Qual è l'effetto anti-PID dei pannelli solari?
1.Effetto PID
Il nome completo PID è: Potential Induced Degradation, che significa degradazione indotta dal potenziale.
L'effetto PID è stato scoperto e proposto per la prima volta dalla società americana SunPower nel 2005. Si riferisce al funzionamento a lungo termine dei componenti ad alta tensione, all'esistenza di corrente di dispersione tra il vetro di copertura, i materiali di imballaggio e i telai e all'accumulo di una grande quantità di carica sulla superficie della cella, che deteriora l'effetto di passivazione sulla superficie della cella, portando a una diminuzione del fattore di riempimento, della corrente di cortocircuito e della tensione a circuito aperto, rendendo le prestazioni del componente inferiori allo standard di progettazione. Il grado di attenuazione può raggiungere il 50%, ma questa attenuazione è reversibile.
2. Meccanismo dell'effetto PID
① Effetto alta tensione
L'applicazione su larga scala di sistemi fotovoltaici ha portato a tensioni di sistema sempre più elevate. I moduli batteria spesso richiedono che più moduli siano collegati in serie per raggiungere la tensione di lavoro MPPT dell'inverter, il che porta a una tensione a circuito aperto e a una tensione di lavoro molto elevate.
Prendendo come esempio un modulo batteria a 72-celle da 450 W in ambiente STC, la tensione a circuito aperto di un modulo batteria a 20-string è pari a 1000 V e la tensione di lavoro è pari a 800 V. Poiché le centrali fotovoltaiche devono essere dotate di protezione contro i fulmini e progetti di messa a terra, i telai in lega di alluminio dei componenti generali devono essere messi a terra e si formerà un'alta tensione CC di quasi 1000 V tra le celle della batteria e il telaio in alluminio, causando una polarizzazione di tensione tra il circuito e il telaio di messa a terra in metallo.
② Migrazione degli ioni
A causa dell'alta tensione tra il materiale di imballaggio del modulo batteria e i materiali sulle sue superfici superiore e inferiore, e tra la cella della batteria e il suo telaio metallico collegato a terra, si verifica una migrazione di ioni, con conseguente degradazione delle prestazioni dei componenti.
Quando la cella solare è polarizzata con un'alta tensione negativa, c'è una differenza di tensione rilevante tra la batteria stessa e il telaio del modulo. Questa è a potenziale zero perché la maggior parte delle volte è messa a terra, quindi a causa della distanza molto breve tra la cella solare e il telaio e a causa di possibili impurità nel materiale di tenuta, può essere generata corrente tra la cella e il telaio, creando una perdita di corrente per l'intero modulo fotovoltaico.
3. Cause dell'effetto PID
① Vapore acqueo che entra nel pannello solare
Il vapore acqueo ha un impatto significativo sull'effetto PID nei pannelli solari. Con l'aumento della temperatura, il vapore acqueo nell'aria inizia a condensarsi e ad accumularsi sulla superficie del pannello solare. Nel tempo, questa condensazione può portare all'accumulo di umidità all'interno del pannello solare, il che può causare problemi.
Il vapore acqueo che entra nel pannello solare può creare un circuito elettrico chiuso con le celle solari e altri componenti del pannello solare. Ciò si traduce in un flusso di elettricità che può causare un funzionamento del pannello solare più scadente di quanto dovrebbe.
② Idrolisi dell'EVA
La seconda causa principale dell'effetto PID è l'idrolisi del materiale incapsulante in etilene vinil acetato (EVA). L'EVA è un materiale incapsulante ampiamente utilizzato nella produzione di pannelli solari. Quando esposto a elevata umidità e temperatura, l'EVA è incline a generare acido acetico (aceto).
L'acido acetico prodotto dall'idrolisi dell'EVA interagisce con i componenti metallici del pannello solare e crea un percorso per il flusso di corrente. Il flusso di questa corrente causa una perdita di potenza in uscita.
③ Reazioni chimiche sulla superficie del vetro
La terza causa dell'effetto PID è la reazione chimica tra l'acido acetico e la superficie di vetro del pannello solare. La combinazione di acido acetico e superficie di vetro produce acetato di sodio. L'acetato di sodio è una soluzione elettrolitica che può condurre elettricità. Questo flusso di elettricità porta a una perdita di potenza in uscita.
④ Ioni di sodio che si muovono in un campo elettrico
La quarta ragione dell'effetto PID è il movimento degli ioni di sodio in un campo elettrico. Il sodio è lo ione più mobile nel vetro e quando entra nel pannello solare, reagisce con le celle solari, creando un circuito chiuso.
Quando i pannelli solari sono esposti a un'elevata differenza di tensione, gli ioni di sodio possono migrare all'interno del pannello solare, creando aree ad alto potenziale elettrico. Questo flusso di elettricità porta a una perdita di potenza in uscita.
4. Metodo di prova PID
Esiste una serie specifica di standard: IEC 62804 Moduli fotovoltaici (PV): Metodo di prova per rilevare la degradazione indotta da potenziale. Le condizioni di prova per rilevare la degradazione indotta da potenziale secondo IEC 62084 sono:
Temperatura dell'aria di 60 gradi
85% di umidità relativa
Tensione di polarizzazione di +1000V, -1000V, +1500V o -1500V (a seconda delle caratteristiche del modulo fotovoltaico)
Il tempo totale del test è di 96 ore
I criteri di superamento sono principalmente correlati alla degradazione di potenza misurata alla fine del test. Se non supera il 5%, il test è superato. Pertanto, questo test non garantisce che non si verifichi PID o che il modulo sia privo di PID. I moduli FV con una degradazione di potenza inferiore nella certificazione IEC 62804 potrebbero essere i più resistenti agli effetti PID. Attualmente alcuni produttori estendono la durata (fino a 600 ore) della certificazione e questo tipo di test è affidabile per i prodotti resistenti agli effetti PID.
5. Soluzioni all'effetto PID
Effetto PID dei moduli in silicio cristallino di tipo P (celle ASF convenzionali, celle PERC)
Nel funzionamento effettivo delle centrali elettriche, l'attenuazione PID è comune nei moduli convenzionali in silicio cristallino con telai (vetro sodico-calcico, pellicola EVA). Maggiore è la tensione del sistema DC, maggiore è l'umidità e maggiore è la temperatura, più grave è l'attenuazione PID. L'effetto PID dei moduli in silicio cristallino di tipo P può essere ridotto con i seguenti metodi:
A. Utilizzare vetro di quarzo invece di vetro sodico-calcico per rimuovere gli ioni Na+ e Ca+2;
B. Utilizzare moduli senza cornice con doppio vetro per evitare la messa a terra della cornice;
C. Utilizzare montature composite (nylon, materiali poliuretanici, ecc.);
Migliorare l'EVA o aumentare la densità del film di nitruro sulla superficie della cella;
② Effetto PID dei moduli in silicio cristallino di tipo N (celle TOPCon)
L'effetto PID dei moduli in silicio cristallino di tipo N non è più causato dalla migrazione di ioni (Na+, Ca+2), ma dalla polarizzazione dielettrica dello strato di passivazione causata dalla differenza di potenziale tra la batteria e il telaio del modulo. Pertanto, l'effetto PID dei moduli in silicio cristallino di tipo N può essere prevenuto introducendo uno strato di passivazione con maggiore conduttività e minore costante dielettrica.
③ Effetto PID dei componenti della batteria HJT
La struttura della batteria HJT è completamente diversa da PERC e TOPCon. Lo strato di passivazione utilizza un film conduttivo di ossido trasparente (TCO) invece di SiN4. In condizioni di polarizzazione ad alta tensione, non c'è strato isolante per la carica accumulata, quindi il fenomeno PID non si verificherà. Pertanto, la batteria HJT ha il potenziale per resistere al PID.