PID效应的成因和解决方案

1.1PID效应的发现和成因

PID效应(Potential Induced Degradation)全称为电势诱导衰减。PID直接危害就是大量电荷聚集在电池片表面，使电池表面钝化效果恶化，从而导致电池片的填充因子、开路电压、短路电流降低，电池组件功率衰减。

2005年Sun power公司就发现晶硅N型电池在组件中施加正高压后存在PID现象。2008年，Ever green公司报道了P型电池组件的PID效应。但是目前还没有明确的证据能够证明一个工作了五年的光伏电站，组件的输出功率骤降就是因为PID效应引起的。不过近年光伏行业对电池组件的PID效应还是引起了足够的重视。德国测试企业TUV发布了他们的建议标准： TC82标准化(82/685 / NP) 温度、湿度、偏置电压、导体,上述参数测试的主要环境数据。

目前光伏行业比较认可的一种PID效应成因是：随着光伏系统大规模应用，系统电压越来愈高，电池组件往往20-22块串联才能达到逆变器的MPPT工作电压。这就导致了很高的开路电压和工作电压.以STC环境下300WP的72片电池组件为例，20串电池组件的开路电压高达860V，工作电压为720V.由于防雷工程的需要，一般组件的铝合金边框都要求接地，这样在电池片和铝框之间就形成了接近1000V的直流高压。

电池组件在封装的层压过程中，分为5层。从外到内为：玻璃、EVA、电池片、EVA、背板。由于EVA材料不可能做到100%的绝缘，特别是在潮湿环境下水气通过作为封边用途的硅胶或背板进入组件内部。EVA的酯键在遇到水后按下面的过程发生分解，产生可以自由移动的醋酸。醋酸和玻璃表面碱反应后，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层而导致PID现象的产生(图1-1为PID效应产生的原理图)。

文献[2]中提到了一个化学现象。已经衰减的电池组件在100℃左右的温度下烘干100小时以后,由PID引起的衰减现象消失了。从而得到一个结论：某些引起PID衰减的过程是可逆的。当然在实际工程中，高温加热组件的这种方式不现实，不可能大规模应用。德国的SAM一个专利技术是针对PID效应的“可逆性”发明的，那就是在晚间对组件和大地之间施加正电压。该方法需要一个叫PID BOX的设备，使用时需要把PID BOX并联在组件正负极上。夜间，PID BOX将组件的正负极进行短接，同时在电池组件与大地之间施加1000V左右的直流正压，让白天迁移到电池片上的离子移出电池片，恢复电池片PN结中的电子。如图1-2

1.2PID效应的危害和测试方法

1.2.1 PID效应的危害

PID效应的危害使得电池组件的功率急剧衰减。使得电池组件的填充因子(FF)、开路电压、短路电流减少。减少太阳能电站的输出功率，减少发电量。减少太阳能发电站的电站收益。

图1-3 所示由于PN结中的电子损失的越来越多，导电性能越来越差。导致电池组件的发电性能下降。最多能达到50%甚至更高。

图1-4所示 编号为ET-P660FLZW845723 电池组件，项目地点为江苏泗洪的某渔光互补电站。(铺设在鱼塘上面)

图1-5所示 编号为ET-P660FLZW797159 电池组件，项目地点为以色列的阿卡某屋顶电站。(地中海沿岸城市,高盐雾高湿度)

图1-6所示 编号为ET-P660FLZW797470电池组件，项目地点为内蒙古鄂尔多斯市某大型地面电站。(正常环境)

图1-4、1-5 分别为组件退回厂家后，在EL实验室使用EL测试仪测试的红外图。图1-5为现场拆卸返厂后的EL测试的红外图。图中发亮的电池片为有效片，发暗、全黑的电池片为无效片。由图可见，在潮湿、盐雾高的地区PID衰减的现象特别严重，在干燥地区的情况则完全正常。

1.2.2 EL测试原理

电致发光，又称场致发光，英文名为Electroluminescence，简称EL。目前，电致发光成像技术已被绝大部分太阳能电池和组件厂家使用，用于检测产品的潜在缺陷，控制产品质量。

EL的测试原理如图1-7所示，晶硅太阳电池外加正向偏置电压，电源向太阳电池注入非平衡载流子，电致发光依靠从扩散区注入的大量非平衡载流子不断地复合发光，放出光子;再利用CCD相机捕捉到这些光子，通过计算机进行处理后显示出来，整个的测试过程是在暗室中进行。

EL图像的亮度正比于电池片的少子扩散长度与电流密度，有缺陷的地方，少子扩散长度较低，所以显示出来的图像亮度较暗。通过EL图像的分析可以有效地发现电池组件中的电池片缺陷。

1.3PID效应的预防和恢复方案

PID效应并非不可预防和恢复，目前国内外工程施工中为了预防PID效应很多逆变器厂家都推出了自己的解决方案。比如集中式逆变器的负极接地解决方案;组串逆变器并联时的单点接地解决方案;以SMA为代表的PID夜间补偿解决方案。