浅析p型PERC双面双玻光伏组件PID现象

2018-10-31国家电投集团西安太阳能电力有限公司唐兰兰董鹏苗林李媛媛

太阳能 2018年10期

国家电投集团西安太阳能电力有限公司 ■ 唐兰兰董鹏苗林李媛媛

0 引言

在实际发电现场及光伏组件PID测试过程中可以发现，使用EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)封装的p型PERC双面双玻光伏组件，正、背面的PID现象明显；而改变封装材料，使用POE(聚烯烃)封装后，光伏组件正面的PID现象得到缓解，但是背面仍存在PID现象。

本文主要从不同封装材料出发，分别使用EVA和POE材料封装光伏组件，通过PID测试，依据测试结果分析p型PERC双面双玻光伏组件出现PID现象的原因。

1 PID的定义

PID效应(Potential Induced Degradation)又称电势诱导衰减，是指当光伏组件的电极与边框之间存在较高的偏置电压时，玻璃中的Na+出现离子迁移，附着在电池片表面，从而造成光伏组件功率下降的现象[1]。

2 p型PERC双面双玻光伏组件的PID现象分析

2.1 实际电站中的PID现象

光伏组件在系统中的阵列排布和偏压如图1所示。因为每块光伏组件边框都是接地的，会造成单个组件和边框之间形成偏置电压，所以，越靠近负极输出端的光伏组件，承受负偏压现象越明显。

图1 光伏组件在电站系统中的排列示意图

处于负偏压情况下时，光伏组件边框的电势为零，高于电池片电势，当玻璃表面有湿气、露水等时，就会在组件表面形成一个带电的水膜，而这个带电水膜与电池片之间会因为电势差形成一个模拟电场，且Na+本身带正电荷，所以在电场作用下，Na+就会通过封装材料向电池方向迁移，从而发生PID现象[2]。在光伏电站系统中，光伏组件越靠近负极输出端，发生的PID现象越明显。

2.2 p型PERC双面双玻光伏组件PID(-1500 V)测试分析

使用不同厂家的POE及EVA材料对p型PERC双面双玻光伏组件进行封装，然后对组件施加-1500 V的电压，进行PID 96 h测试，结果如图2所示。

图2 -1500 V PID测试后衰减对比图

由图2可以看出：

1)施加-1500 V电压经过PID 96 h测试后，POE封装的光伏组件正面衰减率在5%以内；而EVA封装的光伏组件正面衰减率为5.17%。

2)同一种封装材料，其背面衰减率明显高于正面。使用POE封装的光伏组件其背面衰减率也高达4%～7%，而使用EVA封装的光伏组件背面衰减率更是高达30%。

2.3 p型PERC双面双玻光伏组件PID(+1500 V)测试分析

使用不同厂家的POE及EVA材料对p型PERC双面双玻光伏组件进行封装，然后对组件施加+1500 V的电压，进行PID 192 h测试，结果如图3所示。

由图3可以看出，当给组件施加+1500 V电压经过PID 192 h测试后，无论是使用EVA封装的光伏组件，还是使用POE封装的光伏组件，其正、背面衰减率均在5%以内，甚至衰减率低于负偏压96 h测试。

图3 +1500 V PID测试后衰减对比图

3 结果讨论

3.1 使用EVA封装的光伏组件在负偏压情况下，正、背面PID现象均明显

使用EVA封装的p型PERC双面双玻光伏组件在负偏压情况下，正、背面PID现象均较明显。导致此种情况产生的原因可能为：在高温高湿情况下，EVA易水解，水解会产生醋酸根离子[3]，Na+会结合醋酸根离子，从而穿过EVA到达电池片表面，影响电池片表面的电荷分布。

3.2 使用POE封装的光伏组件在负偏压情况下，背面更易出现PID现象

使用POE封装的p型PERC双面双玻光伏组件在负偏压情况下，背面更易出现PID现象。造成此种情况的原因可能为：由POE封装的光伏组件，因POE结构均由C-C键和C-H键组成，不含有C=O或其他的不饱和双键，无酸性物质释放，且其体积电阻率比EVA材料高约1～2个数量级，水汽透过率比EVA低约1个数量级，因此，在高温高湿情况下，玻璃析出的Na+要想迁移至电池片表面较为困难。

但是在高温高湿情况下，封装材料的体积电阻率会减小，且材料中的硅烷偶联剂及交联剂中含有少量的带负电的离子，因此，在外加电场的作用下，可使较少的Na+通过封装材料到达电池片表面。

使用POE封装的光伏组件背面更易出现PID现象是因为双面PERC电池片正面为化学钝化，其氮化硅中含有高密度的固定正电荷，对Na+有一定的排斥作用，会减弱一部分Na+的富集；但是其背面为场钝化，Al2O3/Si接触面具有较高的固定负电荷密度，背面玻璃中析出的Na+使氧化铝内的电荷发生再分布，导致钝化效果恶化。同时，双面PERC电池片正面含有一层氧化硅减反射层，可以起到抗PID效应，而背面没有。