光伏組件PID現(xiàn)象的研究和預防

摘 "要：本文主要簡單的介紹了PID是潛在的電勢誘導的衰減情況，PID的試驗的基本方法，通過對PID試驗數(shù)據(jù)分析對比，引導行業(yè)現(xiàn)有的有效改善工藝，提升專業(yè)工藝質(zhì)量水準，便于有效預防PID情況的發(fā)生，減少PID現(xiàn)象給帶來的損失的同時利用現(xiàn)有方法和數(shù)據(jù)為以后試驗研究指明了方向。

關鍵詞：光伏組件PID現(xiàn)象;組件封裝材料;PID預防;

中圖分類號：TK5 " " "文獻標識碼：A " " "文章編號：1674-3520（2015）-10-00-01

一、光伏組件PID現(xiàn)象的表現(xiàn)

（一）PID現(xiàn)象簡介及研究意義。隨著科技的進步，光伏發(fā)電系統(tǒng)的廣泛應用，光伏組件PID效應導致組件功率衰減引起了業(yè)界專業(yè)人士廣泛的關注。研究光伏組件PID現(xiàn)象效應產(chǎn)生機理誘因及效應測試專業(yè)技術對提高光伏組件的質(zhì)量可靠性水平及保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全有著重要的意義。目前，光伏組件效應研究已經(jīng)成為光伏產(chǎn)業(yè)十分重要的前沿課題之一。PID是英文potentialInduced的簡稱。光伏組件PID效應簡單的來說是指在溫度較高、濕度較大的環(huán)境下，高電壓流經(jīng)過太陽能電池從而產(chǎn)生輸出功率下降的現(xiàn)象，這也是太陽能電池所特有的現(xiàn)象之一。發(fā)生電位誘發(fā)衰減現(xiàn)象的真實原理目前還沒有明確的科學論斷，但是科學界普遍認為與玻璃的內(nèi)部鈉離子移動導致的漏電流有關系。在高溫高濕條件下硅酸鹽玻璃表面會有二價鈉離子、二價鎂離子等離子的析出，導致自由電荷變得易于流向玻璃體，漏電流通過玻璃的邊框或安裝支架流入大地，從而出現(xiàn)產(chǎn)生量PID現(xiàn)象。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生對行業(yè)現(xiàn)有的工藝影響很大，使得工藝變得粗糙，不易控制操作，降低了專業(yè)工藝質(zhì)量水平，所以我們要對光伏組件PID現(xiàn)象進行總結歸納與研究并且針對出現(xiàn)的原因進行預防，努力使我們的工藝質(zhì)量水準提高，使我國的工藝水平處于世界領先水平。

（二）PID現(xiàn)象通常有以下幾種衰減模式。1、太陽能電池內(nèi)p-n結分流：如果當時通過電池片的電壓為負電壓，邊框為正偏壓，則陽極離子流入電池片，造成p-n結衰減;如果通過電池片的電壓為正壓，邊框為負壓，則陽極離子流出電池片，積聚在p-n結附近。2、金屬電極腐蝕和大量金屬離子遷移現(xiàn)象;EL曲線和I-V的曲線中發(fā)現(xiàn)Si柵格界面腐蝕并且柵線腐蝕會導致串聯(lián)電阻大小升高。在焊帶附近發(fā)現(xiàn)腐蝕和離子向邊框處遷移的現(xiàn)象。3、鈉離子遷移到玻璃/TCO的界面，從而導致TCO分層和電化學腐蝕的發(fā)生。

（三）光伏組件PID的測試方法。光伏組件PID的測試方法各個實驗室有不同之處，目前世界范圍內(nèi)還沒有統(tǒng)一的效應測試方法，最常用的一種太陽能電池組件PID的測試研究方法，其特征包括以下步驟：1、測試并完整記錄被測太陽能電池組件的初始數(shù)據(jù)。2、將被測太陽能電池組件安裝在高低溫實驗環(huán)境箱內(nèi)且要讓二者之間做好絕緣處理。3、將被測太陽能電池組件正負極短接后與高壓加載設備的負極連接，太陽能電池組件的邊框與高壓加載設備的正極連接。4、啟動高低溫實驗環(huán)境箱，并保證調(diào)試其輸出電壓值為600到1000V，同時要開啟電流監(jiān)控儀進行漏電監(jiān)控監(jiān)測，雙85狀態(tài)下，實驗持續(xù)48或96個小時，注意一定要持續(xù)。5、持續(xù)設定實驗時間，關閉高壓加載設備及高低溫實驗環(huán)境箱，等待被測太陽能電池組件的溫度下降至室溫后將其取出。6、測試并記錄被測太陽能電池組件的最終數(shù)據(jù);實驗結束在4個小時之內(nèi)測EL和功率的大小并且作好記錄工作。7、對比被測太陽能電池組件的初始數(shù)據(jù)與最終數(shù)據(jù)，并對比試驗前后EL圖，評價功率衰減

二、光伏組件PID現(xiàn)象產(chǎn)生的原因

認真的整理實驗數(shù)據(jù)以后由試驗數(shù)據(jù)體現(xiàn)出的不同結果對PID現(xiàn)象原因分析。組件長期在高壓作用下使得玻璃、封裝材料間存在漏電流，大量電荷聚集在電池片表面，使得電池表面的鈍化效果惡化，導致FF、Jsc/Voc效率降低，使組件性能低于設計標準。

（一）外部可能的原因。光伏組件在野外環(huán)境中的實際情況和大量研究都表面了：在高溫、高濕和由于光伏逆變器陣列接地方式引起的光伏組件嚴重的腐蝕和衰退。

（二）內(nèi)部可能的原因。系統(tǒng)、組件和電池片三方面可以引起PID現(xiàn)象。影響偏壓的因素有逆變器的類型和接地方式以及組件在陣列中的位置。

總之，伏組件PID效應簡單的來說是指在溫度較高、濕度較大的環(huán)境下，高電壓流經(jīng)過太陽能電池從而產(chǎn)生輸出功率下降的現(xiàn)象，這也是太陽能電池所特有的現(xiàn)象之一。發(fā)生電位誘發(fā)衰減現(xiàn)象的真實原理目前還沒有明確的科學論斷，但是科學界普遍認為與玻璃的內(nèi)部鈉離子移動導致的漏電流有關系。在高溫高濕條件下硅酸鹽玻璃表面會有二價鈉離子、二價鎂離子等離子的析出，導致自由電荷變得易于流向玻璃體，漏電流通過玻璃的邊框或安裝支架流入大地，從而出現(xiàn)產(chǎn)生量PID現(xiàn)象。

三、光伏組件PID現(xiàn)象的預防

綜合目前公布的研究成果與實驗的出的結論，可以從系統(tǒng)、組件等方面來預防效應。在系統(tǒng)層面設計預防措施，一般可以采用使串聯(lián)組件的負極接地或是在夜間對組件與大地之間施加正電壓的方法來起到預防效應，也可以使用集成微型逆變器的交流組件使系統(tǒng)電壓降低來有效的減弱效應。組件層面預防措施，由于濕度是現(xiàn)象產(chǎn)生的關鍵因素之一，建議選擇性能質(zhì)量優(yōu)越的光伏玻璃、背板、硅膠等優(yōu)質(zhì)材料來有效降低水蒸氣透過率，及減少氧化鎂，氧化鈉等離子析出。

（一）PV逆變器、陣列的負極輸出端接地會有效的預防PID現(xiàn)象有變壓器的逆變器負極接地或者采用內(nèi)在負極接地的較少變壓器的逆變器可以消除PID現(xiàn)象。

（二）減少漏電的形成：環(huán)境條件如溫濕度使電池片和接地邊框之間形成漏電流。封裝材料、背板、玻璃和邊框之間形成了漏電流通道。

（三）要從不相同性能的材料影響PID測試結果的數(shù)據(jù)，采用性能好的封裝材料是防治PID發(fā)生的有效途徑之一。

（四）PID產(chǎn)生的根本條件是有光照和組件表面潮濕，大多發(fā)生在有露水、有霧的清晨或者白天雨后或者發(fā)生在潮濕的環(huán)境下，很到不同的生產(chǎn)工藝的電池和組件受PID影響的大小也是不同的。負偏壓越大的組件，PID現(xiàn)象就越嚴重，功率和填充因子都有很明顯的下降。PID現(xiàn)象在組件表面干燥后現(xiàn)象消失，不會造成永久損傷。

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