PID效應的危害及抑制PID效應的方法

　　1、PID效應的危害有哪些？

　　PID效應（Potential Induced Degradation）又稱電勢誘導衰減，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效應測試前后的參數(shù)及I-V曲線對比【1】，通過對比明顯可以看出PID效應對太陽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”。

　　功率對照表

　　I-V曲線（PID效應測試前）I—V曲線（PID效應測試后）

　　2、為什么會發(fā)生PID效應？

　　通過光伏電池組件廠商和研究機構的數(shù)據(jù)表明，PID效應與組件構成、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）太陽能電池組件的構成

　　太陽能電池組件由玻璃+EVA+電池片+EVA+TPT+邊框構成，各個部分的組成詳見下圖。

　　太陽能電池組件的構成

　　2）PID效應發(fā)生的過程

　　目前對組件發(fā)生PID效應的真正原因說法不一，比較典型的解釋如下：

　　（1）潮濕、高溫的環(huán)境容易產生水蒸氣，水蒸氣通過封邊硅膠或背板進入組件內部；

　　（2）EVA（乙烯—醋酸乙烯共聚物）的酯鍵在遇到水后發(fā)生反應，生成可自由移動的醋酸；

　　EVA水解反應方程式

　　（3）醋酸和玻璃中的純堿（Na2CO3）反應將Na+析出，在電池內部電場作用下移動至電池表面，造成玻璃體電阻降低；

　　Na+的析出及移動過程

　　（4）經過美國NERL（國家能源部可再生能源實驗室）的研究無論采用任何技術的P型晶硅電池片，組件在負偏壓下均有發(fā)生電勢誘導衰減的風險。因為光伏陣列的組件邊框通常都是接地的，造成單個組件和邊框之間形成偏壓，所以越靠近負極輸出端的組件承受負偏壓現(xiàn)象越明顯。

　　電池板在陣列中的位置和偏壓形成的關系

　　（5）在負偏壓的作用下，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玻璃，通過邊框流向地面，使得負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，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。

　　3、如何抑制PID效應的發(fā)生？

　　了解到PID效應對光伏電站發(fā)電量的巨大影響，抑制PID效應更加刻不容緩。根據(jù)對PID效應的分析可以得出兩種處理方案，一種是從組件側考慮，另一種是從逆變器側考慮，具體方案如下：

　　1）從組件側考慮：

　　（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：從材料上抑制PID效應，安全、可靠，但非Na、Ca玻璃的成本高昂。另外新材料的穩(wěn)定性問題也是未知數(shù)，目前無法推廣應用。

　　2）從逆變器側考慮：

　　采用組件負極接地的方式，防止負偏壓造成的漏電流形成。

　　負偏壓和正偏壓下組件PID效應對比

　　特點：處置方案簡便、成本低、效果顯著，但負極直接接地會造成安全隱患，威脅電站的正常運行和運維安全。逆變器負極接地后，若發(fā)生組件正極接地故障則會造成電池板短路，而運維人員如若接觸到正極則會發(fā)生電擊危險，所以負極接地電路必須具有異常電流監(jiān)測及分斷保護系統(tǒng)，方可在抑制PID效應的同時保障電站設備的運行安全。

　　作為行業(yè)領軍的逆變器設備研發(fā)、制造企業(yè)，特變電工不斷突破自我，創(chuàng)新求變，通過對PID效應進行長期的實驗研究和積累，研發(fā)出一套能夠可靠抑制PID效應的解決方案，它既能夠保障負極接地的可靠性，又能使逆變器具備完善的保護功能，被稱為防PID效應套件。

　　防PID效應套件簡介

　　防PID效應套件是由絕緣監(jiān)測系統(tǒng)和接地保護系統(tǒng)兩部分構成，工作原理如下：

　　絕緣監(jiān)測系統(tǒng)：假設電池板PV+對大地的絕緣阻抗為Rx（因負極接地，故無需監(jiān)測PV-對地阻抗）。首先為PV+并聯(lián)已知電阻R1，其次測量并聯(lián)后PV+對大地電壓，最后計算出Rx值。一旦Rx低于閾值時，逆變器立刻報警停機，防止絕緣阻抗過低造成的短路風險。

　　絕緣監(jiān)測的原理

　　接地保護系統(tǒng)：GFDI（PV Ground-Fault Detector Interrupter）設備由分斷器件+高精度傳感器組成，分斷器件負責在故障電流出現(xiàn)時，分斷負極接地電路；傳感器負責檢測負極接地電路中的異常電流。當檢測到負極接地電路中有異常電流通過時，分斷器件瞬時切斷負極接地電路，切斷漏電流通路，保護運維人員安全。

　　4、結論

　　PID效應作為光伏電站發(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。相信未來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效應的發(fā)生。但是在當下，負極接地無疑是最可靠的抑制PID效應的方法。