¿Cuál es el efecto anti-PID del panel solar?
1. Efecto PID
El nombre completo de PID es: Degradación Inducida Potencial, que significa degradación inducida potencial.
El efecto PID fue descubierto y propuesto por primera vez por la empresa estadounidense SunPower en 2005. Se refiere al funcionamiento a largo plazo de los componentes a alto voltaje, la existencia de corriente de fuga entre el vidrio de cubierta, los materiales de embalaje y los marcos, y la acumulación de una gran cantidad de carga en la superficie de la celda, lo que deteriora el efecto de pasivación en la superficie de la celda, lo que lleva a una disminución del factor de llenado, la corriente de cortocircuito y el voltaje de circuito abierto, lo que hace que el rendimiento del componente sea inferior al estándar de diseño. El grado de atenuación puede alcanzar el 50%, pero esta atenuación es reversible.
2. Mecanismo del efecto PID
① Efecto de alto voltaje
La aplicación a gran escala de sistemas fotovoltaicos ha dado lugar a voltajes del sistema cada vez más altos. Los módulos de batería suelen requerir que se conecten varios módulos en serie para alcanzar el voltaje de funcionamiento MPPT del inversor, lo que genera un voltaje de circuito abierto y un voltaje de funcionamiento muy altos.
Si tomamos como ejemplo un módulo de batería de 72- celdas de 450 W en un entorno STC, el voltaje de circuito abierto de un módulo de batería de 20- cadenas es tan alto como 1000 V y el voltaje de trabajo es tan alto como 800 V. Dado que las centrales fotovoltaicas deben estar equipadas con proyectos de protección contra rayos y conexión a tierra, se requiere que los marcos de aleación de aluminio de los componentes generales estén conectados a tierra, y se formará un alto voltaje de CC de casi 1000 V entre las celdas de la batería y el marco de aluminio, lo que provocará una polarización de voltaje entre el circuito y el marco de conexión a tierra de metal.
② Migración de iones
Bajo el alto voltaje entre el material de embalaje del módulo de la batería y los materiales de sus superficies superior e inferior, y entre la celda de la batería y su marco metálico conectado a tierra, se produce una migración de iones que da como resultado una degradación del rendimiento del componente.
Cuando la célula solar se polariza con un alto voltaje negativo, existe una diferencia de voltaje relevante entre la propia batería y el marco del módulo. Este se encuentra a potencial cero porque la mayor parte del tiempo está conectado a tierra, por lo que debido a la distancia muy corta entre la célula solar y el marco y debido a posibles impurezas en el material de sellado, se puede generar corriente entre la célula y el marco, creando una fuga de corriente para todo el módulo fotovoltaico.
3. Causas del efecto PID
① Vapor de agua que entra al panel solar
El vapor de agua tiene un impacto significativo en el efecto PID en los paneles solares. A medida que aumenta la temperatura, el vapor de agua en el aire comienza a condensarse y acumularse en la superficie del panel solar. Con el tiempo, esta condensación puede provocar la acumulación de humedad dentro del panel solar, lo que puede causar problemas.
El vapor de agua que entra en el panel solar puede crear un circuito eléctrico cerrado con las células solares y otros componentes del panel solar. Esto genera un flujo de electricidad que puede hacer que el panel solar funcione peor de lo que debería.
② Hidrólisis de EVA
La segunda causa principal del efecto PID es la hidrólisis del material encapsulante de etileno acetato de vinilo (EVA). El EVA es un material encapsulante ampliamente utilizado en la producción de paneles solares. Cuando se expone a altas temperaturas y humedad, el EVA tiende a generar ácido acético (vinagre).
El ácido acético producido por la hidrólisis del EVA interactúa con los componentes metálicos del panel solar y crea un camino para el flujo de corriente. El flujo de esta corriente provoca una pérdida de potencia de salida.
③ Reacciones químicas en la superficie del vidrio
La tercera causa del efecto PID es la reacción química entre el ácido acético y la superficie de vidrio del panel solar. La combinación de ácido acético y la superficie de vidrio produce acetato de sodio. El acetato de sodio es una solución electrolítica que puede conducir electricidad. Este flujo de electricidad provoca una pérdida de potencia de salida.
④ Iones de sodio moviéndose en un campo eléctrico
La cuarta razón del efecto PID es el movimiento de los iones de sodio en un campo eléctrico. El sodio es el ion más móvil en el vidrio y, cuando entra en el panel solar, reacciona con las células solares, creando un circuito cerrado.
Cuando los paneles solares se exponen a una diferencia de voltaje elevada, los iones de sodio pueden migrar dentro del panel solar, creando áreas de alto potencial eléctrico. Este flujo de electricidad provoca una pérdida de potencia de salida.
4. Método de prueba PID
Existe una serie de normas específicas: IEC 62804 Módulos fotovoltaicos (PV): método de prueba para detectar la degradación inducida por potencial. Las condiciones de prueba para detectar la degradación inducida por potencial según IEC 62084 son:
Temperatura del aire de 60 grados
85% humedad relativa
Polarización de voltaje de +1000V, -1000V, +1500V o -1500V (según las características del módulo fotovoltaico)
El tiempo total de prueba es de 96 horas.
Los criterios de aprobación están relacionados principalmente con la degradación de potencia medida al final de la prueba. Si no supera el 5 %, la prueba se aprueba. Por lo tanto, esta prueba no garantiza que no se produzca PID o que el módulo esté libre de PID. Los módulos fotovoltaicos con menor degradación de potencia en la certificación IEC 62804 pueden ser los más resistentes a los efectos PID. Actualmente, algunos fabricantes amplían la duración de la certificación (hasta 600 horas), y este tipo de prueba es fiable para productos que son resistentes a los efectos PID.
5. Soluciones al efecto PID
Efecto PID de módulos de silicio cristalino tipo P (celdas ASF convencionales, celdas PERC)
En el funcionamiento real de las centrales eléctricas, la atenuación PID es habitual en los módulos de silicio cristalino convencionales con marcos (vidrio sódico-cálcico, película EVA). Cuanto mayor sea la tensión del sistema de CC, mayor sea la humedad y mayor sea la temperatura, más grave será la atenuación PID. El efecto PID de los módulos de silicio cristalino de tipo P se puede reducir mediante los siguientes métodos:
A. Utilice vidrio de cuarzo en lugar de vidrio sódico-cálcico para eliminar los iones Na+ y Ca+2;
B. Utilice módulos sin marco de doble vidrio para evitar la conexión a tierra del marco;
C. Utilizar marcos compuestos (nailon, materiales de poliuretano, etc.);
Mejorar el EVA o aumentar la densidad de la película de nitruro en la superficie de la celda;
② Efecto PID de los módulos de silicio cristalino tipo N (células TOPCon)
El efecto PID de los módulos de silicio cristalino de tipo N ya no se debe a la migración de iones (Na+, Ca+2), sino a la polarización dieléctrica de la capa de pasivación causada por la diferencia de potencial entre la batería y el marco del módulo. Por lo tanto, el efecto PID de los módulos de silicio cristalino de tipo N se puede evitar introduciendo una capa de pasivación con mayor conductividad y menor constante dieléctrica.
③ Efecto PID de los componentes de la batería HJT
La estructura de la batería HJT es completamente diferente de la de PERC y TOPCon. La capa de pasivación utiliza una película conductora de óxido transparente (TCO) en lugar de SiN4. En condiciones de polarización de alto voltaje, no hay una capa aislante para la carga acumulada, por lo que no se producirá el fenómeno PID. Por lo tanto, la batería HJT tiene el potencial de resistir el PID.