關于光伏組件的PID現(xiàn)象的研究.doc

精品文檔淺談光伏組件的PID現(xiàn)象摘要近年來，人們在大規(guī)模光伏電站上發(fā)現(xiàn)光伏組件存在電勢誘導衰減（PID）效應。本文從造成PID現(xiàn)象原因出發(fā)，在電池、組件及系統(tǒng)三個不同階段闡述PID效應對晶體硅太陽電池組件功率衰減的影響，探討減輕或消除晶體硅太陽電池組件PID效應的方法。關鍵字： 光伏；組件；系統(tǒng)； PID現(xiàn)象前言當前，環(huán)境污染、能源短缺和可持續(xù)發(fā)展的需要推動太陽能光伏發(fā)電從補充能源轉(zhuǎn)變?yōu)樘娲茉?，就世界而言，出于能源安全的考慮，各個國家相繼通過立法來促進太陽能等可再生能源的持續(xù)發(fā)展。人們在大規(guī)模光伏電站上發(fā)現(xiàn)光伏組件存在電位誘發(fā)衰減（PID）效應，隨之關注也越來越多。PID 已經(jīng)成為國外買家投訴組件質(zhì)量的重要因素之一，嚴重時導致電站輸出功率衰減達30%以上，從而影響整個電站的功率輸出。1.1 PID定義 PID (Potential Induced Degradation) Test為電位誘發(fā)衰減測試，也稱之為System Voltage Durability Test。 2005年，美國Sunpower公司的R. Swanson 等人在上海召開的15屆PVSEC會議上報道了PID效應，他們發(fā)現(xiàn)背極接觸N型硅高效率太陽電池制備的光伏組件，在戶外運行一段時間后，組件的功率有一定程度的下降，他們在組件上加一個反向高壓，組件的功率會很快下降，當把電壓極性反過來時，組件的功率又恢復了，他們把這一現(xiàn)象稱為電勢誘導衰減（PID效應）【1】2.1 造成PID的原因 PID效應引起了人們的重視，研究人員發(fā)現(xiàn)在不同的安裝地，這一現(xiàn)象引起的組件功率衰減程度也不相同。各個研究機構和光伏廠家為此也進行了大量的實驗，但由于這一現(xiàn)象與引起組件功率衰減的其他因素交織在一起，到目前為止， 造成PID的真正原因并沒有明確的定論，Simon Koch認為膠膜、電池表面對PID現(xiàn)象有一定的影響，并提出：Na+在電壓下從玻璃向電池片移動，正離子移動的速度受膠膜、溫度、濕度和電壓的影響，在發(fā)射極Na離子富集，p-n結被中和，從而影響電池的光伏效應【2】。還有研究表明，當玻璃、膠膜、電池確定時，測試后PID的程度受溫度、濕度和電壓的影響【3】。而環(huán)境條件使電池片和接地邊框之間形成漏電流。封裝材料、背板、玻璃和邊框之間形成了漏電流通道，由于組件長期在高壓下工作，這些漏電通道會引起大量的負電荷聚集在電池上表面，也導致電池性能的劣化。目前，業(yè)界普遍認為極化現(xiàn)象，Na離子遷移，電化學腐蝕這三個方面是造成電池PID的主要原因。電化學腐蝕一般發(fā)生在電池金屬主柵線附近，而極化和離子遷移現(xiàn)象很難發(fā)生在該位置，這主要是由于到達柵線位置的電荷可以由金屬柵線導走。3.1 PID的解決方式抑制PID現(xiàn)象的技術仍處于研究階段，從目前研究來看，PID可以從三個方面進行預防，分別是系統(tǒng)、組件和電池。從系統(tǒng)上而言，可以采用串聯(lián)組件的負極接地或是在晚間對組件和大地之間施加正電壓。另一個可能的情況是，隨著微逆變器的使用，系統(tǒng)電壓降低，產(chǎn)生的PID效應是否可以忽略不計。以上的三個方案都帶來額外的設備成本和效率的下降。組件方面， PID現(xiàn)象產(chǎn)生主要原因之一是濕度，所以封裝的方式尤其重要，而采用性能好的封裝材料是防止PID現(xiàn)象的途徑之一。由于太陽能電池模塊的電壓會隨著效率的提高而增大，因此要求背板具有高度絕緣性。在組件中替換玻璃也是達到抗PID的最佳選擇，通過在玻璃表面增加抗PID涂層減少表面鈉離子移動，但成本太高幾乎不可行。優(yōu)化EVA生產(chǎn)工藝，也可以提高組件的抗PID的效果，但沒有足夠的實驗數(shù)據(jù)可判斷哪種EVA可以減小PID效應。電池本身是最重要的抵抗PID的關鍵因素，良好質(zhì)量的硅片和嚴格的電池片工藝過程控制能有效降低PID現(xiàn)象，采用最佳減反射層的沉積方法和沉積參數(shù)能減少或消除電池片的PID現(xiàn)象。 也可考慮改變發(fā)射極和SiN減反層，但兩個改進都帶來發(fā)電效率的變化和額外設備的增加。4.1 總結本文簡單介紹了太陽能電池PID產(chǎn)生的原因及避免的方法。晶體硅太陽電池抗PID技術的研究尚處于起步階段，可以通過更改電池工藝、更換組件封裝材料及優(yōu)化系統(tǒng)接地方式減少電池片的PID現(xiàn)象有助于提高發(fā)電效率。參考文獻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