关于光伏组件的PID现象的研究.doc

精品文档浅谈光伏组件的PID现象摘要近年来，人们在大规模光伏电站上发现光伏组件存在电势诱导衰减（PID）效应。本文从造成PID现象原因出发，在电池、组件及系统三个不同阶段阐述PID效应对晶体硅太阳电池组件功率衰减的影响，探讨减轻或消除晶体硅太阳电池组件PID效应的方法。关键字： 光伏；组件；系统； PID现象前言当前，环境污染、能源短缺和可持续发展的需要推动太阳能光伏发电从补充能源转变为替代能源，就世界而言，出于能源安全的考虑，各个国家相继通过立法来促进太阳能等可再生能源的持续发展。人们在大规模光伏电站上发现光伏组件存在电位诱发衰减（PID）效应，随之关注也越来越多。PID 已经成为国外买家投诉组件质量的重要因素之一，严重时导致电站输出功率衰减达30%以上，从而影响整个电站的功率输出。1.1 PID定义 PID (Potential Induced Degradation) Test为电位诱发衰减测试，也称之为System Voltage Durability Test。 2005年，美国Sunpower公司的R. Swanson 等人在上海召开的15届PVSEC会议上报道了PID效应，他们发现背极接触N型硅高效率太阳电池制备的光伏组件，在户外运行一段时间后，组件的功率有一定程度的下降，他们在组件上加一个反向高压，组件的功率会很快下降，当把电压极性反过来时，组件的功率又恢复了，他们把这一现象称为电势诱导衰减（PID效应）【1】2.1 造成PID的原因 PID效应引起了人们的重视，研究人员发现在不同的安装地，这一现象引起的组件功率衰减程度也不相同。各个研究机构和光伏厂家为此也进行了大量的实验，但由于这一现象与引起组件功率衰减的其他因素交织在一起，到目前为止， 造成PID的真正原因并没有明确的定论，Simon Koch认为胶膜、电池表面对PID现象有一定的影响，并提出：Na+在电压下从玻璃向电池片移动，正离子移动的速度受胶膜、温度、湿度和电压的影响，在发射极Na离子富集，p-n结被中和，从而影响电池的光伏效应【2】。还有研究表明，当玻璃、胶膜、电池确定时，测试后PID的程度受温度、湿度和电压的影响【3】。而环境条件使电池片和接地边框之间形成漏电流。封装材料、背板、玻璃和边框之间形成了漏电流通道，由于组件长期在高压下工作，这些漏电通道会引起大量的负电荷聚集在电池上表面，也导致电池性能的劣化。目前，业界普遍认为极化现象，Na离子迁移，电化学腐蚀这三个方面是造成电池PID的主要原因。电化学腐蚀一般发生在电池金属主栅线附近，而极化和离子迁移现象很难发生在该位置，这主要是由于到达栅线位置的电荷可以由金属栅线导走。3.1 PID的解决方式抑制PID现象的技术仍处于研究阶段，从目前研究来看，PID可以从三个方面进行预防，分别是系统、组件和电池。从系统上而言，可以采用串联组件的负极接地或是在晚间对组件和大地之间施加正电压。另一个可能的情况是，随着微逆变器的使用，系统电压降低，产生的PID效应是否可以忽略不计。以上的三个方案都带来额外的设备成本和效率的下降。组件方面， PID现象产生主要原因之一是湿度，所以封装的方式尤其重要，而采用性能好的封装材料是防止PID现象的途径之一。由于太阳能电池模块的电压会随着效率的提高而增大，因此要求背板具有高度绝缘性。在组件中替换玻璃也是达到抗PID的最佳选择，通过在玻璃表面增加抗PID涂层减少表面钠离子移动，但成本太高几乎不可行。优化EVA生产工艺，也可以提高组件的抗PID的效果，但没有足够的实验数据可判断哪种EVA可以减小PID效应。电池本身是最重要的抵抗PID的关键因素，良好质量的硅片和严格的电池片工艺过程控制能有效降低PID现象，采用最佳减反射层的沉积方法和沉积参数能减少或消除电池片的PID现象。 也可考虑改变发射极和SiN减反层，但两个改进都带来发电效率的变化和额外设备的增加。4.1 总结本文简单介绍了太阳能电池PID产生的原因及避免的方法。晶体硅太阳电池抗PID技术的研究尚处于起步阶段，可以通过更改电池工艺、更换组件封装材料及优化系统接地方式减少电池片的PID现象有助于提高发电效率。参考文献1 Swanson R, Cudzinovic M, DeCeuster D, et al. The surface polarization effect in high-efficiency silicon solar cells C. 15th PVSEC. 2005.2 Del Cueto J A, Rummel S R. Degradation of photovoltaic modules under high voltage stress in the field C. SPIE Solar Energy Technology. International Society for Optics and Photonics, 20