电位诱导PID衰减
海岛气候对光伏发电的影响及应对措施
海岛气候对光伏发电的影响及应对措施发布时间：2021-07-26T09:33:50.398Z 来源：《福光技术》2021年6期作者：韩畅[导读] 针对气候特点改进光伏组件的高效利用，对解决海岛的光伏供电遇到的难题具有重要的意义。
三沙供电局有限责任公司海南三沙 571399摘要：光伏发电技术在我国研究与应用广泛，远离内陆的海岛气候对光伏发电提出了更高的要求，为稳定高效的为海岛提供电力能源，本文从光伏发电的原理和主要设备出发，分析了海岛气候对与 PID 衰减效应、设备防腐问题、台风、海鸟污染、盐雾结晶等问题，提出在工程应用中，持续监测、改进的实践方案，不断推进海岛光伏发电的进步。
关键词：海岛气候；光伏发电；PID 衰减；设备防腐引言我国海疆辽阔，分布海岛众多，在日常供电方面，如果采用燃油供电，存在交通不便，费用高昂等问题。
利用太阳能进行电力供给，尤其在我国低纬度地域海岛，日照时间长，光资源充足，具备天然的便利条件。
但是海洋气候的“高温、高盐雾、高湿”的环境特性，对光伏发电系统的光电转换效率、设备寿命期限、相关配件的保养维护等方面具有不利影响。
海岛气候成为在海岛推广使用的不利因素。
因此，分析海洋气候的复杂变化，针对气候特点改进光伏组件的高效利用，对解决海岛的光伏供电遇到的难题具有重要的意义。
2020 年受新冠肺炎影响，我国光伏装机容量在第一季度同比下降，但全年新增光伏装机规模达到 48.2GW，同比增长了 60%[1]，产业规模持续增长。
以往，国内针对光伏产业的相关实践大部分集中在系统结构设计、组件优化配置、系统控制测量等方面；技术研究主要集中在产业技术创新和实验室光电转换效率方面，并且已经达到国际领先的地位；但是，近年来，光伏发电环境对于整个光伏电站的影响已成为实际应用中的热点方向，大量人员进行了，形成了一些成果。
其中孟慧芳对采煤沉陷区光伏发电项目中危险性评估与预防进行了相关的研究 [2]；马力等人针对雷电灾害情况下灾害发生时的危险性与风险进行的深入研究 [3]；而在荒漠戈壁、沿海滩涂、山地等特殊地理环境下，吉广健等人对光伏电站的安装、维护、性能等问题进行了研究 [4]；曾飞等人则对海水浸泡灾害发生后对组件性能进行了检测和试验，总结出灾害发生时应特别关注的风险 [5]。
晶体硅光伏组件的电位诱发衰减
CSUN_2012.04.10
CSUN_2012.04.10
13
CSUN_2012.04.10
12
5. 讨论
①
②
③
④
实验室加速PID测试中表现出具有抗PID效应的组件，其 在实际的应用条件下，也应该有明显的抗PID能力； 实验室加速PID测试中表现出不具有抗PID效应的组件， 其在实际的应用条件下，不一定有明显的PID效应； 某些组件制造商声称的所谓抗PID技术 （APT），目前 并没有公布其细节；从目前有关产生PID现象的机理来推 测，玻璃和电池是两大值得关注的环节。 实际应用条件下PID效应的强度由组件本身和系统共同作 用所决定，因此可以通过合适的系统配置来降低PID效应 的强度。组件制造商通过实验室的PID测试和评估，可以 为系统设计者提供必要的信息。
CSUN_2012.04.10
8
3.2 合格判定 在“电压耐久”结束后，按下列要求进行合格判定： a) STC最大功率，与初始值相比，衰减不超过5%； b) 没有目测不合格现象（按IEC 61215章节7； 和IEC 61730-2章节10.1.3）； a) 测试顺序中要求的湿漏电流试验，满足IEC 61215 章节10.15的要求； b) 试验结束后，组件的功能完整。
左图的红线描述了漏电流的 路径，而实线部分被认为是 与 PID现象 有关的主要路径
CSUN_2012.04.10
4
到目前为止，漏电流形成的机理实际上还不是十分地清 楚。总体而言，由封装材料对电池进行封装后所形成的 绝缘系统对于上述漏电流而言是不完善的，同时推测来 自于钠钙玻璃的金属离子是形成上述具有 PID效应的漏 电流的主要载流介质。 另据有关文献介绍，在实际的应用条件下，上午太阳初 升后的一段时间内，往往是 PID 效应相对强烈的时段， 原因是晶体硅光伏组件在经历了一个不发电的夜晚以后 ，其表面会有凝露现象发生（特别是夏、秋季节的露水 ），会造成光伏系统在早晨太阳初升后的一断时间内， 在其表面较为潮湿的情况下，承受前面提及的系统偏置 电压。
光伏发电系统中电势诱导衰减效应的原因及预防
光伏组件PID问题对光伏发电量的影响
光伏组件PID问题对光伏发电量的影响发布时间：2022-01-18T09:04:27.380Z 来源：《新型城镇化》2021年24期作者：李波[导读] 发生PID现象的光伏组件降低了吸收光能的效率，导致组件阵列功率输出降低。
呼和浩特市兴泰能源有限公司摘要：以平原大棚电站为项目背景，电站在投入使用后陆续出现组件PID现象。
统计发现，组件存在PID现象共计59条支路。
经过测量实际电压电流发现问题，修复组件，使输出电流值恢复，光伏发电达到对发电量的要求。
关键词：PID现象；光伏发电；发电量光伏组件的PID现象又被称作电势诱导衰减，形成原因有多种。
PID现象大多发生在一些高温、湿度大的环境中，从地域上来说，一些沿海、近赤道的地方更容易发生PID效应。
此类环境容易产生水蒸气，水蒸气会进入到组件的封装材料中出现离子迁移，使导电率上升，漏电流增大，电池表面出现极化。
此外，组件表面被导电性、酸性、碱性以及带有离子的物体污染的程度，也与衰减现象的发生有关。
发生PID现象的光伏组件降低了吸收光能的效率，导致组件阵列功率输出降低。
1 PID效应的危害和测试方法1.1 PID效应的危害PID效应使得PN结中的电子损失得越来越多，电池组件的功率急剧衰减，使得电池组件的填充因子（FF）、开路电压、短路电流减小。
在实际工作中，发生PID效应不仅会减小太阳能电站的输出功率，还会减少发电量，最多能达到50%甚至更高，减少太阳能发电站的电站收益。
图1电池片出现发暗甚至黑色的情况，为产生PID现象。
图2电池片发亮，为有效的电池片。
1.3 PID现象恢复方法PID现象能够预防，采取适当的措施能够使电池片发电能力恢复。
在工程实践中，常用的PID现象恢复措施有集中式逆变器的负极接地法、组串逆变器并联的单点接地法和PID夜间补偿法。
①集中式逆变器负极接地在国内使用500kW以上逆变器的地面电站，利用集中式逆变器负极接地的方法来解决PID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。
降低PID效应带来的光伏发电损耗方案解析
降低PID效应带来的光伏发电损耗方案解析
如何在电价调低的同时减少电站发电损失提升收益？解决PID问题是提升发电量的关键。
PID效应（PotenTIal Induced DegradaTIon）又称电势诱导衰减，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。
PID效应最容易
出现在潮湿的环境条件下，且该现象活跃程度与温度、潮湿程度正相关；同时衰减现象与组件表面被导电性、酸性、碱性以及带有离子的物体污染有关。
PID带来的损失
下图是从某实验室提供经过PID实验（196h）测试的组件，EL测试呈现的照片。
显而易见，组件若出现长期PID衰减现象，必然会导致整个电站发电量
损失，甚至不发电。
光伏组件PID效应的机理研究与防护措施
光伏组件PID效应的机理研究与防护措施作者：***来源：《神州·中旬刊》2017年第09期光伏组件在长期使用过程中其输出功率会逐渐下降，主要是由光照衰减和材料老化导致，已成为共识。
在2005年，美国Sunpower公司发现晶硅组件的电路与其接地金属边框之间的高电压会造成组件的性能明显衰减，后来在其他光伏组件也发生类似情况。
近几年一些世界知名研究机构和专业杂志相继报道了关于光伏组件在使用过程中组件对地的高电势导致漏电的现象，这会造成组件性能的衰退，称之为PID效应，即电势诱导衰减效应。
本文针对PID效应的机理及防护措施进行系统的研究分析。
1. PID效应的机理所谓电势诱导衰减就是高压情况下由于泄漏电流导致光伏组件功率损失，组件长期在高电压作用下，使得玻璃、封装之间产生漏电流，大量电荷积聚在电池片表面，使得太阳电池的钝化效果变差，少数载流子在硅片表面的复合严重，导致其开路电压、短路电流和填充因子都下降，输出功率明显下降，衰减最大可超过30%。
2005年，位于美国科罗拉多州的国家可再生能源实验室（NREL）就研究了HVS对太阳能组件长期稳定性的影响。
测量出在一定的相对湿度和高压下组件有四种主要的漏电电流途径（如图1），通过组件玻璃并沿着玻璃表面的漏电流I1，沿着玻璃和EVA界面的漏电流I2，穿过EVA的漏电流I3和透过背板的漏电流I4。
关于PID效应的作用机理提出了很多的衰减模型，有人认为半导体活性层中的电荷或带电离子迁移聚集到表面，影响半导体活性层表面的势垒，严重情况下，钠离子在玻璃表面聚集，导致分层现象；同时也有人认为半导体活性层中离子迁移会造成PN结的衰减，导致漏电；另外也有人发现如果水汽渗入到封装层中，会造成电化学腐蚀，大量金属离子发生迁移。
PID效应最早是在Sunpower的高效N型背接触电池中发现，即对地产生正电势的N型电池的输出功率会持续衰退，而很快在实验室中也发现对P型光伏组件施加对地负电压同样会造成组件功率输出衰减，这说明电势对太阳电池的基体材料的影响导致太阳电池效率衰退。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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2
⑴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。
2.3电池片方面
➢电池工艺
良好质量的硅片以及严格的电池片工艺
➢基底材料的性能-硅片电阻率
半导体掺杂浓度会影响p-n结的耗尽区宽度，低掺杂电阻率大的硅片PID减少
➢发射极的方块电阻
⑴优化电池效率而采取的增加方块电阻会使电池片更容易衰减
⑵电池片由于掺杂不均匀导致方块电阻不均匀，进而容易出现PID现象
方块电阻（面电阻）反映扩散深度和扩散浓度。
掺杂浓度高、结深、方块电阻小，反之电阻大。
实验表明，方块电阻较大时，光伏电池能输出更高的电压和电流，因此为提高光伏电池的转换效率，可以可通过选出最优方块电阻值来获得最恰当的转换效率。
但增加方块电阻会导致串联电阻增大、填充因子降低。
➢减反射层的性能
PID现象和电池片表面的反射层有关，提高反射层的折射率可以有效地降低PID现象的发生。
当减反层的折射率大于2.2后，PID现象不再被观察到。
而当折射率小于2.08后，组件很难通过PID测试。
目前有不少的光伏电池厂在做针对电池和PID的关系的测试中也发现了类似的现象。
3解决措施
3.1系统
从系统上而言，可以采用串联组件的负极接地方式来降低PID影响；将逆变器直流侧接地，但是现在的逆变器技术并不允许直流侧接地，主要是因为无变压器的逆变器对直流、交流不能进行隔离，所以不能接地；
➢组件在正向偏压下PID影响相对于负偏压下影响很小，因此一种方法是使任意一块组件均处于正偏压。
从系统上而言，可以采用串联组件的负极接地方式来降低
PID影响；将逆变器直流侧接地，但是现在的逆变器技术并不允许直流侧接地，主
要是因为无变压器的逆变器对直流、交流不能进行隔离，所以不能接地；
➢因为PID衰减是一个可逆的过程，因此可以通过夜间对光伏组件施加反向电压来降低PID的影响；
➢另一种预防措施，就是采用微型逆变器：系统电压降低，且每台隔离型微逆直流负端可以接地，产生的PID效应应该可以降低甚至忽略不计；
3.2组件
3.2.1减反层
含Si多的减反层比含N多的减反层更可以抵抗PID现象。
改变折射率成为抗PID的手段之一，但改变电池减反层的折射率会改变电池生产成本和电池的发电效率，在不提高成本并且基本不改变效率的情况下做到抗PID对电池厂是一个非常大的难度。
3.2.2封装
➢在组件中替换玻璃（降低Na+），但成本太高几乎不可行。
➢替换EV A，但新材料带来成本提高和使用中的持续风险。
以POE-PE为例
⑴目前除非对组件进行PID测试，尚无直接的测试方法可以判断哪种EVA可以减小
PID效应；
⑵在日夜交替的循环的温度变化下（逐渐结晶而使透明度缓慢下降），透光率是否还
能长期保持尚无实验数据的支持；
⑶吸热，在光伏组件的使用温度范围中有部分分子熔融或移动。