浅谈光伏组件的PID现象和解决方案

2022-11-26任斌

电器工业 2022年7期

任斌

（广东水电二局股份有限公司）

0 引言

PID最早是Sunpower在2005年发现的。组件长期在高电压作用下使得玻璃、封装材料之间存在漏电流，大量电荷聚集在电池片表面，使得电池片表面的钝化效果恶化，导致FF、Isc、Voc降低，使组件性能低于设计标准。在2010年，NREL和Solon证实了无论组件采用何种技术的p型晶硅电池片，组件在负偏压下都有PID的风险。

1 PID现象

1.1 造成PID的原因

PID效应（Potential InducedDegradation）全称为电势诱导衰减。是电池组件的封装材料和其上表面及下表面的材料，电池片与其接地金属边框之间的高电压作用下出现离子迁移，而造成组件性能衰减的现象，通过EL测试仪测试可以看出，正常光伏组件电池片EL成像很清晰、干净，而产生PID效应的光伏组件四周电池片全部变黑。对已发生PID效应的光伏组件送实验室进行测试，测试结果显示平均功率衰减同比正常组件高25%。

1.2 PID现象检测方法

目前，现场及实验室对组件PID效应常规检测方式是IV功率测试和EL图像测试。便携式IV功率测试仪能够准确测试光伏方阵和组件在野外条件下的开路电压、短路电流、最大功率、最大功率点电压、最大功率点电流和填充因子。EL测试仪全称为红外缺陷测试仪，通过对电池片通入1~40mA的正向电流，利用光生伏打效应的逆过程，给太阳电池通电使其发光即电致发光。

2 目前行业内对光伏组件反PID效应技术的应用

目前行业内对光伏组件反PID效应技术总体思路为：一是光伏组件电池片原材料及生产工艺预防原则，在光伏组件生产制造时通过调整PECVD工序的技术参数，减少对硅片表面氧化层的等离子体轰击预清洗增加减反射膜的电阻；通过调整Si/N的比例，以提高电池片的钝化效果和折射率；选择绝缘性能的封装材料；优化EVA封装材料中醋酸乙烯酯的含量。二是逆变器侧预防原则，集中式与组串式逆变器均可采用负极虚拟接地方案来抑制组件PID。三是PID效应可逆修复原则，利用光伏组件PID的可逆性原理，在夜间逆变器停止工作时段内，利用单独的直流源对电池板施加反向电压，修复白天发生PID现象的电池板。其中前两种原则属于事前预防方案，后一种原则属于“事后治疗”的被动方案。

（1）光伏组件方面

通过分析，引起光伏组件PID效应的主要原因：水气进入；水导致EVA水解产生醋酸；醋酸与玻璃表面析出的碱反应产生可以自由移动的钠离子；钠离子在电场的作用下移动到电池表面。由此分析，PID效应的产生与光伏组件自身原因也有关。该技术只能应用在新光伏组件生产过程中，对电池片原材料加工及生产工艺上改进，目前，各光伏组件生产商在生产新组件时已选用上述技术方案，但对于已生产出投入运行的光伏组件，不能再采取该技术预防PID效应。

（2）负极接地

将光伏组件或逆变器的负极通过电阻或保险丝直接接地，使电池板负极对大地的电压与接地金属边框保持在等电位，消除负偏压，该方案多用于集中式逆变器。

经试验，该技术方案可以预防PID效应，但是逆变器均有直流侧电缆绝缘监测保护，若逆变器的负极通过电阻或保险丝直接接地，则降低逆变器负极电缆绝缘阻值，导致逆变器直流侧绝缘低误报警，假如电缆真正有接地故障时不易发现，对设备运行存在安全隐患，因此，该技术方案不建议采取。

（3）夜间反PID修复

利用组件PID的可逆性原理，在夜间逆变器停止工作时段内，利用单独的直流源对电池板施加反向电压，修复白天发生PID现象的电池板。该方案需每台逆变器增加一台直流源，成本较高，且仅在逆变器不工作时，对电池板进行修复，属于“事后治疗”的被动方案。

本项目使用上海海质卫环保科技有限公司生产的ANTIPID系列PID恢复设备，将ANTIPID 连接在逆变器器的直流侧，夜间不发电时进行反PID修复，现场设置启动电压为30V，即晚上当光伏组件串电压降至30V时进行修复，停止电压为60V，即当早上光伏组件串电压升至60V时停止修复，不影响太阳能电站的正常发电。

采用该方案，每月定期采用IV功率测试仪及EL图像测试仪对修复效果进行检测，经测试，修复初期略有效果，且随着时间推移，修复效果越来越不明显。同时，还发现修复效果与季节有关，夏季高温时期修复效果较明显，但进入冬季修复效果不明显，反而PID效应又加重，即采用该方案修复有可逆现象。

3 PID效应防护修复技术总体思路

通过采取行业内基本的修复方案，对项目现场PID效应组件修复，并未达到预期效果，认真分析原因，现场实际测试，最后分析出修复效果差，且存在可逆现象的原因是采用夜间反PID修复，即在光伏组件停止发电后进行修复，但白天发电期间没有采取预防及修复措施，这样，白天发电期间，在负偏电压下继续形成PID效应，形成夜间修复、白天复原的反复现象。对此，在夜间反PID修复基础上，结合通过负极接地防PID效应原理，创新出PID效应防护修复原则。

4 技术方案实施

PID效应防护修复原则。利用PID保护修复装置，在逆变器白天运行发电时，辅助电源工作，可实时控制PV（对地电压），确保负极与地电势相等或略高于地电势，有效抑制组件的PID效应。夜间达到启动电压时进行反PID修复，这样预防与修复同步进行会达到预期较好的修复效果。

根据现场测试，逆变器工作电压约为大部分在650V的Vmppt电压下工作，选择PID恢复装置预防修复电压为800V，白天PID恢复装置实时监控逆变器的工作电压以及工作情况，PID恢复装置依据当前逆变器的工作情况，发出指令使设备输出800V电压将GND与PV+间电压钳于800V，白天逆变器工作的Vpv在650V，组件的PV-对地不产生负压，阻止组件在白天运行时产生PID，从而起到预防作用。PID恢复装置会持续实时监控逆变器的工作情况，夜间待逆变器待机后发出指令使设备输出修复电压，对组件之前积累的PID进行修复，预防加修复，双管齐下，以达到更快的组件PID修复。