多晶硅組件的電位誘發衰減的成因及防治

摘 要：光伏應用越來越多，光伏電站規模越建越大，組件串聯的數目越來越多，于是組串與大地的電位差越來越大，目前，已在600v-1000v左右。存在于晶體硅光伏組件中的電路與其接地金屬邊框之間的高電壓，會造成組件的光伏性能的持續衰減。造成此類衰減的機理是多方面的，例如在上述高電壓的作用下，組件電池的封裝材料和組件上表面層及下表面層的材料中出現的離子遷移現象；電池中出現的熱載流子現象；電荷的再分配削減了電池的活性層；相關的電路電腐蝕等等。這些引起組件功率衰減的機理被稱之為電位誘發衰減Potential Induced Degradation。

關鍵詞：PID；成因；防治

1 PID形成原因

1.1 電池片內部的原因

1.1.1 在多晶硅電池片在生產過程中，由于晶界的存在和晶體的生長的速度很快，晶粒大下不一，硅片晶界處雜質和濃度較高，導致硅片并聯電阻、方阻、減反膜質量的均勻性較差，加之多晶硅晶粒、晶向的不一致性以及硅片分級過程中存在的有意、無意的品管差異，使硅片易產生體漏電流，致使組件在封裝后不能較好的抗PID。

并聯電阻減小

填充因子減少，工作電壓較少。

EL測試顯示部分PN結短路

1.1.2 固化后的EVA具有較好的彈性且能承受較大的氣候變化，在現場環境中將硅片上蓋下墊，利用層壓機的真空層壓技術粘合為一體，EVA在生產過程中添加了硅烷偶聯劑，增強了組件的整體通光性并有效的防治外界環境變化對組件的影響。

EVA作為高分子材料在戶外環境下長期使用，不可避免的會產生老化，性能逐漸降低，在光致衰減和電致衰減的雙重作用下，導致透光率及輸出功率下降。品質較差的EVA或因層壓質量和老化會使EVA產生脫層現象，導致空氣和潮氣從組件邊緣滲透到組件內部，引起組件的電腐蝕，導致漏電流產生。

1.1.3 組件背板要求具有較好的機械強度，耐濕熱老化的性能，耐紫外輻射性能，較好的電氣絕緣阻隔性，較好的與EVA粘合性能。

因組價背板質量上存在差異，特別是電氣絕緣阻隔性的降低，導致組件漏電流形成。

1.1.4 組價玻璃的主要成分是二氧化硅、純堿、碳酸鈣、氧化鎂、氧化鋁、碳和芒硝，組件硅片漏電流在高電場強度下通過EVA上方與組件玻璃中的鈉、鈣離子作用，對組件邊框形成回路導致漏電流發生。

1.1.5 組件密封材料一般均使用室溫硫化硅橡膠進行組件密封，室溫硫化硅橡膠具有較好的耐溫特性、耐侯性、電氣絕緣性能、生理惰性、低表面張力性能，高溫、高濕情況下，其絕緣功能下降，使組件玻璃通過邊框與組件邊框接地形成回路，使漏電流形成。

漏電流的途徑主要經過玻璃I1，EVA與玻璃的界面I2，EVAI3與背板材料I4和邊框密封材料到達邊框形成回路。

1.2 PID現場外部原因

PID效應的外部誘導原因主要為潮濕及高溫，同時組件所處環境如海邊、空氣中酸、堿濃度較大時，導致組件表面被導電性、酸性、堿性以及帶有離子的物體的污染程度的增加，也在不同程度上加大了PID效應的形成。因為組件表面玻璃具有不導電的特性，在電池組件因早晨凝露或清掃導致組件處于高濕狀態，組件表面具有帶電金屬離子的狀態下，極易形成PID效應！

PID測試：

現在行業測試的方法主要有三種：雙85加1000V負壓，96小時；常溫環境加1000V負壓168小時；60度溫度85%濕度1000V負壓168小時，其外觀無變形、變色，絕緣試驗合格，濕漏電流試驗合格，功率衰減不得超過5%，EL測試無PN結短路，滿足IEC相關要求。

2 PID的有效防止

PID 效應現象在電站實際運用中并不鮮見，目前國內多家電站相繼發現PID現象的產生，單塊組件開路電壓已由銘牌值降至1-33v不等，組串開路電壓與正常組串相比較均有較明顯的差異，他的直接后果是電站實際發電效果下降，特別是在弱光條件下反應更明顯，從而損害電站投資者的收益。

（1）定期將有PID效應的組串正負極顛倒：

根據現場情況，定期將組串正負極顛倒接入直流匯流箱，理由PID的可逆性，使組價逐步恢復，但此法不可從根部上解決問題。因為具有PID效應的組串在正負極顛倒后，將在新的負極處出現組價產生PID效應，且組件一旦產生PID效應，其各項參數最多可恢復至銘牌數值的80%左右。

（2）對有PID效應的組件加正向偏置電壓：

在現場對PID效應的組串外加正向偏置1000v電壓，激活組件表面的空穴或電子返回，從而促使組件各電氣參數恢復。此種方法也不能從根本防止PID效應的形成，且需定期外加正向偏置電壓。

（3）逆變器直流系統負極接地運行：

目前國內光伏電站直流部分的接線方式均為光伏組件和逆變器直流測正負極浮空運行系統，而歐洲及北美國家目前已強制要求組件商供應的組件必須具備抗PID現象功能，逆變器供應商供應的逆變器負極須裝置性接地，如左圖所示。

通過加裝逆變器直流側負極裝置性接地，修改逆變器DPCB板運行程序，使逆變器在負極接地情況下穩定運行，并能在逆變器接地檢測失靈情況下對每路正極進線電纜起到可靠短路保護，實現有效的PID防治目的。

3 結束語

綜上所述，為從根本上杜絕PID效應的形成，須嚴格控制原材料的品質和在組件生產過程中加強品質管理，提高組件抗PID效應的能力。在逆變器直流側加裝負極接地系統，阻斷漏電流形成，提高逆變器運行穩定性。進而提高光伏電站的整體發電量，減輕運維人員的勞動強度，提升經濟效應。

參考文獻

[1]弗羅里達州太陽能中心PID檢測標準[S].

[2]國家光伏質檢中心CPVT檢測標準[S].

[3]GB/T14009-92標準[S].

作者簡介：陶亮（1976-）男，漢族，安徽宿州人，主要從事發配電工作。