次测量并联后PV+对大地电压,最后计算出Rx值。一旦Rx低于阈值时,逆变器立刻报警停机,防止绝缘阻抗过低造成的短路风险。

光伏组件pid效应10

绝缘监测的原理

接地保护系统:GFDI(PV Ground-Fault Detector Interrupter)设备由分断器件+高精度传感器组成,分断器件负责在故障电流出现时,分断负极接地电路;传感器负责检测负极接地电路中的异常电流。当检测到负极接地电路中有异常电流通过时,分断器件瞬时切断负极接地电路,切断漏电流通路,保护运维人员安全。

防PID效应套件的连接方式

4、结论

PID效应作为光伏电站发电量的可怕杀手,发生的根本原因是与环境因素和组件封装材料有关。相信未来组件厂商定能够找到一种更加可靠的材料,从根源上阻断PID效应的发生。但是在当下,负极接地无疑是最可靠的抑制PID效应的方法,作为国内优秀的逆变器厂商,特变电工将持续为客户提供更加可靠、优质的解决方案。

        来源:网络
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