اثر ضد PID پنل خورشیدی چیست؟
1. اثر PID
نام کامل PID این است: Potential Induced Degradation که به معنای تخریب ناشی از پتانسیل است.
اثر PID برای اولین بار توسط شرکت آمریکایی SunPower در سال 2005 کشف و پیشنهاد شد. این اثر به عملکرد طولانی مدت قطعات در ولتاژ بالا، وجود جریان نشتی بین شیشه پوشش، مواد بسته بندی و قاب ها و تجمع یک قطعه اشاره دارد. مقدار زیادی بار روی سطح سلول، که باعث بدتر شدن اثر غیرفعال شدن روی سطح سلول می شود و منجر به کاهش ضریب پر، جریان اتصال کوتاه و ولتاژ مدار باز می شود و عملکرد قطعه را کمتر از طراحی شده می کند. استاندارد درجه تضعیف می تواند به 50٪ برسد، اما این تضعیف برگشت پذیر است.
2. مکانیسم اثر PID
① اثر ولتاژ بالا
کاربرد گسترده سیستم های فتوولتائیک منجر به افزایش و افزایش ولتاژ سیستم شده است. ماژول های باتری اغلب به چندین ماژول نیاز دارند که به صورت سری به هم متصل شوند تا به ولتاژ کاری MPPT اینورتر برسند، که منجر به ولتاژ مدار باز و ولتاژ کاری بسیار بالا می شود.
با در نظر گرفتن یک 72-ماژول باتری سلولی 450 وات در محیط STC به عنوان مثال، ولتاژ مدار باز یک ماژول باتری رشته ای به اندازه 1000 ولت و ولتاژ کاری به 800 ولت است. از آنجایی که نیروگاه های فتوولتائیک نیاز به تجهیز به پروژه های حفاظت در برابر صاعقه و زمین دارند، قاب های آلیاژ آلومینیومی اجزای عمومی باید به زمین متصل شوند و یک ولتاژ مستقیم DC نزدیک به 1000 ولت بین سلول های باتری و قاب آلومینیومی تشکیل می شود که باعث ایجاد بایاس ولتاژ بین مدار و قاب فلزی زمین.
② مهاجرت یون
تحت ولتاژ بالا بین مواد بسته بندی ماژول باتری و مواد موجود در سطوح بالایی و پایینی آن و بین سلول باتری و قاب فلزی زمین شده آن، مهاجرت یون رخ می دهد که منجر به کاهش عملکرد قطعه می شود.
هنگامی که سلول خورشیدی با ولتاژ منفی بالا پلاریزه می شود، اختلاف ولتاژ مربوطه بین خود باتری و قاب ماژول وجود دارد. این در پتانسیل صفر است زیرا در اکثر مواقع به زمین متصل است، بنابراین به دلیل فاصله بسیار کم بین سلول خورشیدی و قاب و به دلیل وجود ناخالصی های احتمالی در مواد آب بندی، می توان جریانی بین سلول و قاب ایجاد کرد. نشت جریان برای کل ماژول فتوولتائیک.
3. علل اثر PID
① بخار آب وارد پنل خورشیدی می شود
بخار آب تأثیر قابل توجهی بر اثر PID در پنل های خورشیدی دارد. با افزایش دما، بخار آب موجود در هوا شروع به متراکم شدن می کند و در سطح صفحه خورشیدی تجمع می یابد. با گذشت زمان، این تراکم می تواند منجر به تجمع رطوبت در پنل خورشیدی شود که می تواند مشکلاتی را ایجاد کند.
بخار آبی که وارد پنل خورشیدی می شود می تواند یک مدار الکتریکی بسته با سلول های خورشیدی و سایر اجزای پنل خورشیدی ایجاد کند. این منجر به جریان الکتریسیته می شود که می تواند باعث شود پنل خورشیدی بدتر از آنچه باید کار کند.
② هیدرولیز EVA
دومین علت اصلی اثر PID، هیدرولیز مواد محصور کننده اتیلن وینیل استات (EVA) است. EVA یک ماده محصور کننده پرکاربرد در تولید پنل های خورشیدی است. هنگامی که EVA در معرض رطوبت و دمای بالا قرار می گیرد، مستعد تولید اسید استیک (سرکه) است.
اسید استیک تولید شده توسط هیدرولیز EVA با اجزای فلزی پنل خورشیدی برهمکنش میکند و مسیری را برای جریان جریان ایجاد میکند. جریان این جریان باعث از دست دادن توان خروجی می شود.
③ واکنش های شیمیایی روی سطح شیشه
سومین علت اثر PID، واکنش شیمیایی بین اسید استیک و سطح شیشه ای پنل خورشیدی است. ترکیب اسید استیک و سطح شیشه استات سدیم تولید می کند. استات سدیم محلول الکترولیتی است که می تواند الکتریسیته را هدایت کند. این جریان الکتریسیته منجر به از دست دادن توان خروجی می شود.
④ یون های سدیم در حال حرکت در میدان الکتریکی
دلیل چهارم برای اثر PID حرکت یون های سدیم در میدان الکتریکی است. سدیم متحرک ترین یون شیشه است و زمانی که وارد پنل خورشیدی می شود با سلول های خورشیدی واکنش نشان می دهد و یک مدار بسته ایجاد می کند.
وقتی پنل های خورشیدی در معرض اختلاف ولتاژ بالا قرار می گیرند، یون های سدیم می توانند در داخل پنل خورشیدی مهاجرت کنند و مناطقی با پتانسیل الکتریکی بالا ایجاد کنند. این جریان الکتریسیته منجر به از دست دادن توان خروجی می شود.
4. روش تست PID
یک سری استانداردهای خاص وجود دارد - ماژول های فتوولتائیک (PV) IEC 62804: روش آزمایش برای تشخیص تخریب ناشی از احتمالی. شرایط آزمایش برای تشخیص تخریب بالقوه ناشی از IEC 62084 عبارتند از:
دمای هوا 60 درجه
رطوبت نسبی 85 درصد
بایاس ولتاژ +1000V، -1000V، +1500V یا -1500V (بسته به ویژگیهای ماژول PV)
کل زمان آزمون 96 ساعت است
معیارهای قبولی عمدتاً به کاهش توان اندازه گیری شده در پایان آزمون مربوط می شود. اگر از 5% تجاوز نکند، آزمون قبول می شود. بنابراین، این تست تضمین نمی کند که PID رخ نمی دهد یا اینکه ماژول بدون PID است. ماژول های PV با کاهش توان کمتر در گواهینامه IEC 62804 ممکن است در برابر اثرات PID مقاوم ترین باشند. در حال حاضر برخی از تولیدکنندگان مدت زمان صدور گواهینامه (تا 600 ساعت) را افزایش می دهند و این نوع آزمایش برای محصولاتی که در برابر اثرات PID مقاوم هستند قابل اعتماد است.
5. راه حل برای اثر PID
اثر PID ماژولهای سیلیکون کریستالی نوع P (سلولهای ASF معمولی، سلولهای PERC)
در عملکرد واقعی نیروگاه ها، تضعیف PID در ماژول های سیلیکونی کریستالی معمولی با قاب (شیشه سودا-آهک، فیلم EVA) رایج است. هر چه ولتاژ سیستم DC بیشتر باشد، رطوبت بیشتر است و هر چه دما بیشتر باشد، تضعیف PID جدی تر است. اثر PID ماژول های سیلیکون کریستالی نوع P را می توان با روش های زیر کاهش داد:
الف. از شیشه کوارتز به جای شیشه سودا-آهک برای حذف یون های Na+ و Ca{2}} استفاده کنید.
ب. از ماژول های بدون فریم دو شیشه ای برای جلوگیری از زمین شدن قاب استفاده کنید.
ج. استفاده از قاب های کامپوزیت (نایلون، مواد پلی اورتان و غیره).
بهبود EVA یا افزایش چگالی فیلم نیترید روی سطح سلول.
② اثر PID ماژول های سیلیکون کریستالی نوع N (سلول های TOPCon)
اثر PID ماژولهای سیلیکون کریستالی نوع N دیگر ناشی از مهاجرت یونها (Na+, Ca+2) نیست، بلکه توسط قطبش دی الکتریک لایه غیرفعال ناشی از اختلاف پتانسیل بین باتری و قاب ماژول ایجاد میشود. بنابراین، اثر PID ماژول های سیلیکون کریستالی نوع N را می توان با معرفی یک لایه غیرفعال با رسانایی بالاتر و ثابت دی الکتریک پایین تر، جلوگیری کرد.
③ اثر PID اجزای باتری HJT
ساختار باتری HJT با PERC و TOPCon کاملا متفاوت است. لایه غیرفعال سازی از فیلم رسانای اکسید شفاف (TCO) به جای SiN4 استفاده می کند. در شرایط بایاس ولتاژ بالا، هیچ لایه عایق برای شارژ انباشته وجود ندارد، بنابراین پدیده PID رخ نخواهد داد. بنابراین، باتری HJT پتانسیل مقاومت در برابر PID را دارد.