晶體硅光伏組件可靠性測試（PID）
太陽能是一種取之不盡用之不竭，并且沒有污染的能源，也是一種非常理想的新能源模式。晶體硅光伏組件是一種安裝在戶外需要充分接收太陽輻照而產(chǎn)生電流的一種發(fā)電裝置。則由于各種環(huán)境因素的影響，組件在使用過程中必然經(jīng)受沙塵、鹽霧、強(qiáng)風(fēng)、雨雪、冰雹、濕熱、干冷、及水汽的冷凝和蒸發(fā)、大氣氣體的污染、春夏秋冬四季溫度的變化，和需要暴露在強(qiáng)紫外光輻照下保持穩(wěn)定有效的發(fā)電性能直至25年或更久。所以光伏組件可靠性評(píng)估則是特別重點(diǎn)關(guān)注的問題。我們針對(duì)電勢(shì)誘導(dǎo)衰減試驗(yàn)(PID)做以下分析。
一、什么是PID ？
PID 測試是潛在電勢(shì)誘導(dǎo)衰減（potential Induced Degradation)。
極化、電解腐蝕和電化學(xué)腐蝕。組件長期在高電壓工作，在蓋板玻璃、封裝材料、邊框之間存在漏電流，大量電荷聚集在電池片表面，使得電池片表面的鈍化效果惡化，導(dǎo)致填充因子、短路電流、開路電壓降低，使組件性能低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；PID測試目的為驗(yàn)證組件經(jīng)受高強(qiáng)度電壓性能變化的能力。
二、PID衰減的三種模式
a）太陽能電池內(nèi)p-n結(jié)分流，如果通過電池片的電壓為負(fù)壓, 邊框正偏壓, 既光伏組件在受到負(fù)偏壓時(shí)，則漏電陽極離子流入電池片, 半導(dǎo)體內(nèi)出現(xiàn)了雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)形成電池內(nèi)部的導(dǎo)電通道，降低電池的并聯(lián)電阻。
b)組件的邊緣部分容易有水氣進(jìn)入，EVA發(fā)生水解后會(huì)生成醋酸，醋酸和玻璃中的Na+，可以生成大量的自由移動(dòng)的Na+，玻璃表面的鈉離子會(huì)通過封裝材料遷移至電池表面，會(huì)與電池片表面的銀柵線發(fā)生電腐蝕反應(yīng)，從而腐蝕電池柵線，導(dǎo)致填充低、串聯(lián)電阻高，組件性能衰減，此類衰減不可恢復(fù)。POE屬于非極性分子為飽和鍵不易水解且水汽透過率低，體積電阻率大，很大程度上可以阻隔正電荷離子（比如Na+）向電池片表面遷移速率，在一定程度上降低PID現(xiàn)象。
c)指組件長期在高電壓工作，在蓋板玻璃、封裝材料、邊框之間存在漏電流，大量電荷聚集在電池片形成了與鈍化場相反的電場，使得電池片表面的鈍化效果惡化，此類極化效應(yīng)導(dǎo)致填充因子、短路電流、開路電壓降低，使組件性能低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但此衰減是可逆的。
PID失效EL特征
雙面組件PID測試前EL圖片
雙面組件PID測試后EL圖片
PID測試后外圈與測試前對(duì)比明顯發(fā)黑，原因在于電壓加在邊框上，越靠近邊框電池受到的電勢(shì)越大，PID會(huì)越嚴(yán)重。
在偏壓下金屬邊框?qū)﹄姵仄纬傻膹?qiáng)電場的分布和大小
越靠近邊框，電場強(qiáng)度越高，電勢(shì)越大
三、影響PID衰減的因素
a）電池片差異
b) 組件封裝材料的影響
c) 逆變器影響
d) 環(huán)境方面影響
四、PID預(yù)防和解決方案
電池片影響：電池減反膜折射率影響組件的抗PID性能，通過優(yōu)化電池表面的鈍化層，SiN4的致密性，在保證效率的前提下，制備更致密的保護(hù)層。有利于PID性能的提升。
組件封裝材料影響：減少漏電流的通道，選用含鈉離子少的玻璃，也可以選擇透明背板，阻隔性高的POE，密封性優(yōu)的膠等是防止PID發(fā)生的途徑。透明背板主要是對(duì)P-PERC 組件PID問題解決，N型PN結(jié)在正面。 N型的PN結(jié)區(qū)域受影響程度大，N型的解決主要依靠于封裝材料的保護(hù)，高阻隔能力的POE是有效解決方法之一。
逆變器影響：逆變器負(fù)極輸出端與組件都位于負(fù)偏壓條件下,組件與逆變器負(fù)極輸出端的距離越小, 效應(yīng)就越顯著;若逆變器的正極輸出端和組件都是在正偏壓的條件下,光伏組件位置不影響PID現(xiàn)象,且此時(shí)的PID現(xiàn)象不明顯。對(duì)于系統(tǒng)原因造成的PID現(xiàn)象,可以通過組件和逆變器的負(fù)極輸出端進(jìn)行接地的方法來降低。
環(huán)境方面影響：當(dāng)環(huán)境溫度增大時(shí),會(huì)使得電池片中的反向飽和電流急速升高,從而使得漏電流迅速變大,PID現(xiàn)象加劇,即環(huán)境溫度越高,PID現(xiàn)象就更明顯。
五、結(jié)論與展望
光伏組件的PID效應(yīng)隨著溫度，濕度，偏壓的升高會(huì)不斷增強(qiáng)，輸出功率會(huì)隨之下降，導(dǎo)致項(xiàng)目地發(fā)電量降低，在組件層面上降低PID效應(yīng)，我們需要增加外部電路與內(nèi)部電池片間的絕緣電阻，減小漏電流，并且選用良好絕緣性能的封裝材料是關(guān)鍵！從根源上阻斷PID效應(yīng)的發(fā)生。
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