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PID效应的成因及抑制方法
2022-05-31

  PID效应(Potential Induced Degradation)中文全称为电势诱导衰减。PID对组件的直接危害是大量电荷聚集在电池片表面,使电池表面钝化效果加剧,从而导致电池片的填充因子、开路电压及短路电流降低,电池组件功率衰减,衰减程度可达50%



  组件发生PID衰减EL成像图对比

  关于PID效应成因,目前光伏行业比较认可的说法是:随着光伏系统大规模应用,系统电压越来愈高。电池组件往往18-22块串联才能达到逆变器的MPPT工作电压,这就导致了很高的开路电压和工作电压。


  以STC环境下450W的72片电池组件为例,20串电池组件的开路电压高达1000V,工作电压高达800V。由于光伏电站需要配套防雷接地工程,一般组件的铝合金边框都要求接地,电池片和铝框之间就会形成接近1000V的直流高压,造成电路与金属接地边框存在电压偏置。


组件发生PID效应的机理


  另外一个成因是组件封装。光伏组件封装工艺不能保证百分百绝缘,在长期使用过程中,容易造成漏电,使PN结中的电子损失的越来越多,导电性能越来越差,最终导致电池组件的发电性能下降。 今天,我们将从组件端和逆变器端两方面来解读如何预防和修复PID现象。


  组件端

  光伏组件出厂前进行PID测试,PID的测试标准是根据IEC62804光伏组件性能测试标准、IEC61215、IEC61730光伏组件安全测试标准结合而成,能够很好地预判光伏组件在使用过程中是否会发生PID效应。客户在购买光伏组件时,也可以让厂家提供相应的PID测试报告。


  逆变器端


  逆变器应对PID效应有以下三种方案:


  方案1:采用负极接地方法,消除组件负极对地的负压


  这种方案适用于隔离型光伏逆变器,包括高频隔离型逆变器和工频隔离型逆变器,负极接地后,消除了组件对地的负压,能有效抑制PID现象。而针对非隔离型光伏逆变器,则需要外加隔离变压器之后才能实现负极接地。


负极接地方案示意图


  方案2:采用虚拟中性点接地方案,消除组件负极对地的负压


  这种方案适用于由多台组串式光伏逆变器构成的集中式光伏电站,通过抬升虚拟中性点的电位,使各台逆变器的组串负极对地电压接近为0电位以实现PID抑制功能。


虚拟中性点接地方案示意图


  方案3:采用正向偏置电压方案,修复PID效应


  这种方案适用于由单台或多台组串式光伏逆变器构成的分布式光伏电站,采用逆变器内置或外置防PID修复功能模块,该模块由交流侧供电,在光伏组串正负极加正向偏置电压,修复PID效应,可提供自动模式,夜间模式和连续模式三种输出方式,一般默认为自动模式输出,自动模式输出为系统最高电压。


外置PID修复功能模块示意图


  目前PID效应已经是行业内公认对光伏组件功率影响的重要因素,尤其是面对如高温、高湿等复杂环境时,光伏组件的PID效应还会加剧。因此在组件端,我们可以采用耐候性更好的原辅材料进行封装,增加外部电路与内部电池的绝缘电阻,降低漏电流现象;另外无边框组件在实验中相较于有边框组件,有较好的抗PID特性,因此边框也是我们研究PID的重要因素。在逆变器端,可采用虚拟接地方案,或选配内置或外置防PID功能模块来解决PID效应。 通过以上方案,虽然不能达到完全避免PID效应的效果,但可以把因PID效应造成的损失降到最低。


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