Qual é o efeito anti-PID do painel solar?
1. Efeito PID
O nome completo de PID é: Degradação Potencial Induzida, que significa degradação potencialmente induzida.
O efeito PID foi descoberto e proposto pela primeira vez pela empresa americana SunPower em 2005. Ele se refere à operação de longo prazo de componentes em alta tensão, à existência de corrente de fuga entre o vidro de cobertura, materiais de embalagem e armações, e ao acúmulo de uma grande quantidade de carga na superfície da célula, o que deteriora o efeito de passivação na superfície da célula, levando a uma diminuição no fator de preenchimento, corrente de curto-circuito e tensão de circuito aberto, tornando o desempenho do componente menor do que o padrão de projeto. O grau de atenuação pode chegar a 50%, mas essa atenuação é reversível.
2. Mecanismo do efeito PID
① Efeito de alta tensão
A aplicação em larga escala de sistemas fotovoltaicos levou a tensões de sistema cada vez maiores. Os módulos de bateria geralmente exigem que vários módulos sejam conectados em série para atingir a tensão de trabalho MPPT do inversor, o que leva a uma tensão de circuito aberto e tensão de trabalho muito altas.
Tomando como exemplo um módulo de bateria de 72-célula de 450 W em ambiente STC, a tensão de circuito aberto de um módulo de bateria de 20-string é tão alta quanto 1000 V e a tensão de trabalho é tão alta quanto 800 V. Como as estações de energia fotovoltaica precisam ser equipadas com proteção contra raios e projetos de aterramento, as estruturas de liga de alumínio dos componentes gerais precisam ser aterradas, e uma alta tensão CC de quase 1000 V será formada entre as células da bateria e a estrutura de alumínio, causando um viés de tensão entre o circuito e a estrutura de aterramento de metal.
② Migração de íons
Sob a alta tensão entre o material de embalagem do módulo da bateria e os materiais em suas superfícies superior e inferior, e entre a célula da bateria e sua estrutura metálica aterrada, ocorre a migração de íons, resultando na degradação do desempenho do componente.
Quando a célula solar é polarizada com uma alta voltagem negativa, há uma diferença de voltagem relevante entre a bateria em si e a estrutura do módulo. Isso ocorre em potencial zero porque na maioria das vezes ela é aterrada, então devido à distância muito curta entre a célula solar e a estrutura e devido a possíveis impurezas no material de vedação, a corrente pode ser gerada entre a célula e a estrutura, criando vazamento de corrente para todo o módulo fotovoltaico.
3. Causas do efeito PID
① Vapor de água entrando no painel solar
O vapor de água tem um impacto significativo no efeito PID em painéis solares. Conforme a temperatura sobe, o vapor de água no ar começa a condensar e acumular na superfície do painel solar. Com o tempo, essa condensação pode levar ao acúmulo de umidade dentro do painel solar, o que pode causar problemas.
O vapor de água que entra no painel solar pode criar um circuito elétrico fechado com as células solares e outros componentes do painel solar. Isso resulta em um fluxo de eletricidade que pode fazer com que o painel solar funcione pior do que deveria.
② Hidrólise de EVA
A segunda causa principal do efeito PID é a hidrólise do material encapsulante de Etileno Vinil Acetato (EVA). O EVA é um material encapsulante amplamente utilizado na produção de painéis solares. Quando exposto a alta umidade e temperatura, o EVA é propenso a gerar ácido acético (vinagre).
O ácido acético produzido pela hidrólise do EVA interage com os componentes metálicos do painel solar e cria um caminho para o fluxo de corrente. O fluxo dessa corrente causa uma perda de potência de saída.
③ Reações químicas na superfície do vidro
A terceira causa do efeito PID é a reação química entre o ácido acético e a superfície de vidro do painel solar. A combinação do ácido acético e da superfície de vidro produz acetato de sódio. O acetato de sódio é uma solução eletrolítica que pode conduzir eletricidade. Esse fluxo de eletricidade leva a uma perda na saída de energia.
④ Íons de sódio movendo-se em um campo elétrico
A quarta razão para o efeito PID é o movimento de íons de sódio em um campo elétrico. O sódio é o íon mais móvel no vidro e, quando entra no painel solar, reage com as células solares, criando um circuito fechado.
Quando os painéis solares são expostos a uma alta diferença de voltagem, íons de sódio podem migrar dentro do painel solar, criando áreas de alto potencial elétrico. Esse fluxo de eletricidade leva a uma perda de saída de energia.
4. Método de teste PID
Há uma série específica de padrões - IEC 62804 Módulos fotovoltaicos (PV): Método de teste para detectar degradação induzida por potencial. As condições de teste para detectar degradação induzida por potencial de acordo com IEC 62084 são:
Temperatura do ar de 60 graus
85% de umidade relativa
Polarização de tensão de +1000V, -1000V, +1500V ou -1500V (dependendo das características do módulo fotovoltaico)
O tempo total do teste é de 96 horas
Os critérios de aprovação estão relacionados principalmente à degradação de energia medida no final do teste. Se não exceder 5%, o teste é aprovado. Portanto, este teste não garante que o PID não ocorrerá ou que o módulo esteja livre de PID. Módulos fotovoltaicos com menor degradação de energia na certificação IEC 62804 podem ser os mais resistentes aos efeitos PID. Atualmente, alguns fabricantes estendem a duração (até 600 horas) da certificação, e este tipo de teste é confiável para produtos que são resistentes aos efeitos PID.
5. Soluções para o efeito PID
Efeito PID de módulos de silício cristalino tipo P (células ASF convencionais, células PERC)
Na operação real de usinas de energia, a atenuação PID é comum em módulos de silício cristalino convencionais com armações (vidro de cal-soda, filme EVA). Quanto maior a tensão do sistema CC, maior a umidade, e quanto maior a temperatura, mais séria a atenuação PID. O efeito PID de módulos de silício cristalino tipo P pode ser reduzido pelos seguintes métodos:
A. Use vidro de quartzo em vez de vidro de cal-soda para remover íons Na+ e Ca+2;
B. Utilize módulos sem moldura de vidro duplo para evitar aterramento da moldura;
C. Utilizar armações compostas (nylon, materiais de poliuretano, etc.);
Melhorar o EVA ou aumentar a densidade do filme de nitreto na superfície da célula;
② Efeito PID de módulos de silício cristalino tipo N (células TOPCon)
O efeito PID dos módulos de silício cristalino tipo N não é mais causado por íons migrantes (Na+, Ca+2), mas pela polarização dielétrica da camada de passivação causada pela diferença de potencial entre a bateria e a estrutura do módulo. Portanto, o efeito PID dos módulos de silício cristalino tipo N pode ser prevenido pela introdução de uma camada de passivação com maior condutividade e menor constante dielétrica.
③ Efeito PID dos componentes da bateria HJT
A estrutura da bateria HJT é completamente diferente da PERC e da TOPCon. A camada de passivação usa filme condutor de óxido transparente (TCO) em vez de SiN4. Sob condições de polarização de alta tensão, não há camada isolante para carga acumulada, então o fenômeno PID não ocorrerá. Portanto, a bateria HJT tem o potencial de resistir ao PID.