光伏组件的电位诱发衰减

光伏组件的电位诱发衰减（ PID）1. 前言近几年的研究表明，存在于晶体硅光伏组件中的电路与其接地金属边框之间的高电压，会造成组件的光伏性能的持续衰减。 造成此类衰减的机理是多方面的， 例如在上述高电压的作用下， 组件电池的封装材料和组件上表面层及下表面层的材料中出现的离子迁移现象； 电池中出现的热载流子现象； 电荷的再分配削减了电池的活性层； 相关的电路被腐蚀等等。 这些引起衰减的机理被称之为电位诱发衰减、 极性化、 电解腐蚀和电化学腐蚀。2.PID 相关介绍. b6 ]2 o4 F b, m. SPID Potential Induced Degradation意为电位诱发衰减测试，一些电站实际使用表明，光伏发电系统的系统电压似乎存在对晶体硅电池组件有持续的“电位诱发衰减”效用，基于丝网印刷的晶体硅电池通过封装材料（通常是 EVA 和玻璃的上表面）对组件边框形成的回路所导致的漏电流，被确认为是引起上述效应的主要原因。 近年来 PID 已经成为国外 买家投诉国内组件质量的重要因素之一，严重时候它可以引起一块组件功率衰减 50以上，从而影响整个电站的功率输出，国际上已经许多企业对组件的 PID 现象进行分析。PID 效应现象在电站实际运用中并不鲜见，他的直接后果是电站实际发电效果下降， 从而严重损害投资者的收益， 最终会导致组件厂遭遇投诉甚至是退货、 赔偿。 PID 现在并没有统一的检测标准，现在行业测试的方法主要有三种双 85 加 1000V 负压， 96小时； 常温环境加 1000V 负压 168 小时； 60 度温度 85湿度 1000V 负压 168 小时。 其中第一种测试方法最为苛刻。3.PID 的形成机理 j }7 X7 f9 E; K1 n6 \, l8 RPID 效应现象大多数最容易出现在潮湿的条件下发生，且其活跃程度与潮湿程度相关；同时组件表面被导电性、 酸性、 碱性以及带有离子的物体的污染程度， 也与上述衰减现象发生有关。 在实际的应用场合， 晶体硅光伏组件的 PID 现象已经被观察到， 基于其电池结构和其他构成组件的材料及设计型式的不同， PID 现象可能是在其电路与金属接地边框成正向电压偏置的条件下发生，也可能是成反向偏置的条件下发生。o u到目前为止， 漏电流形成的机理实际上还不是十分的清楚。 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。光伏太阳能玻璃的原料成份首先是二氧化硅，其主要是起着网络形成体的作用，所以其用量占玻璃组分中的一大半；第二大用量是纯碱，主要是提供氧化钠，可以降低玻璃的熔制温度；再者是石灰石即碳酸钙和氧化镁，他们的主要作用是调整玻璃的黏度在一个合适的值，使玻璃成型时间缩短或延长，以满足成型的要求；还引入氧化铝原料，提高玻璃的物理化学性能，如强度、化学稳定性等；最后是碳和芒硝，两个联合使用，主要作用是作为澄清剂，以排除玻璃中的气泡，是玻璃中的气泡尽量少，以用来提高玻璃的透过率。据相关文献介绍，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段时间内，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。4. 并网光伏系统中光伏阵列的输出端 “ 对地电压 ”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。图 2 并网光伏系统组件电路的电压承受情况 M目前在国际电工委员会（ IEC）层面上，还没有出台有关实验室进行 PID 测试和评估的正式标准，该测试和评估标准正在研究和制定过程中， 2011 年 11 月 TC82（ 国际电工委员会光伏能源标准化技术委员会 f3 O4 L T9 Q/ X“ e T）、 WG2（ 非聚光组件 8 x* P* p2 V; W）工作组形成了一个工作文件。该文件内容相关介绍如下。5.1 样品要求作为型式认可的实验样品， 如果不确定 PID 发生的电压极性， 则 2 种极性的偏置电压下，需分别进行实验；反之，则选用已知的 PID 发生的电压极性。对于某个极性的实验包括2 个组件（也可能需要一个附加的控制组件），样品应该按 IEC 60410 的要求，从相同生产批次中抽取。5.2 合格判定在“电压耐久”结束后，按下列要求进行合格判定① STC 最大功率，与初始值相比，衰减不超过 5；② 没有目测不合格现象（按 IEC 61215 章节 7；和 IEC 61730-2 章节 10.1.3 ）；③ 测试顺序中要求的湿漏电流实验，满足 IEC 61215 章节 10.15 的要求；④ 实验结束后，组件的功能完整。5.3 实验顺序 _9 Y8 Y/ M, r8 x1 序号 测试项目 u ; A7 V q2 m D项目说明1, / C- z2 O* g a消除早期衰减效应; \2 y a m“ J0 a _组件开路进行 5kWh/㎡ 5.5kWh/ ㎡的照射。7 k9 V3 R G e N P J6 H2/ . A, m B3 Q g“ V, W, 组件的 STC最大功率测定。 H; . [7 B0 C D m D l1 L6 s { }0 f O“ A |4/ U r6 t t- K P8 j绝缘及接地连续8 W/ G t f6 N 0 I, x1 B/ kEL成像/ H* d6 Q E Y E S N组件的 EL成像；观察组件中电池的变化情况。7 Z3 J S; u9 k3 N7 r A4 | L7 绝缘, [ i f* \ H k5 z湿漏电流实验目测检查是否有不合格现象“ h f5 O6 n8 STC测定\3 } i3 W组件的 STC最大功率测定5 q s5 { ]1 Q/ i4 A* B S0 w, c1 z e2 9- w2 g, R Q R- A V S1 g7 L d B Y1 s结束 {4 0 f p f1 L合格判定O z1 t/ E“ L s. a7 l b相关试验要求的说明1.实验组件需要通过电气绝缘性能良好的耐高温、高湿的支架被放置在环境试验箱内；并注意所有与实验组件电路连通的部位与环境试验箱之间保持良好的绝缘性能；2.实验组件的输出端被短接后，与提供实验用系统电压的电源输出端一极相连，极性按相关实验要求选择；3.实验组件接地端子的连接要求，即有防松动、防腐蚀的措施。与提供实验用系统电压的电源输出端一极相连，极性与 2 中选择的极性相反；4.“电压耐久”开始时，组件电路与金属边框之间，立即被接上试验系统电压；环境试验箱内的温度从不大于 25℃开始爬升， 爬升的速率为每分钟 1℃，期间相对湿度控制在45 85RH.5.“电压耐久”实验结束后的湿漏电实验，在“电压耐久”实验结束的 2h 后， 4h 前完成。