מהי השפעת האנטי-PID של פאנל סולארי?

מהי השפעת האנטי-PID של פאנל סולארי?

1. אפקט PID

השם המלא של PID הוא: Potential Induced Degradation, שפירושו הפירוק המושרה פוטנציאלי.

אפקט ה-PID התגלה והוצע לראשונה על ידי חברת SunPower האמריקאית בשנת 2005. הוא מתייחס לפעולה ארוכת טווח של רכיבים במתח גבוה, קיומו של זרם דליפה בין זכוכית הכיסוי, חומרי האריזה והמסגרות, והצטברות של א. כמות גדולה של מטען על פני התא, מה שמדרדר את אפקט הפסיבציה על פני התא, מה שמוביל לירידה בגורם המילוי, זרם קצר ומתח מעגל פתוח, מה שהופך את ביצועי הרכיב לנמוכים מהתכנון. תֶקֶן. דרגת הנחתה יכולה להגיע ל-50%, אך הנחתה זו היא הפיכה.

2. מנגנון של אפקט PID

① אפקט מתח גבוה

היישום בקנה מידה גדול של מערכות פוטו-וולטאיות הוביל למתחי מערכת גבוהים יותר ויותר. מודולי סוללה דורשים לרוב חיבור מודולים מרובים בטור כדי להגיע למתח העבודה MPPT של המהפך, מה שמוביל למתח מעגל פתוח ומתח עבודה גבוהים מאוד.

אם ניקח לדוגמה 72-מודול סוללת תאים של 450W בסביבת STC, מתח המעגל הפתוח של 20-מודול סוללת מחרוזת גבוה עד 1000V ומתח העבודה גבוה עד 800V. מאחר שתחנות כוח פוטו-וולטאיות צריכות להיות מצוידות בפרויקטים להגנת ברקים והארקה, מסגרות סגסוגת האלומיניום של רכיבים כלליים נדרשות להיות מוארקות, ומתח גבוה DC של כמעט 1000V יווצר בין תאי הסוללה למסגרת האלומיניום, מה שיגרום ל- הטיית מתח בין המעגל למסגרת הארקה המתכתית.

② נדידת יונים

תחת המתח הגבוה בין חומר האריזה של מודול הסוללה לבין החומרים על המשטחים העליונים והתחתונים שלו, ובין תא הסוללה למסגרת המתכת המוארקת שלו, מתרחשת נדידת יונים, וכתוצאה מכך ירידה בביצועי הרכיבים.

כאשר התא הסולארי מקוטב במתח שלילי גבוה, קיים הפרש מתח רלוונטי בין הסוללה עצמה לבין מסגרת המודול. מדובר בפוטנציאל אפסי מכיוון שלרוב הוא מקורקע, כך שבגלל המרחק הקצר מאוד בין התא הסולארי למסגרת ובשל זיהומים אפשריים בחומר האיטום, יכול להיווצר זרם בין התא למסגרת, היוצר זליגת זרם עבור כל המודול הפוטו-וולטאי.

3. סיבות לאפקט PID

① אדי מים נכנסים לפאנל הסולארי

לאדי מים יש השפעה משמעותית על אפקט ה-PID בפאנלים סולאריים. ככל שהטמפרטורה עולה, אדי המים באוויר מתחילים להתעבות ולהצטבר על פני הפאנל הסולארי. עם הזמן, עיבוי זה יכול להוביל להצטברות של לחות בתוך הפאנל הסולארי, מה שעלול לגרום לבעיות.

אדי מים שנכנסים ללוח הסולארי יכולים ליצור מעגל חשמלי סגור עם התאים הסולאריים ושאר מרכיבי הפאנל הסולארי. התוצאה היא זרימת חשמל שעלולה לגרום לפאנל הסולארי לעבוד בצורה גרועה יותר ממה שהוא צריך.

② הידרוליזה של EVA

הגורם המוביל השני להשפעת ה-PID הוא הידרוליזה של חומר המעטפת אתילן ויניל אצטט (EVA). EVA הוא חומר עטיפה בשימוש נרחב בייצור פאנלים סולאריים. כאשר נחשפים ללחות וטמפרטורה גבוהים, EVA נוטה ליצור חומצה אצטית (חומץ).

חומצה אצטית המיוצרת על ידי הידרוליזה של EVA מקיימת אינטראקציה עם הרכיבים המתכתיים של הפאנל הסולארי ויוצרת נתיב לזרימת הזרם. זרימת הזרם הזה גורמת לאובדן תפוקת הכוח.

③ תגובות כימיות על משטח הזכוכית

הגורם השלישי לאפקט PID הוא התגובה הכימית בין חומצה אצטית למשטח הזכוכית של הפאנל הסולארי. השילוב של חומצה אצטית ומשטח הזכוכית מייצר נתרן אצטט. נתרן אצטט הוא תמיסת אלקטרוליט שיכולה להוליך חשמל. זרימת חשמל זו מובילה לאובדן תפוקת החשמל.

④ יוני נתרן הנעים בשדה חשמלי

הסיבה הרביעית לאפקט PID היא תנועת יוני נתרן בשדה חשמלי. נתרן הוא היון הנייד ביותר בזכוכית, וכאשר הוא נכנס לתוך הפאנל הסולארי, הוא מגיב עם התאים הסולאריים ויוצר מעגל סגור.

כאשר הפאנלים הסולאריים נחשפים להפרש מתח גבוה, יוני נתרן יכולים לנדוד בתוך הפאנל הסולארי, וליצור אזורים בעלי פוטנציאל חשמלי גבוה. זרימת חשמל זו מובילה לאובדן תפוקת הכוח.

4. שיטת בדיקת PID

קיימת סדרה ספציפית של תקנים - IEC 62804 מודולים פוטו-וולטאיים (PV): שיטת בדיקה לאיתור השפלה הנגרמת פוטנציאלית. תנאי הבדיקה לזיהוי השפלה פוטנציאלית המושרה על פי IEC 62084 הם:

טמפרטורת אוויר של 60 מעלות

85% לחות יחסית

הטיית מתח של +1000V, -1000V, +1500V או -1500V (בהתאם למאפייני מודול ה-PV)

זמן המבחן הכולל הוא 96 שעות

קריטריוני המעבר קשורים בעיקר לירידה בהספק הנמדדת בסוף המבחן. במידה והוא אינו עולה על 5%, המבחן עובר. לכן, בדיקה זו אינה מבטיחה ש-PID לא יתרחש או שהמודול נטול PID. מודולי PV עם הפחתת הספק נמוכה יותר בהסמכת IEC 62804 עשויים להיות העמידים ביותר בפני השפעות PID. נכון לעכשיו, חלק מהיצרנים מאריכים את משך ההסמכה (עד 600 שעות), וסוג בדיקה זה אמין עבור מוצרים עמידים בפני השפעות PID.

5. פתרונות לאפקט PID

אפקט PID של מודולי סיליקון גבישי מסוג P (תאי ASF רגילים, תאי PERC)

בהפעלה בפועל של תחנות כוח, הנחתת PID שכיחה במודולי סיליקון גבישיים רגילים עם מסגרות (זכוכית סודה-ליים, סרט EVA). ככל שמתח מערכת ה-DC גבוה יותר, כך הלחות גדולה יותר, וככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך הנחתת ה-PID חמורה יותר. ניתן להפחית את אפקט ה-PID של מודולי סיליקון גבישי מסוג P בשיטות הבאות:

א. השתמש בזכוכית קוורץ במקום בזכוכית סודה-ליים כדי להסיר יוני Na+ ו- Ca+2;

ב. השתמש במודולים ללא מסגרת מזכוכית כפולה כדי להימנע מהארקת מסגרת;

ג. השתמש במסגרות מרוכבות (ניילון, חומרי פוליאוריטן וכו');

שפר את EVA או הגדל את הצפיפות של סרט הניטריד על פני התא;

② אפקט PID של מודולי סיליקון גבישי מסוג N (תאי TOPCon)

אפקט ה-PID של מודולי סיליקון גבישי מסוג N כבר לא נגרמת על ידי נדידת יונים (Na+, Ca+2), אלא על ידי הקיטוב הדיאלקטרי של שכבת הפסיבציה שנגרם מהפרש הפוטנציאל בין הסוללה למסגרת המודול. לכן, ניתן למנוע את אפקט ה-PID של מודולי סיליקון גבישי מסוג N על ידי הכנסת שכבת פסיבציה עם מוליכות גבוהה יותר וקבוע דיאלקטרי נמוך יותר.

③ אפקט PID של רכיבי סוללת HJT

המבנה של סוללת HJT שונה לחלוטין מ-PERC ו-TOPCon. שכבת הפסיבציה משתמשת בסרט מוליך תחמוצת שקוף (TCO) במקום SiN4. בתנאי הטיית מתח גבוה, אין שכבת בידוד למטען מצטבר, ולכן תופעת PID לא תתרחש. לכן, לסוללת HJT יש פוטנציאל להתנגד ל-PID.