光伏组件电势诱导衰减效应的研究
摘 要多晶硅太阳能电池组件特有的电势诱导衰减效应（PID），导致光伏组件功率大幅衰减，对外输出电能减少，使得太阳能电池组件的大规模应用受到严重的影响。针对PID效应，从光伏电站环境和光伏组件材料等诱导因素分析组件衰减的原因，并通过实验证明研究抗PID的方法。在温度为85℃和85%湿度的标准测试条件下，对单块的光伏组件模板模拟光伏发电系统中出现的潜在诱导衰减（PID）现象，即使组件的铝制边框与输出端产生1000V的电势差。每隔6小时测试一次被实验组件的EL图像和I-V电性能，实验时间持续48h。结果表明：该效应会使光伏组件产生漏电流，漏电程度随着实验持续的时间增加而变得严重。运用电容原理来解释电势诱导衰减效应产生的原因，并采用低介电常数的封装材料来制作新的光伏组件，使得组件的功率衰减控制在5%以内，完全具有抗电势诱导衰减的性能。
目 录
第一章 引言 1
第二章 光伏组件电势诱导衰减效应（PID）的发现和成因 2
2.1 PID的发现 2
2.2 PID的成因 2
2.3 PID效应的危害 3
第三章 光伏组件电势诱导衰减的测试与实验 5
3.1 EL测试 5
3.1.1 EL测试原理 5
3.1.2 EL缺陷测试分析 6
3.2 PID对比实验 7
3.2.1 常规组件PID实验条件 7
3.2.2 PID实验数据及分析 8
第四章 PID的预防与恢复方案 12
4.1 PID预防方案 12
4.1.1 集中式逆变器负极接地 12
4.1.2 组串式逆变器并联后负极接地 14
4.2 PID恢复方案 15
4.2.1系统整体框图 15
4.2.2控制部分 16
4.2.3电源部分 17
4.2.4 PID恢复效果 18
4.3 抗PID效应组件 19
4.3.1 抗PID组件分析 19
4.3.2 抗PID组件的制作与测试 19
4.3.3 小结 20
结束语 2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
1
致 谢 22
参考文献 23
第一章 引言
在全球能源紧缺和需求不断增长的今天，不可再生资源和污染资源已经渐渐不能支撑社会发展的需求量。清洁绿色的可再生资源受到了广泛的关注，并在世界各国迅速推广使用。其中，太阳能以无污染、获取便捷、储量众多、分布广泛等不可替代的优势占据了市场的发展前景，随着我国“可再生能源法”的实施，太阳能光伏发电在国内将得到一个飞跃式发展绝佳机会。如今，我国在太阳能光伏电池的研发、生产和应用产品开发等一些方面已经形成了一个世界级的连锁产业基地，而且在国际太阳能光伏发电工业产业中有着举足轻重的的地位。但是，太阳能的转换率低、稳定性较差和应用成本高成为了现阶段影响光伏发电大规模应用的主要难题。
近十多年来，光伏并网发电得到了充分的发展，光伏并网发电形式的应用也越来越广泛，但是在太阳电池组件的实际应用中，晶硅光伏组件电路与接地的金属边框之间出现的高压差，造成光伏组件功率的持续衰减，造成极大经济损失，因此消除电站组件的持续衰减现象对光伏产业来说意义重大。我们把造成这类组件衰减的机理称为电势诱导衰减(PID)。
本课题阐述了PID效应产生的机理，在根据相关测试标准的条件下，用实验测试了温度、湿度以及电压等因素对光伏组件PID效应的影响，并结合实验结果分析得出切实可行的的解决方案。
第二章 光伏组件电势诱导衰减效应（PID）的发现和成因
2.1 PID的发现
电势诱导衰减效应（Potential Induced Degradation）简称PID，指的是在百万瓦特级的光伏电站中串联了很多太阳能电池板，在持续接通反向直流高电压的条件下运行时出现钝化现象，发生功率大幅下降的现象。PID就是大量的电荷聚集在电池片的表面，使得电池表面发生钝化效应，使电池片的填充因子、开路电压和短路电流大大降低，从而出现了光伏组件的功率衰减效应。
2005年Sun Power公司在晶体硅N型电池组件中施加正向直流高压电，发现了PID效应，并提出了表面极化现象。通过测试发现，当光伏组件发生PID现象的时候，组件的功率也会大大降低，在采取了一定的实验方法后，可以使PID消失，功率也可以恢复到现象发生前。佛罗里达的太阳能中心(FSEC)在炎热和潮湿的环境下，研究系统偏压对漏电流的影响，发现在户外潮湿环境下薄膜模块的漏电流基本保持在0.1~8 mA 的范围内。美国国家能源部可再生能源实验室(NREL)和SOLON公司证明不管组件采用哪种技术的P 型晶体硅电池片，光伏组件在反向偏压的作用下都有发生PID 的风险。Naumann 等采用SEM/TEM/SIMS/EBICA 方式对出现了PID 现象的晶体硅太阳电池表面的微结构进行了分析，表明了电子分流的程度与金属钠离子(Na+ )在太阳能电池板减反射膜表面的富集程度有关。
2.2 PID的成因
然而并没有任何明确的证据表明PID效应会引起一个工作的了五年的光伏电站的组件的输出功率衰减，但PID效应已经引起了业界足够的重视。随着光伏系统的大规模应用，系统电压越来越高，电池组件往往需要2022块串联才能达到逆变器的MPPT工作电压。这就导致了较高的开路电压和工作电压，一般的20块串联的电池组件的开路电压为860v，工作电压为720v，由于组件铝合金边框接地，电池片和铝框之间的形成的电压差接近1000v。这也是目前光伏行业比较认可的一种PID效应成因。
电池片在封装层压过程中，一共分为五层，由内到外分别是：白背板、EVA、电池片、EVA、玻璃。EVA是封装材料，是直接接触电池片的材料，通过层压技术直接覆盖在电池片上，形成减反射膜，达到绝缘防水等作用，但也是漏电流的关键通道。EVA材料中的VA含量（醋酸乙烯在树脂EVA中的含量）对EVA的透明度、耐高温性能、强度等都起着很重要的作用。VA含量越低，EVA的塑料特性太强，刚性增高，耐磨性、电绝缘性提高；VA含量越高，弹性、柔软性、相溶性、透明性等也越高，但电绝缘性能下降，容易水解。在高温高湿的恶劣环境中，EVA材料中的脂键容易发生分解，产生醋酸，可以自由移动。醋酸再与玻璃表面发生碱反应，产生了钠离子。钠离子在外加电场的作用下，向电池片表面移动并富集到减反射膜上，发生PID效应。钠钙玻璃的金属离子是形成PID效应的漏电流的主要载流介质。
图21 PID效应产生原理
2.3 PID效应的危害
PID效应的危害是使得电池组件的功率快速衰减。光伏组件性能的持续衰减存在于组件中的电路与接地铝边框之间的高电压。大量电荷聚集在电池片的表面，使得光伏电池表面的钝化效果恶化，光伏组件的填充因子(FF)、开路电压、短路电流降低。减少了光伏电站的输出功率，影响电站的发电量，降低了太阳能的利用率，从而使光伏发电站的电站收益减少，组件性能远远低于设计功能。
目 录
第一章 引言 1
第二章 光伏组件电势诱导衰减效应（PID）的发现和成因 2
2.1 PID的发现 2
2.2 PID的成因 2
2.3 PID效应的危害 3
第三章 光伏组件电势诱导衰减的测试与实验 5
3.1 EL测试 5
3.1.1 EL测试原理 5
3.1.2 EL缺陷测试分析 6
3.2 PID对比实验 7
3.2.1 常规组件PID实验条件 7
3.2.2 PID实验数据及分析 8
第四章 PID的预防与恢复方案 12
4.1 PID预防方案 12
4.1.1 集中式逆变器负极接地 12
4.1.2 组串式逆变器并联后负极接地 14
4.2 PID恢复方案 15
4.2.1系统整体框图 15
4.2.2控制部分 16
4.2.3电源部分 17
4.2.4 PID恢复效果 18
4.3 抗PID效应组件 19
4.3.1 抗PID组件分析 19
4.3.2 抗PID组件的制作与测试 19
4.3.3 小结 20
结束语 2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
1
致 谢 22
参考文献 23
第一章 引言
在全球能源紧缺和需求不断增长的今天，不可再生资源和污染资源已经渐渐不能支撑社会发展的需求量。清洁绿色的可再生资源受到了广泛的关注，并在世界各国迅速推广使用。其中，太阳能以无污染、获取便捷、储量众多、分布广泛等不可替代的优势占据了市场的发展前景，随着我国“可再生能源法”的实施，太阳能光伏发电在国内将得到一个飞跃式发展绝佳机会。如今，我国在太阳能光伏电池的研发、生产和应用产品开发等一些方面已经形成了一个世界级的连锁产业基地，而且在国际太阳能光伏发电工业产业中有着举足轻重的的地位。但是，太阳能的转换率低、稳定性较差和应用成本高成为了现阶段影响光伏发电大规模应用的主要难题。
近十多年来，光伏并网发电得到了充分的发展，光伏并网发电形式的应用也越来越广泛，但是在太阳电池组件的实际应用中，晶硅光伏组件电路与接地的金属边框之间出现的高压差，造成光伏组件功率的持续衰减，造成极大经济损失，因此消除电站组件的持续衰减现象对光伏产业来说意义重大。我们把造成这类组件衰减的机理称为电势诱导衰减(PID)。
本课题阐述了PID效应产生的机理，在根据相关测试标准的条件下，用实验测试了温度、湿度以及电压等因素对光伏组件PID效应的影响，并结合实验结果分析得出切实可行的的解决方案。
第二章 光伏组件电势诱导衰减效应（PID）的发现和成因
2.1 PID的发现
电势诱导衰减效应（Potential Induced Degradation）简称PID，指的是在百万瓦特级的光伏电站中串联了很多太阳能电池板，在持续接通反向直流高电压的条件下运行时出现钝化现象，发生功率大幅下降的现象。PID就是大量的电荷聚集在电池片的表面，使得电池表面发生钝化效应，使电池片的填充因子、开路电压和短路电流大大降低，从而出现了光伏组件的功率衰减效应。
2005年Sun Power公司在晶体硅N型电池组件中施加正向直流高压电，发现了PID效应，并提出了表面极化现象。通过测试发现，当光伏组件发生PID现象的时候，组件的功率也会大大降低，在采取了一定的实验方法后，可以使PID消失，功率也可以恢复到现象发生前。佛罗里达的太阳能中心(FSEC)在炎热和潮湿的环境下，研究系统偏压对漏电流的影响，发现在户外潮湿环境下薄膜模块的漏电流基本保持在0.1~8 mA 的范围内。美国国家能源部可再生能源实验室(NREL)和SOLON公司证明不管组件采用哪种技术的P 型晶体硅电池片，光伏组件在反向偏压的作用下都有发生PID 的风险。Naumann 等采用SEM/TEM/SIMS/EBICA 方式对出现了PID 现象的晶体硅太阳电池表面的微结构进行了分析，表明了电子分流的程度与金属钠离子(Na+ )在太阳能电池板减反射膜表面的富集程度有关。
2.2 PID的成因
然而并没有任何明确的证据表明PID效应会引起一个工作的了五年的光伏电站的组件的输出功率衰减，但PID效应已经引起了业界足够的重视。随着光伏系统的大规模应用，系统电压越来越高，电池组件往往需要2022块串联才能达到逆变器的MPPT工作电压。这就导致了较高的开路电压和工作电压，一般的20块串联的电池组件的开路电压为860v，工作电压为720v，由于组件铝合金边框接地，电池片和铝框之间的形成的电压差接近1000v。这也是目前光伏行业比较认可的一种PID效应成因。
电池片在封装层压过程中，一共分为五层，由内到外分别是：白背板、EVA、电池片、EVA、玻璃。EVA是封装材料，是直接接触电池片的材料，通过层压技术直接覆盖在电池片上，形成减反射膜，达到绝缘防水等作用，但也是漏电流的关键通道。EVA材料中的VA含量（醋酸乙烯在树脂EVA中的含量）对EVA的透明度、耐高温性能、强度等都起着很重要的作用。VA含量越低，EVA的塑料特性太强，刚性增高，耐磨性、电绝缘性提高；VA含量越高，弹性、柔软性、相溶性、透明性等也越高，但电绝缘性能下降，容易水解。在高温高湿的恶劣环境中，EVA材料中的脂键容易发生分解，产生醋酸，可以自由移动。醋酸再与玻璃表面发生碱反应，产生了钠离子。钠离子在外加电场的作用下，向电池片表面移动并富集到减反射膜上，发生PID效应。钠钙玻璃的金属离子是形成PID效应的漏电流的主要载流介质。
图21 PID效应产生原理
2.3 PID效应的危害
PID效应的危害是使得电池组件的功率快速衰减。光伏组件性能的持续衰减存在于组件中的电路与接地铝边框之间的高电压。大量电荷聚集在电池片的表面，使得光伏电池表面的钝化效果恶化，光伏组件的填充因子(FF)、开路电压、短路电流降低。减少了光伏电站的输出功率，影响电站的发电量，降低了太阳能的利用率，从而使光伏发电站的电站收益减少，组件性能远远低于设计功能。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/1625.html
