电势差引发衰减Potential Induced Degradation
光伏组件的PID效应
一、前言随着光伏组件大规模使用一段时间后,特别是越来越多的投入运营的大型光伏电厂运营三四年后,业界对光伏组件的电位诱发衰减效应(PID,PotentialInducedDegradation)的关注越来越多。
尽管尚无明确的由PID原因引发光伏电站在工作三、四年后发生大幅衰减的报道,但对一些电站工作几年后就发生明显衰减现象的原因的种种猜测使光伏行业对PID的原因和预防方法的讨论越来越多。
一些国家和地区已逐步开始把抗PID作为组件的关键要求之一。
很多日本用户明确要求把抗PID写入合同,并随机抽检。
欧洲的买家也跃跃欲试提出同样的要求。
此趋势也使得国内越来越多的光伏电站业主单位、光伏电池和组件厂、测试单位和材料供应商对PID的研究越来越深入。
其实早在2005年,Sunpower就发现晶硅型的背接触n型电池在组件中施加正高压后存在PID现象[1]。
2008年,Evergreen报道了PID出现在高负偏压下的正面连接p型电池组件中。
在2010年,SolonSE报道在标准的单晶和多晶电池中都发现了极化效应。
很快SolonSE 和NREL就提出在负高偏压下使用任何工艺生产的P型电池标准组件都存在发生PID现象的极大风险[2-5]。
而CIGS组件的PID效应也有被报道[6]。
二、PID的检测方式PID测试有两种加速老化的方式:1)在特定的温度、湿度下,在组件玻璃表面覆盖铝箔、铜箔或者湿布,在组件的输出端和表面覆盖物之间施加电压一定的时间。
2)在85%湿度85℃或者是60℃或85℃的环境下将-1000V直流电施加在组件输出端和铝框上96小时。
在两种方式测试前,都对组件进行功率、湿漏电测试并EL成像。
老化结束后,再次进行功率、湿漏电测试并EL成像。
将测试前后的结果进行比较,从而得出PID在设定条件下的发生情况。
第一种方式比较多的用于实验机构,而后一种方式比较多的被光伏组件厂采用。
当PID现象发生时,从EL成像可以看到部分电池片发黑。
PID效应的成因和解决方案
1.1 PID效应的发现和成因PID效应(Potential Induced Degradation)全称为电势诱导衰减。
PID直接危害就是大量电荷聚集在电池片表面,使电池表面的钝化效,从而导致电池片的填充因子、开路电压、短路电流降低,电池组件功率衰减。
2005年Sun power公司就发现晶硅N型电池在组件中施加正高压后存在PID现象。
2008年,Ever green 公司报道了P型电池组件的PID效应。
但是目前还没有明确的证据能够证明一个工作了五年的光伏电站,组件的输出功率骤降就是因为PID效应引起的。
不过近年光伏行业对电池组件的PID效应还是引起了足够的重视。
德国测试企业TUV发布了他们的建议标准: TC82标准化(82/685 / NP) 温度、湿度、偏置电压、导体,上述参数测试的主要环境数据。
目前光伏行业比较认可的认可的一种PID效应成因是:随着光伏系统大规模应用,系统电压越来愈高,电池组件往往20-22块串联才能达到逆变器的MPPT工作电压。
这就导致了很高的开路电压和工作电压.STC环境下300WP的72片电池组件为例,20串电池组件的开路电压高达860V,工作电压为720V.由于防雷工程的需要,一般组件的铝合金边框都要求接地,这样在电池片和铝框之间就形成了接近1000V的直流高压。
电池组件在封装的层压过程中,分为5层。
从外到内为:玻璃、EVA、电池片、EVA、背板。
由于EVA材料不可能做到100%的绝缘,特别是在潮湿环境下水气通过作为封边用途的硅胶或背板进入组件内部。
EVA的酯键在遇到水后按下面的过程发生分解,产生可以自由移动的醋酸。
醋酸和玻璃表面碱反应后,产生了钠离子。
钠离子在外加电场的作用下向电池片表面移动并富集到减反层而导致PID现象的产生(图1-1为PID效应产生的原理图)。
图1-1文献[2]中提到了一个化学现象。
已经衰减的电池组件在100℃左右的温度下烘干100小时以后,由PID引起的衰减现象消失了。
浅析p型PERC双面双玻光伏组件PID现象
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。
1.80
1.60
1.40
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00 厂家 1(POE)
厂家 2(POE)
厂家 3(EVA)
正面
背面
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
1pid的定义pid效应potentialinduceddegradation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通过在双85测试条件下对光伏组件分别施加1500v电压分析p型perc双面双玻光伏组件的pid现象发现p型perc双面双玻光伏组件在负偏压下更易发生pid现象且背面pid现象较严重
件功率下降的现象 [1]。
2 p 型 P E R C 双面双玻光伏组件的 P I D 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。
电位诱导PID衰减
电位诱导PID衰减电位诱发衰减PID(Potential Induced Degradation)现象是指在高温多湿环境下,高电压流经太阳能电池单元便会导致输出功率下降的现象,是光伏电池所特有的现象。
在过去的几十年里,由于系统偏压而引起组件功率大幅衰减,有的衰减甚至超过50%。
PID与环境因素、组件材料以及逆变器阵列接地方式等有关。
1衰减机理三种衰减模式:1.1模式1光伏组件正向偏压,会导致带正电的载流子穿透玻璃,通过接地边框流向地面,光伏组件表面就会累积负电荷:⑴这些负电荷会与空穴复合,降低组件性能;⑵这些负电荷积聚在组件表面,会吸引正电荷Na+聚集在玻璃表面,导致分层现象。
(光伏组件外表面的玻璃主要成分为二氧化硅和纯碱(主要提供Na2O),在潮湿环境下,EV A水解产生醋酸,与玻璃发生化学反应产生Na+。
)1.2模式2⑴如果通过电池片的电压为负,边框正偏压,则阳极离子流入电池片,造成p-n结衰减(正、负离子复合);⑵如果通过电池片的电压为正,边框负偏压,则阳极离子流出电池片,聚集在p-n结附近,降低活性。
1.3模式3电解腐蚀,造成光伏组件的等效串联电阻变大。
2造成PID衰减的原因外部原因:高温、潮湿、逆变器阵列接地方式内部原因:系统、组件和电池片2.1系统方面逆变器接地方式和组件在阵列中的位置决定了光伏组件处于正偏压或负偏压。
在实际应用的并网光伏系统中,光伏阵列的MPPT电压、电网电压和逆变器的拓扑结构决定了光伏阵列输出端的对地电压(大小和正负关系),而与逆变器输入端相邻的组件电路通常承受着实际的最大系统电压。
如果阵列中间一块光伏组件和逆变器负极输出端之间的所有组件处于负偏压,则越靠近逆变器负输出端的组件PID现象越明显。
而在中间一块组件和逆变器正极输出端之间的所有组件处于正偏压下,则PID现象不明显。
2.2组件方面封装材料、背板、玻璃和边框之间形成了漏电流通道,玻璃中的钠离子是决定体电阻的主要因素。
基于MPPT技术的组串功率优化器在光伏电站运维中的应用
摘要光伏电站运行过程中,光伏阵列端容易出现部分光伏组件衰减严重、组件中旁路二极管损坏、电势诱导衰减(Potential Induced Degradation,PID)、阴影遮挡、组件倾角不一致、表面脏污等现象,给光伏电站的发电收益带来了较大的影响。
这些现象可能导致局部几个组件串电压偏低、电压不匹配的现象,从而导致整个逆变光伏阵列输出功率出现大幅度的削减,产生光伏组串的“木桶效应”。
本论文研究并采用一种组串功率优化器,将存在问题的组串与正常的组串隔离,使所有组串相关输出功率不受影响。
同时通过应用最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)技术,让其均工作在各自的最大输出功率状态,保证光伏阵列整体输出功率的最大化。
第一章,首先介绍了功率优化器的研究现状及发展前景,同时阐述了目前光伏运维的现状和难点,讨论了将本论文的研究创新应用于运维技改的现实意义。
第二章,介绍了光伏电池的数学模型及其在MATLAB/Simulink下的仿真输出特性。
同时,对光伏的MPPT控制原理及其常用的3种算法作了分析和比较,最终确定了以扰动观测算法作为本文的研究对象。
第三章,介绍了光伏系统在实际运行中由于光伏组件引起的功率输出失配现象,并对失配影响因子进行了分析研究,论证了基于MPPT技术的组串功率优化器在大型光伏电站运维技改中应用的可行性。
第四章,首先介绍了功率优化器的设计总则,阐述了产品软、硬件设计开发的方案。
同时,介绍了软件开发的环境,并给出了开发流程图。
最后,利用光伏模拟电源和光伏并网逆变器搭建了实验平台,对开发的样机进行了实验测试。
最后,本论文对组串功率优化器的安装及应用效果进行了介绍和分析。
针对一个装机容量为10MWp的光伏电站,在其出现PID后,研究了本文提出的功率优化器对其组串间电压失配的改善作用。
关键词:PID,光伏组串,功率优化器,MPPT,扰动观测法,运维技改ABSTRACTABSTRACTDuring the operation of photovoltaic (PV) power station, there are various defects occurring in PV array in their lifetime, such as, huge power degradation, by-pass diodes failure, potential induced degradation (PID), local shadow, tilted angles mismatch, surface soiling, etc. It brings high challenge to the yield production and benefit of the PV power station. These defects can reduce the voltage of some local PV strings and lead to mismatch with normal PV strings, which results in a significant reduction in the power output of the whole PV array. It calls as “Barrel Effect” of the PV string in term. This paper introduces a special PV string power optimizer to separate the problematic strings from the normal strings. Then the problematic strings and normal strings can keep independent each other and work at respective maximum power output status based on maximum power point tracking (MPPT) technology.The first chapter presents the research status and development prospect of power optimizer. Simultaneously, the current development and difficulties of PV operation and maintenance (O&M) are introducing. Further, the significance and value of the research in this thesis are discussing.The second chapter introduces PV output characteristics and MPPT simulations by MATLAB/Simulink. Three popular algorithms are introducing particularly about respective characteristic. Through simulating comparison, this thesis studies relevant MPPT simulation of PV modules string with perturbing and observing method.The third chapter introduces power mismatch phenomenon caused by PV modules defects during the whole system operation period. Meanwhile relevant research and analysis on the whole power output are implementing. The results implicate that the great application value of string power optimizer based on MPPT technology in PV O&M for large-scale PV plant.The forth chapter mainly performs detailed analysis on the design of hardware and software and the implementation of string power optimizer. The function of circuit modules and the tool of software are introducing, and the design idea and operation process of the software are analyzing. Finally, PV simulation power supply and on-grid inverter constructs the experimental platform. The tests on the developed prototype comply with the design requirement.The last chapter does relevant analysis about actual application results of PV string power optimizer in large-scale PV plant. Especially, one example of 10MWp PV plant application puts forward with PID issue, where power optimizer of PV string can eliminate voltage mismatch and maximize power output.Key words: PID; PV string; Power optimizer; MPPT; Perturbing and observing method; O&M and technical renovation.目录目 录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 .................................................................................................................................... I II 第一章绪论 . (1)1.1研究背景及意义 (1)1.1.1研究背景 (1)1.1.2研究意义 (2)1.2 国内外研究现状 (3)1.2.1 光伏发电系统 (3)1.2.2 光伏功率优化器的发展与前景 (5)1.3 中国光伏运维现状 (6)1.4 本论文研究内容 (8)第二章光伏输出特性及MPPT仿真 (10)2.1 光伏电池建模 (10)2.1.1 光伏电池数学模型 (10)2.2 光伏的输出特性仿真 (11)2.2.1 光伏输出特性 (11)2.2.2 输出特性仿真 (12)2.3 MPPT仿真研究 (14)2.3.1 MPPT控制原理 (14)2.3.2 MPPT控制算法 (15)2.3.3 MPPT算法仿真研究 (18)2.3.4变步长扰动观测法仿真 (19)2.4 本章小结 (21)第三章MPPT功率优化器的应用可行性 (22)3.1 光伏系统功率损失影响因子分析 (23)3.1.1 影响因子分类 (23)3.1.2 失配条件下光伏阵列的输出特性分析 (24)3.2 不同MPPT结构下光伏系统发电能效的比较研究 (27)3.2.1 MPPT结构对发电能效的影响分析 (27)东南大学工程硕士论文3.2.2阴影遮挡下直流输出能效的模拟比对 (28)3.3 技改经济可行性分析 (31)3.4 本章小结 (33)第四章组串功率优化器的设计和实现 (34)4.1 功率优化器的总体结构设计 (34)4.1.1 总体设计原则 (34)4.1.2 总体设计框架 (35)4.2 组串功率优化器硬件设计 (35)4.2.1 主电路拓扑结构设计及选择 (36)4.2.2 Boost电路参数计算 (38)4.2.3 主芯片电路 (40)4.2.4 隔离驱动电路设计 (41)4.2.5 采样电路设计 (41)4.2.6 SCI接口电路 (43)4.3 组串功率优化器的软件设计 (43)4.3.1 总体软件设计概述 (43)4.3.2 采样运算流程实现 (44)4.3.3 MPPT控制运算的实现 (45)4.4实验样机测试 (47)4.4.1 实验平台的硬件搭建 (48)4.4.2 实验平台的软件配置 (49)4.4.3 测试结果 (50)4.5 本章小结 (55)第五章组串功率优化器的实际应用 (56)5.1 组串功率优化器的应用及效果验证 (56)5.1.1 应用目的 (56)5.1.2效果验证 (57)5.2应用案例-光伏PID组串性能失配下的发电性能提升 (61)5.2.1 案列介绍 (61)5.2.2 问题排查分析 (61)5.2.3 解决措施 (62)5.2.4 应用效果追踪 (64)5.3本章小结 (65)第六章结论与展望 (66)目录6.1 结论 (66)6.2 展望 (66)致谢 (68)参考文献 (69)附录现场调试图 (73)第一章 绪论第一章 绪论1.1研究背景及意义1.1.1研究背景进入二十一世纪以来,随着石油价格不断攀升、常规能源日近枯竭,全球能源危机问题日益受到关注。
光伏组件PID效应的修复及抑制研究邱绵振许浩
光伏组件PID效应的修复及抑制研究邱绵振许浩发布时间:2023-04-25T08:16:08.129Z 来源:《中国电业与能源》2023年4期作者:邱绵振许浩[导读] 光伏从业人员不断研究和提高光伏组件产品的效率和性能,并将研究成果应用于实际的光伏发电项目,大幅降低光伏电站的总建设成本,逐步实现可负担的互联网接入。
在这些研究中,提高组件产品在整个生命周期中的运营效率也是研究热点。
在研究模块性能故障时,模块最典型的PID效应是光伏系统中晶体硅模块运行时的衰减现象。
虽然有些问题还没有完全了解,但研究人员已经在电池、模块和发电厂的三个层面上应用了有效的方法来减少这种现象造成的发电损失。
嘉兴奥力弗电力工程有限公司摘要:光伏从业人员不断研究和提高光伏组件产品的效率和性能,并将研究成果应用于实际的光伏发电项目,大幅降低光伏电站的总建设成本,逐步实现可负担的互联网接入。
在这些研究中,提高组件产品在整个生命周期中的运营效率也是研究热点。
在研究模块性能故障时,模块最典型的PID效应是光伏系统中晶体硅模块运行时的衰减现象。
虽然有些问题还没有完全了解,但研究人员已经在电池、模块和发电厂的三个层面上应用了有效的方法来减少这种现象造成的发电损失。
关键词:光伏组件;PID效应;修复及抑制引言PID效应(Potentialinduceddegradation)又称电势诱导衰减,是光伏组件的封装材料和其上下表面材料、电池片与其接地金属边框之间在高电压作用下出现离子迁移而形成漏电流,大量Na+电荷聚集在电池片表面,使得电池片表面的钝化效果恶化,而造成组件性能衰减的现象。
PID效应不仅降低了光伏组件的发电效率,同时也减少了光伏组件的使用寿命,可使组件最大功率点(Maximumpowerpoint,MPP)最多降低70%以上,从而带来了发电量的损失以及降低电站可靠性等严重问题。
1 PID效应的危害PID效应使PN结的电能损失越来越大,导致电池功率急剧下降,导致电池元件具有充放电系数(FF)、空载电压和短路,实际上产生的PID效应不仅使太阳能发电厂的输出功率降低了50%或50%以上,而且降低了太阳能发电厂的效益。
太阳能电池的电势诱导衰减研究进展(综合评述)
(1. Key Laboratory of Solar Thermal Energy and Photovoltaic System, Institute of Electrical Engineering, Chinese Academy of Sciences,
Beijing 100190, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
湿度,并且衰减速率还会随着温度和湿度的增加而增大。 Suzuki 等 [23] 研究在高的偏置电压下,盐雾喷雾对
晶体硅太阳能组件的电性能的影响规律,结果表明盐雾喷雾会加速晶体硅太阳能组件的 PID 现象。
在 PID-s 的机理研究方面,前人采用飞行时间二次离子质谱( ToF-SIMS) 、电子束感应电流( EBIC) 测试
人 工 晶 体 学 报
第 52 卷 第 6 期
2023 年 6 月
JOURNAL
OF
SYNTHETIC
CRYSTALS
Vol. 52 No. 6
June,2023
太阳能电池的电势诱导衰减研究进展
徐晓华1,2,3 ,杨金利1,2 ,周春兰1,2 ,周 肃3 ,王文静3
(1. 中国科学院电工研究所,中国科学院太阳能热利用及光伏系统重点实验室,北京 100190;
2. 中国科学院大学,北京 100049;3. 安徽华晟新能源科技有限公司,宣城 242000)
摘要:在户外长期运行中,不论是晶体硅太阳能电池还是薄膜太阳能电池,都会受到电势诱导衰减( PID) 的影响,从而
导致太阳能电池组件输出功率下降。 尽管前人已经开展了许多研究,但对 PID 现象的理解及解决方案仍旧不完整。
PID效应的成因和解决方案
1.1 PID效应的发现和成因PID效应(Potential Induced Degradation)全称为电势诱导衰减。
PID直接危害就是大量电荷聚集在电池片表面,使电池表面的钝化效,从而导致电池片的填充因子、开路电压、短路电流降低,电池组件功率衰减。
2005年Sun power公司就发现晶硅N型电池在组件中施加正高压后存在PID现象。
2008年,Ever green公司报道了P型电池组件的PID效应。
但是目前还没有明确的证据能够证明一个工作了五年的光伏电站,组件的输出功率骤降就是因为PID效应引起的。
不过近年光伏行业对电池组件的PID效应还是引起了足够的重视。
德国测试企业TUV发布了他们的建议标准:TC82标准化(82/685 / NP) 温度、湿度、偏置电压、导体,上述参数测试的主要环境数据。
目前光伏行业比较认可的认可的一种PID效应成因是:随着光伏系统大规模应用,系统电压越来愈高,电池组件往往20-22块串联才能达到逆变器的MPPT工作电压。
这就导致了很高的开路电压和工作电压.STC环境下300WP 的72片电池组件为例,20串电池组件的开路电压高达860V,工作电压为720V.由于防雷工程的需要,一般组件的铝合金边框都要求接地,这样在电池片和铝框之间就形成了接近1000V的直流高压。
电池组件在封装的层压过程中,分为5层。
从外到内为:玻璃、EVA、电池片、EVA、背板。
由于EVA材料不可能做到100%的绝缘,特别是在潮湿环境下水气通过作为封边用途的硅胶或背板进入组件内部。
EVA的酯键在遇到水后按下面的过程发生分解,产生可以自由移动的醋酸。
醋酸和玻璃表面碱反应后,产生了钠离子。
钠离子在外加电场的作用下向电池片表面移动并富集到减反层而导致PID现象的产生(图1-1为PID效应产生的原理图)。
图1-1文献[2]中提到了一个化学现象。
已经衰减的电池组件在100℃左右的温度下烘干100小时以后,由PID引起的衰减现象消失了。
光伏电站pid(电势诱导衰减)效应解决方法研究
光伏电站pid(电势诱导衰减)效应解决方法研究近年来,随着太阳能光伏发电技术的快速发展,光伏电站的建设和运营成为了热门话题。
然而,在实际运行中,人们逐渐发现光伏电站存在一个普遍的问题,那就是PID效应,即电势诱导衰减效应。
PID效应的出现会大大降低光伏组件的发电效率,影响光伏电站的长期运行。
对于PID效应的解决方法研究成为了当前光伏领域中的一个热点问题。
让我们来深入了解一下PID效应是什么?PID,即电势诱导衰减(Potential Induced Degradation),是指光伏组件在特定条件下在负载电压作用下,表现出功率下降。
主要原因是在逆变器和接地之间形成了一个电位差,导致了电场的形成,从而引发了PID效应。
在实际应用中,PID效应会导致光伏组件的发电效率下降,严重影响光伏电站的发电量和经济效益。
针对PID效应,目前已经有了一些解决方法和研究成果,下面我们将从多个角度来讨论解决PID效应的方法。
1. 结构优化:对于光伏组件的结构进行优化是解决PID效应的一种重要途径。
采用双玻璃封装的光伏组件能够有效降低PID效应的发生,因为双玻璃封装可以阻止湿气和盐雾等物质的渗透,从而减少PID效应的发生。
通过改变电池片的结构设计,增加玻璃、背板和灌封胶的附着力,也可以有效降低PID效应的发生。
2. 地面电位均衡系统:在光伏电站设计中,地面电位均衡系统的应用可以有效减少PID效应的发生。
地面电位均衡系统可以消除组件电势之间的差异,改善组件间的电场分布,从而减少PID效应的影响。
通过在设计阶段合理设置地面电位均衡系统,可以降低PID效应并提高光伏组件的发电效率。
3. 逆变器优化:逆变器在光伏电站中扮演着重要角色,逆变器的参数设置和优化可以对PID效应产生影响。
通过合理设置逆变器的电压、频率和功率因数等参数,可以减小地面与极间的电压差,从而减少PID效应的发生。
逆变器的绝缘设计和材料选择也可以对PID效应产生影响,应选择耐高温、抗紫外线等特性的材料,以减少PID效应的发生。
光伏逆变器PID解决方案
无锡上能新能源有限公司PID解决方案简介
对地漏电流 传感器 负极接地 保险 电压采样 网络 对地电阻 并联网络 数字隔离检 测电路
SINENG
立足清洁能源 专注科技创新
无锡上能新能源有限公司PID解决方案简介
电阻降压不隔离检测技术
PV电压经电阻降压后直接送给逆变器检测控制电路 则PV端口和检测控制电路之间无电气隔离,当PV接地后,容 易有共模电流经过电阻流经检测控制电路,引起检测控制异常。
无锡上能新能源有限公司PID解决方案简介
对于已既定电池品牌的光伏发电系统,通常采用两种方法来解决极板 PID问题:
1.逆变器侧通过负极接地组件,将电池板负极接地;(大型地面电站)
2.夜间对地施加正向电压的方式(直接并网的组串型)
3、令逆变器输出电压对大地之间叠加一个电位,让PV负极电位等于大
地电位(华为小机的大型地面电站应用)
3、在2014年5月8日由中广核召开的各逆变器厂家PID问题对策会议上,已经将 上能的上述PID解决方案作为其东部地区大型电站的必备功能。
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光伏组件PID现象的研究和预防
光伏组件PID现象的研究和预防作者:孙凤霞赵华利来源:《电子技术与软件工程》2015年第15期摘要本文简单介绍了PID是潜在的电势诱导的衰减情况,PID的试验方法,通过对PID试验数据分析对比,引导行业有效改善工艺,提升专业工艺质量水平,便于有效预防PID情况的发生,同时利用现有方法和数据为今后试验研究指明方向。
【关键词】PID 电池片组件封装材料测试1 PID是英文potential Induced Degradation的简写,电势诱导衰减1.1 PID现象通常有以下几种衰减模式(1)太阳能电池内p-n结分流:如果通过电池片的电压为负压,边框正偏压,则阳极离子流入电池片,造成p-n结衰减;如果通过电池片的电压为正压,边框为负压,则阳极离子流出电池片,积聚在p-n结附近。
(2)金属电极腐蚀和大量金属离子迁移现象;EL和I-V曲线中发现Si栅格界面腐蚀和栅线腐蚀会导致串联电阻升高。
在焊带附近发现腐蚀和离子向边框处迁移的现象。
(3)钠离子迁移到玻璃/TCO界面,导致TCO分层和电化学腐蚀。
1.2 光伏组件PID的测试方法,各个实验室有不同之处,常用的一种太阳能电池组件PID 的测试方法,其特征包括以下步骤(1)测试并记录被测太阳能电池组件的初始数据。
(2)将被测太阳能电池组件安装在高低温实验环境箱内且二者之间做绝缘处理。
(3)将被测太阳能电池组件正负极短接后与高压加载设备的负极连接,太阳能电池组件的边框与高压加载设备的正极连接。
(4)启动高低温实验环境箱,并调试其输出电压值为600~1000V,同时开启电流监控仪进行漏电监控;双85状态下,实验持续48或96小时。
(5)持续设定时间,关闭高压加载设备及高低温实验环境箱,待被测太阳能电池组件的温度下降至室温后将其取出。
(6)测试并记录被测太阳能电池组件的最终数据;实验结束在4小时之内测EL和功率。
(7)对比被测太阳能电池组件的初始数据与最终数据,并对比试验前后EL图,评价功率衰减。
PID效应的成因和解决方案
1.1 PID效应的发现和成因PID效应(Potential Induced Degradation)全称为电势诱导衰减。
PID直接危害就是大量电荷聚集在电池片表面,使电池表面的钝化效,从而导致电池片的填充因子、开路电压、短路电流降低,电池组件功率衰减。
2005年Sun power公司就发现晶硅N型电池在组件中施加正高压后存在PID现象。
2008年,Ever green公司报道了P型电池组件的PID效应。
但是目前还没有明确的证据能够证明一个工作了五年的光伏电站,组件的输出功率骤降就是因为PID效应引起的。
不过近年光伏行业对电池组件的PID效应还是引起了足够的重视。
德国测试企业TUV发布了他们的建议标准:TC82标准化(82/685 / NP) 温度、湿度、偏置电压、导体,上述参数测试的主要环境数据。
目前光伏行业比较认可的认可的一种PID效应成因是:随着光伏系统大规模应用,系统电压越来愈高,电池组件往往20-22块串联才能达到逆变器的MPPT工作电压。
这就导致了很高的开路电压和工作电压.STC环境下300WP 的72片电池组件为例,20串电池组件的开路电压高达860V,工作电压为720V.由于防雷工程的需要,一般组件的铝合金边框都要求接地,这样在电池片和铝框之间就形成了接近1000V的直流高压。
电池组件在封装的层压过程中,分为5层。
从外到内为:玻璃、EVA、电池片、EVA、背板。
由于EVA材料不可能做到100%的绝缘,特别是在潮湿环境下水气通过作为封边用途的硅胶或背板进入组件内部。
EVA的酯键在遇到水后按下面的过程发生分解,产生可以自由移动的醋酸。
醋酸和玻璃表面碱反应后,产生了钠离子。
钠离子在外加电场的作用下向电池片表面移动并富集到减反层而导致PID现象的产生(图1-1为PID效应产生的原理图)。
图1-1文献[2]中提到了一个化学现象。
已经衰减的电池组件在100℃左右的温度下烘干100小时以后,由PID引起的衰减现象消失了。
光伏组件pid测试方法
光伏组件pid测试方法随着全球能源危机的不断发展,人们越来越重视清洁能源的开发和利用。
光伏技术作为一种环保、可再生的清洁能源,其应用越来越广泛。
但是,光伏组件在运行过程中可能会出现 PID 效应(Potential Induced Degradation),导致组件性能下降。
为了确保光伏组件的性能和可靠性,进行 PID 测试是非常必要的。
PID 效应是指光伏电池组件在特定的电场作用下,会出现功率下降、电流严重不均、开路电压降低等问题。
这些问题不仅会影响光伏组件的性能,还会降低光伏发电系统的整体效率。
因此,为了避免 PID 效应的影响,需要对光伏组件进行 PID 测试,及时发现并解决问题。
光伏组件的 PID 测试可以分为两种方法:外部电压法和潮湿热浸泡法。
外部电压法是通过在光伏组件表面施加一定的电压,模拟电场作用,来判断组件是否存在 PID 效应。
而潮湿热浸泡法是将光伏组件置于高温高湿的环境中,模拟光伏电池组件在实际运行中所受到的环境条件,来判断组件的 PID 效应。
在进行 PID 测试时,需要注意的是测试环境的控制和测试设备的准确性。
测试环境应该尽可能地模拟光伏电池组件在实际运行中所受到的环境条件,以确保测试结果的准确性。
而测试设备的准确性也非常重要,需要选择高精度的测试设备,保证测试结果的可靠性。
PID 测试不仅可以帮助我们发现光伏组件中的问题,还可以为组件的维护和管理提供重要的参考。
通过 PID 测试,可以及时发现光伏组件的性能变化,及时采取措施进行维护和管理,以确保光伏发电系统的运行效率和可靠性。
总之,光伏组件的 PID 测试是光伏发电系统运行的重要环节。
通过科学合理的测试方法和设备,可以及时发现并解决 PID 效应带来的问题,确保光伏电池组件的性能和可靠性,提高光伏发电系统的运行效率。
光伏组件PID效应问题研究
光伏组件PID效应问题研究申织华;张新生;江新峰;王以笑;赵萌萌【摘要】随着光伏电站建设的飞速发展,系统电压不断增高,光伏组件的性能会产生持续的衰减,电势诱导衰减(Potential Induced Degradation,PID)效应作为引起组件功率下降的主要原因而引起广泛的关注.介绍了PID效应的概念和国内外研究现状;深入研究了PID效应产生的机理并指出了电压、温度、湿度以及系统接地方式是影响组件PID效应的重要因素;介绍了组件PID效应的测试标准及其测试方法;从组件的生产工艺、材料选择和系统三个方面提出预防组件PID效应的方法.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2016(040)006【总页数】3页(P1327-1329)【关键词】光伏组件;PID效应;功率衰减【作者】申织华;张新生;江新峰;王以笑;赵萌萌【作者单位】国家电网许继集团微电网系统公司,河南许昌461000;国家电网许继集团微电网系统公司,河南许昌461000;国家电网许继集团微电网系统公司,河南许昌461000;国家电网许继集团微电网系统公司,河南许昌461000;国家电网许继集团微电网系统公司,河南许昌461000【正文语种】中文【中图分类】TM914随着全球能源需求的迅速增长,煤炭、石油、天然气等传统化石能源的日益枯竭以及人类环保意识的不断增强,太阳能光伏发电凭借其清洁、可再生、安全等优势得到了迅速发展。
随着光伏电站的规模不断扩大,组件的串联数也不断增大,组件中的电路和接地的组件边框之间承受的电压也随之增大,长期处于高电压作用下,光伏组件的性能会产生持续的衰减,即电势诱导衰减(Potential Induced Degradation,PID)[1-2],严重时会降低光伏系统的发电效率,直接影响电站的实际发电量和投资者的收益。
相关数据表明,已经建成的大型光伏电站在运行几年后会发生效率的突然衰减,但组件从外观上却看不出任何缺陷,这引起了行业内对组件PID效应的关注。
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•3 Identical sites worldwide •4 Components each site 1. Dual- Axis Tracker 2. Single -Axis Tracker 3. Fixed -Tilt 32˚ 4. Fixed -Tilt 5˚ •6 inverters each Component
Prominent cases such as Sunpower’s Polarization effect
More recently NREL: Degradation caused by HVS not covered by IEC or UL standards right now Increasing importance because: Increasing need to push down overall degradation Increasing system voltages Increasing variety of solar cell technologies
How do laboratory results correlate to real life?
The concept: •2 different types of “laboratory proven” PID panels •High PID tendency •Low PID tendency •3 different climatic regions The need:
Local short circuit of the pn-junction
Cell Level
EL images of a cell during PID test (1000V, 100h)
Tendency for PID very different for different cell manufacturers Impact factors on cell level?
Panel level
Leakage current and cooresponding PID strongly dependent on temperature and humidity
Panel level
Material A; -20C, 85C, 0% rH Material B; -20C, 85C, 50% rH Material C, -20C, 85C, 50% rH
Leakage current and cooresponding PID strongly dependent on temperature and humidity
Temperature and humidity
-10%
-32%
-99%
Time: 100h
Voltage: 1000V Temperature: 85°C Humidity: ≈ 0%
Panel level I
100,0
80,0
relative PID in %
60,0
40,0
20,0
0,0 Material A Material B Material C
PID can be stopped/ minimized on panel level by minimizing leakage current Choice of suitable encapsulation
Cell Level
By choosing suitable parameters for ARC deposition PID can be minimized/ stopped on cell level
Cell Level
By choosing suitable parameters for ARC deposition PID can be minimized/ stopped on cell level
SOLON Corporation at a Glance
80 MW of annual manufacturing capacity in
Tucson, AZ
Large scale rooftop and Utility-scale
installations
Founded in 2007 Wholly-owned subsidiary of SOLON SE
•3 identical test sites in 3 different regions
Global Test Site Network
Outdoor Test Sites and Proving Grounds
Providing the unique ability to test modules and related technologies in three distinct climatic regions
First addressed by Hoffman and Ross (JPL) 1978: Impact of voltage-biased humidity exposure of solar panels on long term stability – “Bias Humidity test… as a candidate for module qualification”
Panel level II
-0%
-14%
Time: 100h Voltage: 1000V
Time: 100h Voltage: 1000V
Temperature: 48°C
Humidity: 50% Material: X
Temperature: 48°C
Humidity: 50% Material: Y
Potential Induced Degradation
Power degradation due the exposure to an external potential
External potential = Potential relative to ground
High Voltage Stress
Cell Level
Impact factors: Base resistivity of wafer material significant influence
Emitter sheet resistivity significant influence
ARC deposition key feature Ratio of Si to N Thickness Homogeneity
SOLON Corporation
Potential Induced Degradation
William Richardson
NREL PVRW, February 1th, 2011
SOLON at a Glance
One of the largest manufacturers of solar
Become as cheap as possible! 2. Increase lifetime/ Decrease degradation Become as stable/long-lasting as possible! Both tracks have to be pursued in parallel …
System level
Degradation and recovery of panels in the lab PID can be stopped/ reversed by avoiding a negative potential Suitable grounding configuration
10
100 hr
8 6
2.
Current [A]
17 hr
4
2
00 hr
-12 -10 -8 -6 -4 -2 0
0
Voltage [V]
1. 1. Loss FF 2. Loss in open circuit voltage
• Decrease of overall shunt resistance
modules in Europe
Large scale rooftop and greenfield
installations
Founded in 1997
Production sites in Germany, Italy and the
U.S.
Employees: approx. 900
SOLON Corporatox. 150
Solar modules
Industrial rooftops
Power plants
Content
Introduction & Motivation Background & Approach Results Cell level Panel level System level
Content
Introduction & Motivation Background & Approach Results Cell level Panel level System level
What’s Next?