多晶硅组件的电位诱发衰减的成因及防治

摘 要：光伏应用越来越多，光伏电站规模越建越大，组件串联的数目越来越多，于是组串与大地的电位差越来越大，目前，已在600v-1000v左右。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；相关的电路电腐蚀等等。这些引起组件功率衰减的机理被称之为电位诱发衰减Potential Induced Degradation。

关键词：PID；成因；防治

1 PID形成原因

1.1 电池片内部的原因

1.1.1 在多晶硅电池片在生产过程中，由于晶界的存在和晶体的生长的速度很快，晶粒大下不一，硅片晶界处杂质和浓度较高，导致硅片并联电阻、方阻、减反膜质量的均匀性较差，加之多晶硅晶粒、晶向的不一致性以及硅片分级过程中存在的有意、无意的品管差异，使硅片易产生体漏电流，致使组件在封装后不能较好的抗PID。

并联电阻减小

填充因子减少，工作电压较少。

EL测试显示部分PN结短路

1.1.2 固化后的EVA具有较好的弹性且能承受较大的气候变化，在现场环境中将硅片上盖下垫，利用层压机的真空层压技术粘合为一体，EVA在生产过程中添加了硅烷偶联剂，增强了组件的整体通光性并有效的防治外界环境变化对组件的影响。

EVA作为高分子材料在户外环境下长期使用，不可避免的会产生老化，性能逐渐降低，在光致衰减和电致衰减的双重作用下，导致透光率及输出功率下降。品质较差的EVA或因层压质量和老化会使EVA产生脱层现象，导致空气和潮气从组件边缘渗透到组件内部，引起组件的电腐蚀，导致漏电流产生。

1.1.3 组件背板要求具有较好的机械强度，耐湿热老化的性能，耐紫外辐射性能，较好的电气绝缘阻隔性，较好的与EVA粘合性能。

因组价背板质量上存在差异，特别是电气绝缘阻隔性的降低，导致组件漏电流形成。

1.1.4 组价玻璃的主要成分是二氧化硅、纯碱、碳酸钙、氧化镁、氧化铝、碳和芒硝，组件硅片漏电流在高电场强度下通过EVA上方与组件玻璃中的钠、钙离子作用，对组件边框形成回路导致漏电流发生。

1.1.5 组件密封材料一般均使用室温硫化硅橡胶进行组件密封，室温硫化硅橡胶具有较好的耐温特性、耐侯性、电气绝缘性能、生理惰性、低表面张力性能，高温、高湿情况下，其绝缘功能下降，使组件玻璃通过边框与组件边框接地形成回路，使漏电流形成。

漏电流的途径主要经过玻璃I1，EVA与玻璃的界面I2，EVAI3与背板材料I4和边框密封材料到达边框形成回路。

1.2 PID现场外部原因

PID效应的外部诱导原因主要为潮湿及高温，同时组件所处环境如海边、空气中酸、碱浓度较大时，导致组件表面被导电性、酸性、碱性以及带有离子的物体的污染程度的增加，也在不同程度上加大了PID效应的形成。因为组件表面玻璃具有不导电的特性，在电池组件因早晨凝露或清扫导致组件处于高湿状态，组件表面具有带电金属离子的状态下，极易形成PID效应！

PID测试：

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，其外观无变形、变色，绝缘试验合格，湿漏电流试验合格，功率衰减不得超过5%，EL测试无PN结短路，满足IEC相关要求。

2 PID的有效防止

PID 效应现象在电站实际运用中并不鲜见，目前国内多家电站相继发现PID现象的产生，单块组件开路电压已由铭牌值降至1-33v不等，组串开路电压与正常组串相比较均有较明显的差异，他的直接后果是电站实际发电效果下降，特别是在弱光条件下反应更明显，从而损害电站投资者的收益。

（1）定期将有PID效应的组串正负极颠倒：

根据现场情况，定期将组串正负极颠倒接入直流汇流箱，理由PID的可逆性，使组价逐步恢复，但此法不可从根部上解决问题。因为具有PID效应的组串在正负极颠倒后，将在新的负极处出现组价产生PID效应，且组件一旦产生PID效应，其各项参数最多可恢复至铭牌数值的80%左右。

（2）对有PID效应的组件加正向偏置电压：

在现场对PID效应的组串外加正向偏置1000v电压，激活组件表面的空穴或电子返回，从而促使组件各电气参数恢复。此种方法也不能从根本防止PID效应的形成，且需定期外加正向偏置电压。

（3）逆变器直流系统负极接地运行：

目前国内光伏电站直流部分的接线方式均为光伏组件和逆变器直流测正负极浮空运行系统，而欧洲及北美国家目前已强制要求组件商供应的组件必须具备抗PID现象功能，逆变器供应商供应的逆变器负极须装置性接地，如左图所示。

通过加装逆变器直流侧负极装置性接地，修改逆变器DPCB板运行程序，使逆变器在负极接地情况下稳定运行，并能在逆变器接地检测失灵情况下对每路正极进线电缆起到可靠短路保护，实现有效的PID防治目的。

3 结束语

综上所述，为从根本上杜绝PID效应的形成，须严格控制原材料的品质和在组件生产过程中加强品质管理，提高组件抗PID效应的能力。在逆变器直流侧加装负极接地系统，阻断漏电流形成，提高逆变器运行稳定性。进而提高光伏电站的整体发电量，减轻运维人员的劳动强度，提升经济效应。

参考文献

[1]弗罗里达州太阳能中心PID检测标准[S].

[2]国家光伏质检中心CPVT检测标准[S].

[3]GB/T14009-92标准[S].

作者简介：陶亮（1976-）男，汉族，安徽宿州人，主要从事发配电工作。