光伏组件PID效应

光伏组件PID效应

随着光伏行业的不断发展光伏电站的应用地从荒无人烟的戈壁大漠到阳光灿烂的内陆、沿海城市，应用环境的不同造成了光伏电站的发电效率的差异性。组件的PID效应作为影响电站发电量的重要因素之一，受到了业界的广泛关注。

随着光伏行业的不断发展，光伏电站的应用地从荒无人烟的戈壁大漠到阳光灿烂的内陆、沿海城市，应用环境的不同造成了光伏电站的发电效率的差异性。组件的PID效应作为影响电站发电量的重要因素之一，受到了业界的广泛关注。那么PID效应的成因和危害是什么？究竟什么方案是抑制PID效应最可靠的方法呢？

1、PID效应的危害有哪些？

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。

下表为组件PID效应测试前后的参数及I-V曲线对比0#（标签值），通过对比明显可

以看出PID效应对太阳能电池组件的输出功率影响巨大，是光伏电站发电量的“恐怖杀手”。

功率对照表

I-V曲线（PID效应测试前）I—V曲线(PID效应测试后)

2、为什么会发生PID效应？

通过光伏电池组件厂商和研究机构的数据表明，PID效应与组件构成、封装材料、所处环境温度、湿度和电压有着紧密的联系。

1）太阳能电池组件的构成

太阳能电池组件由玻璃+EVA+电池片+EVA+TPT+边框构成，各个部分的组成详见下图。

太阳能电池组件的构成

2）PID效应发生的过程

目前对组件发生PID效应的真正原因说法不一，比较典型的解释如下：

（1）潮湿、高温的环境容易产生水蒸气，水蒸气通过封边硅胶或背板进入组件内部；

（2）EVA（乙烯—醋酸乙烯共聚物）的酯键在遇到水后发生反应，生成可自由移动的醋酸；

EVA水解反应方程式

（3）醋酸和玻璃中的纯碱（Na2CO3）反应将Na+析出，在电池内部电场作用下移动至电池表面，造成玻璃体电阻降低；

Na+的析出及移动过程

（4）经过美国NERL（国家能源部可再生能源实验室）的研究无论采用任何技术的P型晶硅电池片，组件在负偏压下均有发生电势诱导衰减的风险。因为光伏阵列的组件边框通常都是接地的，造成单个组件和边框之间形成偏压，所以越靠近负极输出端的组件承受负偏压现象越明显。

电池板在阵列中的位置和偏压形成的关系

（5）在负偏压的作用下，漏电流通路因此形成，漏电流由电池片→EVA→玻璃表面→边框→支架，最终流向大地。

负偏压作用下漏电流路径【2】

（6）在漏电流的作用下，带正电的载流子穿过玻璃，通过边框流向地面，使得负电荷在电池片表面堆积，吸引光电载流子（空穴）流向N型硅的表面聚集起来，而不是像正常状态下一样流向正极（P极）。这种表面极化现象而引起的输出功率衰减就是PID效应。

3、如何抑制PID效应的发生？

了解到PID效应对光伏电站发电量的巨大影响，抑制PID效应更加刻不容缓。根据对PID效应的分析可以得出两种处理方案，一种是从组件侧考虑，另一种是从逆变器侧考虑，具体方案如下：

1）从组件侧考虑：

（1）采用非Na、Ca玻璃提高玻璃的体电阻，阻断漏电流通路的形成；

（2）采用非乙烯—醋酸乙烯共聚物的封装材料。

特点：从材料上抑制PID效应，安全、可靠，但非Na、Ca玻璃的成本高昂。另外新材料的稳定性问题也是未知数，目前无法推广应用。

2）从逆变器侧考虑：

采用组件负极接地的方式，防止负偏压造成的漏电流形成。

负偏压和正偏压下组件PID效应对比

特点：处置方案简便、成本低、效果显著，但负极直接接地会造成安全隐患，威胁电站的正常运行和运维安全。逆变器负极接地后，若发生组件正极接地故障则会造成电池板短路，而运维人员如若接触到正极则会发生电击危险，所以负极接地电路必须具有异常电流监测及分断保护系统，方可在抑制PID效应的同时保障电站设备的运行安全。

作为行业领军的逆变器设备研发、制造企业，特变电工不断突破自我，创新求变，通过对PID效应进行长期的实验研究和积累，研发出一套能够可靠抑制PID效应的解决方案，它既能够保障负极接地的可靠性，又能使逆变器具备完善的保护功能，被称为防PID效应套件。

防PID效应套件简介

防PID效应套件是由绝缘监测系统和接地保护系统两部分构成，工作原理如下：

绝缘监测系统：假设电池板PV+对大地的绝缘阻抗为Rx（因负极接地，故无需监测PV-对地阻抗）。首先为PV+并联已知电阻R1，其次测量并联后PV+对大地电压，最后计算出Rx 值。一旦Rx低于阈值时，逆变器立刻报警停机，防止绝缘阻抗过低造成的短路风险。

绝缘监测的原理

接地保护系统：GFDI（PV Ground-Fault Detector Interrupter）设备由分断器件+高精度传感器组成，分断器件负责在故障电流出现时，分断负极接地电路；传感器负责检测负极接地电路中的异常电流。当检测到负极接地电路中有异常电流通过时，分断器件瞬时切断负极接地电路，切断漏电流通路，保护运维人员安全。

4、结论

PID效应作为光伏电站发电量的可怕杀手，发生的根本原因是与环境因素和组件封装材料有关。相信未来组件厂商定能够找到一种更加可靠的材料，从根源上阻断PID效应的发生。但是在当下，负极接地无疑是最可靠的抑制PID效应的方法。