淺析p型PERC雙面雙玻光伏組件PID現象

國家電投集團西安太陽能電力有限公司 ■ 唐蘭蘭 董鵬 苗林 李媛媛

0 引言

在實際發電現場及光伏組件PID測試過程中可以發現，使用EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)封裝的p型PERC雙面雙玻光伏組件，正、背面的PID現象明顯；而改變封裝材料，使用POE(聚烯烴)封裝后，光伏組件正面的PID現象得到緩解，但是背面仍存在PID現象。

本文主要從不同封裝材料出發，分別使用EVA和POE材料封裝光伏組件，通過PID測試，依據測試結果分析p型PERC雙面雙玻光伏組件出現PID現象的原因。

1 PID的定義

PID效應(Potential Induced Degradation)又稱電勢誘導衰減，是指當光伏組件的電極與邊框之間存在較高的偏置電壓時，玻璃中的Na+出現離子遷移，附著在電池片表面，從而造成光伏組件功率下降的現象[1]。

2 p型PERC雙面雙玻光伏組件的PID現象分析

2.1 實際電站中的PID現象

光伏組件在系統中的陣列排布和偏壓如圖1所示。因為每塊光伏組件邊框都是接地的，會造成單個組件和邊框之間形成偏置電壓，所以，越靠近負極輸出端的光伏組件，承受負偏壓現象越明顯。

圖1 光伏組件在電站系統中的排列示意圖

處于負偏壓情況下時，光伏組件邊框的電勢為零，高于電池片電勢，當玻璃表面有濕氣、露水等時，就會在組件表面形成一個帶電的水膜，而這個帶電水膜與電池片之間會因為電勢差形成一個模擬電場，且Na+本身帶正電荷，所以在電場作用下，Na+就會通過封裝材料向電池方向遷移，從而發生PID現象[2]。在光伏電站系統中，光伏組件越靠近負極輸出端，發生的PID現象越明顯。

2.2 p型PERC雙面雙玻光伏組件PID(-1500 V)測試分析

使用不同廠家的POE及EVA材料對p型PERC雙面雙玻光伏組件進行封裝，然后對組件施加-1500 V的電壓，進行PID 96 h測試，結果如圖2所示。

圖2 -1500 V PID測試后衰減對比圖

由圖2可以看出：

1)施加-1500 V電壓經過PID 96 h測試后，POE封裝的光伏組件正面衰減率在5%以內；而EVA封裝的光伏組件正面衰減率為5.17%。

2)同一種封裝材料，其背面衰減率明顯高于正面。使用POE封裝的光伏組件其背面衰減率也高達4%～7%，而使用EVA封裝的光伏組件背面衰減率更是高達30%。

2.3 p型PERC雙面雙玻光伏組件PID(+1500 V)測試分析

使用不同廠家的POE及EVA材料對p型PERC雙面雙玻光伏組件進行封裝，然后對組件施加+1500 V的電壓，進行PID 192 h測試，結果如圖3所示。

由圖3可以看出，當給組件施加+1500 V電壓經過PID 192 h測試后，無論是使用EVA封裝的光伏組件，還是使用POE封裝的光伏組件，其正、背面衰減率均在5%以內，甚至衰減率低于負偏壓96 h測試。

圖3 +1500 V PID測試后衰減對比圖

3 結果討論

3.1 使用EVA封裝的光伏組件在負偏壓情況下，正、背面PID現象均明顯

使用EVA封裝的p型PERC雙面雙玻光伏組件在負偏壓情況下，正、背面PID現象均較明顯。導致此種情況產生的原因可能為：在高溫高濕情況下，EVA易水解，水解會產生醋酸根離子[3]，Na+會結合醋酸根離子，從而穿過EVA到達電池片表面，影響電池片表面的電荷分布。

3.2 使用POE封裝的光伏組件在負偏壓情況下，背面更易出現PID現象

使用POE封裝的p型PERC雙面雙玻光伏組件在負偏壓情況下，背面更易出現PID現象。造成此種情況的原因可能為：由POE封裝的光伏組件，因POE結構均由C-C鍵和C-H鍵組成，不含有C=O或其他的不飽和雙鍵，無酸性物質釋放，且其體積電阻率比EVA材料高約1～2個數量級，水汽透過率比EVA低約1個數量級，因此，在高溫高濕情況下，玻璃析出的Na+要想遷移至電池片表面較為困難。

但是在高溫高濕情況下，封裝材料的體積電阻率會減小，且材料中的硅烷偶聯劑及交聯劑中含有少量的帶負電的離子，因此，在外加電場的作用下，可使較少的Na+通過封裝材料到達電池片表面。

使用POE封裝的光伏組件背面更易出現PID現象是因為雙面PERC電池片正面為化學鈍化，其氮化硅中含有高密度的固定正電荷，對Na+有一定的排斥作用，會減弱一部分Na+的富集；但是其背面為場鈍化，Al2O3/Si接觸面具有較高的固定負電荷密度，背面玻璃中析出的Na+使氧化鋁內的電荷發生再分布，導致鈍化效果惡化。同時，雙面PERC電池片正面含有一層氧化硅減反射層，可以起到抗PID效應，而背面沒有。

4 結論

本文分別使用EVA和POE材料對光伏組件進行封裝，然后分析PID現象產生的原因，并得出以下結論：

1)使用EVA封裝的 p型PERC雙面雙玻光伏組件易出現PID現象；

2)即使使用POE材料封裝的p型PERC雙面雙玻光伏組件，其背面出現PID現象的風險也較大，這與電池片本身的結構有關。