淺談光伏組件的PID現(xiàn)象和解決方案

任斌

（廣東水電二局股份有限公司）

0 引言

PID最早是Sunpower在2005年發(fā)現(xiàn)的。組件長期在高電壓作用下使得玻璃、封裝材料之間存在漏電流，大量電荷聚集在電池片表面，使得電池片表面的鈍化效果惡化，導(dǎo)致FF、Isc、Voc降低，使組件性能低于設(shè)計標準。在2010年，NREL和Solon證實了無論組件采用何種技術(shù)的p型晶硅電池片，組件在負偏壓下都有PID的風險。

1 PID現(xiàn)象

1.1 造成PID的原因

PID效應(yīng)（Potential InducedDegradation）全稱為電勢誘導(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，通過EL測試儀測試可以看出，正常光伏組件電池片EL成像很清晰、干凈，而產(chǎn)生PID效應(yīng)的光伏組件四周電池片全部變黑。對已發(fā)生PID效應(yīng)的光伏組件送實驗室進行測試，測試結(jié)果顯示平均功率衰減同比正常組件高25%。

1.2 PID現(xiàn)象檢測方法

目前，現(xiàn)場及實驗室對組件PID效應(yīng)常規(guī)檢測方式是IV功率測試和EL圖像測試。便攜式IV功率測試儀能夠準確測試光伏方陣和組件在野外條件下的開路電壓、短路電流、最大功率、最大功率點電壓、最大功率點電流和填充因子。EL測試儀全稱為紅外缺陷測試儀，通過對電池片通入1~40mA的正向電流，利用光生伏打效應(yīng)的逆過程，給太陽電池通電使其發(fā)光即電致發(fā)光。

2 目前行業(yè)內(nèi)對光伏組件反PID效應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用

目前行業(yè)內(nèi)對光伏組件反PID效應(yīng)技術(shù)總體思路為：一是光伏組件電池片原材料及生產(chǎn)工藝預(yù)防原則，在光伏組件生產(chǎn)制造時通過調(diào)整PECVD工序的技術(shù)參數(shù)，減少對硅片表面氧化層的等離子體轟擊預(yù)清洗增加減反射膜的電阻；通過調(diào)整Si/N的比例，以提高電池片的鈍化效果和折射率；選擇絕緣性能的封裝材料；優(yōu)化EVA封裝材料中醋酸乙烯酯的含量。二是逆變器側(cè)預(yù)防原則，集中式與組串式逆變器均可采用負極虛擬接地方案來抑制組件PID。三是PID效應(yīng)可逆修復(fù)原則，利用光伏組件PID的可逆性原理，在夜間逆變器停止工作時段內(nèi)，利用單獨的直流源對電池板施加反向電壓，修復(fù)白天發(fā)生PID現(xiàn)象的電池板。其中前兩種原則屬于事前預(yù)防方案，后一種原則屬于“事后治療”的被動方案。

（1）光伏組件方面

通過分析，引起光伏組件PID效應(yīng)的主要原因：水氣進入；水導(dǎo)致EVA水解產(chǎn)生醋酸；醋酸與玻璃表面析出的堿反應(yīng)產(chǎn)生可以自由移動的鈉離子；鈉離子在電場的作用下移動到電池表面。由此分析，PID效應(yīng)的產(chǎn)生與光伏組件自身原因也有關(guān)。該技術(shù)只能應(yīng)用在新光伏組件生產(chǎn)過程中，對電池片原材料加工及生產(chǎn)工藝上改進，目前，各光伏組件生產(chǎn)商在生產(chǎn)新組件時已選用上述技術(shù)方案，但對于已生產(chǎn)出投入運行的光伏組件，不能再采取該技術(shù)預(yù)防PID效應(yīng)。

（2）負極接地

將光伏組件或逆變器的負極通過電阻或保險絲直接接地，使電池板負極對大地的電壓與接地金屬邊框保持在等電位，消除負偏壓，該方案多用于集中式逆變器。

經(jīng)試驗，該技術(shù)方案可以預(yù)防PID效應(yīng)，但是逆變器均有直流側(cè)電纜絕緣監(jiān)測保護，若逆變器的負極通過電阻或保險絲直接接地，則降低逆變器負極電纜絕緣阻值，導(dǎo)致逆變器直流側(cè)絕緣低誤報警，假如電纜真正有接地故障時不易發(fā)現(xiàn)，對設(shè)備運行存在安全隱患，因此，該技術(shù)方案不建議采取。

（3）夜間反PID修復(fù)

利用組件PID的可逆性原理，在夜間逆變器停止工作時段內(nèi)，利用單獨的直流源對電池板施加反向電壓，修復(fù)白天發(fā)生PID現(xiàn)象的電池板。該方案需每臺逆變器增加一臺直流源，成本較高，且僅在逆變器不工作時，對電池板進行修復(fù)，屬于“事后治療”的被動方案。

本項目使用上海海質(zhì)衛(wèi)環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)的ANTIPID系列PID恢復(fù)設(shè)備，將ANTIPID 連接在逆變器器的直流側(cè)，夜間不發(fā)電時進行反PID修復(fù)，現(xiàn)場設(shè)置啟動電壓為30V，即晚上當光伏組件串電壓降至30V時進行修復(fù)，停止電壓為60V，即當早上光伏組件串電壓升至60V時停止修復(fù)，不影響太陽能電站的正常發(fā)電。

采用該方案，每月定期采用IV功率測試儀及EL圖像測試儀對修復(fù)效果進行檢測，經(jīng)測試，修復(fù)初期略有效果，且隨著時間推移，修復(fù)效果越來越不明顯。同時，還發(fā)現(xiàn)修復(fù)效果與季節(jié)有關(guān)，夏季高溫時期修復(fù)效果較明顯，但進入冬季修復(fù)效果不明顯，反而PID效應(yīng)又加重，即采用該方案修復(fù)有可逆現(xiàn)象。

3 PID效應(yīng)防護修復(fù)技術(shù)總體思路

通過采取行業(yè)內(nèi)基本的修復(fù)方案，對項目現(xiàn)場PID效應(yīng)組件修復(fù)，并未達到預(yù)期效果，認真分析原因，現(xiàn)場實際測試，最后分析出修復(fù)效果差，且存在可逆現(xiàn)象的原因是采用夜間反PID修復(fù)，即在光伏組件停止發(fā)電后進行修復(fù)，但白天發(fā)電期間沒有采取預(yù)防及修復(fù)措施，這樣，白天發(fā)電期間，在負偏電壓下繼續(xù)形成PID效應(yīng)，形成夜間修復(fù)、白天復(fù)原的反復(fù)現(xiàn)象。對此，在夜間反PID修復(fù)基礎(chǔ)上，結(jié)合通過負極接地防PID效應(yīng)原理，創(chuàng)新出PID效應(yīng)防護修復(fù)原則。

4 技術(shù)方案實施

PID效應(yīng)防護修復(fù)原則。利用PID保護修復(fù)裝置，在逆變器白天運行發(fā)電時，輔助電源工作，可實時控制PV（對地電壓），確保負極與地電勢相等或略高于地電勢，有效抑制組件的PID效應(yīng)。夜間達到啟動電壓時進行反PID修復(fù)，這樣預(yù)防與修復(fù)同步進行會達到預(yù)期較好的修復(fù)效果。

根據(jù)現(xiàn)場測試，逆變器工作電壓約為大部分在650V的Vmppt電壓下工作，選擇PID恢復(fù)裝置預(yù)防修復(fù)電壓為800V，白天PID恢復(fù)裝置實時監(jiān)控逆變器的工作電壓以及工作情況，PID恢復(fù)裝置依據(jù)當前逆變器的工作情況，發(fā)出指令使設(shè)備輸出800V電壓將GND與PV+間電壓鉗于800V，白天逆變器工作的Vpv在650V，組件的PV-對地不產(chǎn)生負壓，阻止組件在白天運行時產(chǎn)生PID，從而起到預(yù)防作用。PID恢復(fù)裝置會持續(xù)實時監(jiān)控逆變器的工作情況，夜間待逆變器待機后發(fā)出指令使設(shè)備輸出修復(fù)電壓，對組件之前積累的PID進行修復(fù)，預(yù)防加修復(fù)，雙管齊下，以達到更快的組件PID修復(fù)。

5 結(jié)束語

PID恢復(fù)裝置持續(xù)實時監(jiān)控逆變器的工作情況，夜間待逆變器待機后發(fā)出指令使設(shè)備輸出修復(fù)電壓，對組件之前積累的PID進行修復(fù)，預(yù)防加修復(fù)，雙管齊下，以達到更快的組件PID修復(fù)。

1）通過PID效應(yīng)防護修復(fù)技術(shù)實施，修復(fù)后的光伏組件經(jīng)EL圖像測試，發(fā)現(xiàn)失效電池片有明顯的改善（四周基本無黑片組件）。

2）通過PID效應(yīng)防護修復(fù)技術(shù)實施，光伏組件平均功率提升41.29W，效率提升22.05%。而使用夜間PID效應(yīng)修復(fù)技術(shù)平均功率只提升11.01W，效率提升5.88%，即該創(chuàng)新技術(shù)同比常規(guī)夜間PID效應(yīng)修復(fù)技術(shù)修復(fù)效率可提升16.17%。

3）針對光伏組件常見的PID效應(yīng)問題，已解決實際某光伏項目光伏組件PID效應(yīng)問題，創(chuàng)新并應(yīng)用了PID效應(yīng)防護修復(fù)技術(shù)，可在其他項目推廣使用。

4）該技術(shù)相對于傳統(tǒng)的通過負極接地的方式預(yù)防PID效應(yīng)技術(shù)，提高了安全系數(shù)和有效預(yù)防效果。