晶体硅光伏组件的电位诱发衰减(PID)
发布时间:2013-04-08     来源: 北极星光伏论坛
本文摘要:近几年的研究表明,存在于晶体硅光伏组件中的电路与其接地金属边框之间的高电压,会造成组件的光伏性能的持续衰减。造成此类衰减的机理...

  近几年的研究表明,存在于晶体硅光伏组件中的电路与其接地金属边框之间的高电压,会造成组件的光伏性能的持续衰减。造成此类衰减的机理是多方面的,例如在上述高电压的作用下,组件电池的封装材料和组件上表面层及下表面层的材料中出现的离子迁移现象;电池中出现的热载流子现象;电荷的再分配削减了电池的活性层;相关的电路被腐蚀等等。这些引起衰减的机理被称之为电位诱发衰减、极性化、电解腐蚀和电化学腐蚀。

  PID相关介绍

  PID (Potential Induced Degradation)

  意为电位诱发衰减测试,一些电站实际使用表明,光伏发电系统的系统电压似乎存在对晶体硅电池组件有持续的“电位诱发衰减”效用,基于丝网印刷的晶体硅电池通过封装材料(通常是EVA 和玻璃的上表面)对组件边框形成的回路所导致的漏电流,被确认为是引起上述效应的主要原因。近年来PID 已经成为国外买家投诉国内组件质量的重要因素之一,严重时候它可以引起一块组件功率衰减50%以上,从而影响整个电站的功率输出,国际上已经许多企业对组件的 PID 现象进行分析。

     PID 效应现象在电站实际运用中并不鲜见,他的直接后果是电站实际发电效果下降,从而严重损害投资者的收益,最终会导致组件厂遭遇投诉甚至是退货、赔偿。PID 现在并没有统一的检测标准,现在行业测试的方法主要有三种:双85加1000V负压,96小时;常温环境加1000V负压168小时;60度温度85%湿度1000V负压168小时。其中第一种测试方法最为苛刻。

  PID的形成机理

  PID 效应现象大多数最容易出现在潮湿的条件下发生,且其活跃程度与潮湿程度相关;同时组件表面被导电性、酸性、碱性以及带有离子的物体的污染程度,也与上述衰减现象发生有关。在实际的应用场合,晶体硅光伏组件的PID现象已经被观察到,基于其电池结构和其他构成组件的材料及设计型式的不同,PID现象可能是在其电路与金属接地边框成正向电压偏置的条件下发生,也可能是成反向偏置的条件下发生。

  到目前为止,漏电流形成的机理实际上还不是十分的清楚。总体而言,由于封装材料对电池进行封装后所形成的绝缘系统对于上述漏电流而言是不完善的,同时推测来自于钠钙玻璃的金属离子是形成上述具有PID效应的漏电流的主要载流介质。

  

  图1  PID现象漏电流的主要路径(实线部分)

  到目前为止,漏电流形成的机理实际上还不是十分的清楚。总体而言,由封装材料对电池进行封装后所形成的绝缘系统对于上述漏电流而言是不完善的,同时推测来自于钠钙玻璃的金属离子是形成上述具有PID效应的漏电流的主要载流介质。

  光伏太阳能玻璃的原料成份首先是二氧化硅,其主要是起着网络形成体的作用,所以其用量占玻璃组分中的一大半;第二大用量是纯碱,主要是提供氧化钠,可以降低玻璃的熔制温度;再者是石灰石即碳酸钙和氧化镁,他们的主要作用是调整玻璃的黏度在一个合适的值,使玻璃成型时间缩短或延长,以满足成型的要求;还引入氧化铝原料,提高玻璃的物理化学性能,如强度、化学稳定性等;最后是碳和芒硝,两个联合使用,主要作用是作为澄清剂,以排除玻璃中的气泡,是玻璃中的气泡尽量少,以用来提高玻璃的透过率。

  据相关文献介绍,在实际的应用条件下,上午太阳初升后的一段时间内,往往是PID效应相对强烈的时段,原因是晶体硅光伏组件在经历了一个不发电的夜晚以后,其表面会有凝露现象发生(特别是夏、秋季节的露水),会造成光伏系统在早晨太阳初升后的一段时间内,在其表面较为潮湿的情况下,承受前面提及的系统偏置电压。

  并网光伏系统中光伏阵列的输出端“对地电压”

  在实际应用的并网光伏系统中,光伏阵列的MPPT电压、电网电压和逆变器的拓扑结构决定了光伏阵列输出端的对地电压(大小和正负关系),而与逆变器输入端相邻的组件电路通常承受着实际的最大系统电压。

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