浅谈光伏组件的PID现象和解决方案

浅谈光伏组件的PID现象和解决方案

摘要：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。

关键词：光伏组件；PID现象；解决方案

1PID效应的危害和测试方法

1.1PID效应的危害

PID的作用使PN结中的电子器件受到越来越多的损坏，电池模块的输出功率损失很大，这使得电池模块的填充因子（FF）开路电压和短路容量降低。在实际工作中，PID实用程序的生成不仅会降低太阳能电站的功率，还会继续降低发电容量。最高可达50%或更高，降低了太阳能发电厂的盈利能力。

1.2PID测试标准

电致发光成像技术（通常称为“El”）是一种操纵和测试太阳能电池控制面板潜在缺陷的方法。检测应在暗室中进行。直流电源的正极加载到晶体硅太阳能电池板的正极，并引入不平衡自由电子。借助于从扩散区域引入的许多不平衡自由电子，电池板被连续复合照明，释放光量子。面对电池板的CCD摄像机捕捉到该光量子，该光量子经室外电子计算机求解后以图像形式呈现。图像的色度与少数载流子扩散的长度和电池的电流强度呈正相关。当图像变暗时，意味着少数载流子扩散越来越短，表明电池模块中存在缺陷。

1.3PID现象的修复方法

1.3.1集中式逆变器负极接地

在使用500kW以上逆变器的中国地面电站中，采用集中式逆变器负极接地的

方法来处理PID损耗。太阳能组件根据直流电缆接收直流电流收集箱，然后根据

直流电缆连接逆变器并将其转换为交流电流。最后，保护降压变压器根据交流电

缆投入运行，并在负极接地。做好绝缘层，并在逆变器内部结构中进行直流对地

故障测试。当检测到公共接地故障时，将切断公共故障电流，发出公共故障警告

数据信号，并切断和关闭具有公共接地故障的蓄电池部件。集中式逆变器系统软

件常用于大中型公路电站和戈壁电站。

1.3.2组串式逆变器并联后负极接地

分布式架构中也存在PID现象，负接地也适用于处理PID损耗。太阳能模块

根据直流电缆连接到串联逆变器，然后根据交流电缆连接到交流汇流箱。根据交

流电缆降压变压器的运行情况，进行了现场接地。

1.3.3PID夜间补偿法

已建光伏电站产生PID现象，上述2种方法不适用。仅阻塞PID现象的进一

步加深不能修复元件的输出功率。正因为如此，形状记忆合金企业发布了晚间返

修补偿金。各种元素的存在会对电池中PN结的导电正离子造成大量损坏，从而

导致电池模块的发电容量显著降低。夜间，增加组件和地面之间的正工作电压（1000V），使在光天化日下从PN结流出的导电正离子返回到PN结，然后修复

电池模块的发电容量。这种方法是一种预防措施，不能用于防止潜在的PID现象。

2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。

2.1光伏组件方面

通过分析，光伏组件PID效应的主要原因是：水汽进入；水使EVA水解生成

乙酸；醋酸与沉淀在玻璃表面的碱反应，生成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。从这一分析中，PID效应也与光伏组件本身有关。该技术只能用于新型光伏组件的生产过程中，以改善电池原材料的加工和生产过程。目前，所有光伏组件制造商在生产新组件时都选择了上述技术方案，但对于

已经生产并投入运行的光伏组件，该技术不再用于防止PID效应。

2.2负极接地

光伏模块或逆变器的负极通过电阻或保险丝直接接地，使电池板负极对地和

接地金属框架的电压保持在等电位水平，消除负偏压。该方案主要用于集中式逆

变器。

经测试，该技术方案可以防止PID效应，但逆变器具有直流侧电缆绝缘监测

保护。如果逆变器的负极通过电阻或保险丝直接接地，则逆变器负极电缆的绝缘

电阻将降低，导致逆变器直流侧绝缘低的误报。如果电缆中存在真实的接地故障，则不容易发现，并且存在设备运行的安全隐患。因此，不推荐本技术方案。

2.3夜间防PID维修

利用分量PID的可逆原理，在逆变器夜间停止工作期间，使用单独的直流电

源向电池板施加反向电压，以修复白天出现PID现象的电池板。该方案需要为每

个逆变器增加一个额外的直流电源，这很昂贵，并且只有在逆变器不工作时才对

电池板进行维修，这属于“后处理”的无源方案。

在本项目中，使用上海海之威环保科技有限公司有限公司生产的antipid系

列PID恢复设备将antipid连接到逆变器的直流侧。当夜间没有发电时，进行反PID修复。现场启动电压设置为30V，即光伏组件串电压夜间降至30V时进行维

修，停止电压为60V，即光伏组件串电压早上升至60V时停止维修，不影响太阳

能电站的正常发电。

使用该方案，每月定期通过IV功率测试仪和El图像测试仪测试修复效果。

经测试，初期修复效果轻微，随着时间的推移，修复效果越来越不明显。同时，

还发现修复效果与季节有关。夏季高温期修复效果明显，冬季修复效果不明显。

相反，PID效应加剧，即使用该方案的修复具有可逆现象。

3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。

结论

PID恢复装置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。通过PID效应防护修复技术实施，修复后的光

伏组件经EL图像测试，发现失效电池片有明显的改善（四周基本无黑片组件）。通过PID效应防护修复技术实施，光伏组件平均功率提升41.29W，效率提升

22.05%。而使用夜间PID效应修复技术平均功率只提升11.01W，效率提升5.88%，即该创新技术同比常规夜间PID效应修复技术修复效率可提升16.17%。针对光伏