【PID及检测】(一)“1年可致输出功率降低约70%”的PID是怎么回事?->异侠血魅传奇

发布时间:2016-03-16 来源:安徽省道路运输协会 浏览次数:

太阳能电池板在制造、运输及设置时,或因年久老化会出现各种故障。就这类故障及检测方法,将从本文起以系列文章介绍由Chemitox公司(东京都大田区)的评测服务所掌握的案例及知识。

Chemitox从事着太阳能电池板及电子部件的评测业务等,自2010年开始提供太阳能电池板的可靠性等评测试验服务以来,已经实施了1600件以上的试验。

其中,因在外企业制造的电池板实施了400件以上的试验。本文是第一篇,介绍PID造成的故障及其原因等。

PID主要在结晶硅型太阳能电池板上发生,是在特定条件下,太阳能电池板加载了高电压,输出功率降低的故障。这是太阳能电池板内的电池单元(发电元件)与铝制框架间产生了电位差导致的。是因受到了高温、高湿及系统电压等条件的影响。

此次要介绍的,是结晶硅型电池板出现的PID的典型事例。

对PID耐性较低的太阳能电池板,有的甚至会有输出功率1年间降低70%以上的情况。另外,这并非只在特定环境下才会发生的现象,据称在日本国内各地都有发生的事例(图1)。


图1:PID劣化的特点 日本各地均有发生(出处:Chemitox)

PID的劣化原理还没有完全查明。据称,即使想强制PID发生,有时却也未必能如愿。

太阳能电池板的劣化有时也会恢复:对电池板施加逆向偏压,即加载高电压,使电池单元与框架之间的电位差与发生PID时相反,并置于一定程度以上的高温环境下,劣化就有可能恢复。

冬季劣化也可能会恢复。PID的劣化一般在春、夏、秋会加重,一到冬天就会减缓。

另外,在雨后及夏日的清晨等,发电系统的漏电检测电路有时会启动。这是因太阳能电池板的绝缘电阻值降低之故,而这种绝缘电阻的降低有时也会引发PID。

p型和n型的输出功率降低的趋势不同

PID劣化主要发生在p型结晶硅型太阳能电池板。n型的发生事例目前相对较少。Chemitox估计,也许是因为迄今采用n型产品的项目没有p型多吧。

现在,结晶硅型电池板的主流产品为p型电池单元(发电元件)。n型虽然容易提高转换效率,但制造技术较难,所以在量产品上少有采用。采用n型的代表性例子有美国SunPower制造的背接触型电池板。很多观点认为,随着制造技术的进步,今后n型电池单元的采用会增加。

n型和p型的PID劣化造成的输出功率降低的趋势不同。

从掌握输出特性的指标——电流-电压特性(I-V特性)来看,p型电池板的劣化,首先是从最大功率点附近的输出功率开始降低(图2)。


图2:p型电池板伴随PID劣化出现的电流-电压特性变化示例

最大功率点附近的输出功率降低导致电压降低。劣化加重后,就不再是曲线状态,而是直线下降(出处:Chemitox)

像是受到最大功率点附近的输出功率降低的拖曳,最大输出电压会降低。电压降低会导致整体输出功率降低,而这一输出功率降低会进一步导致最大电压降低,形成恶性循环。电流-电压特性被称为“I-V曲线”,一般在最大功率点附近形成平缓的曲线,PID劣化加重时,就不会再是曲线状,而变成直线下降。

与此不同,n型电池板的PID劣化是填充因子(FF:Fill Factor)不变,而I-V曲线逐渐缩小(图3)。

图3:n型电池板伴随PID劣化而生的电流-电压特性变化示例
填充因子(Fill Factor)不变,I-V曲线逐渐缩小(出处:Chemitox)

劣化形成的EL(电致发光)检查图像也不同(图4)。p型电池板随着PID劣化加重,在电池单元内,内部电阻会部分降低,有短路之处发生,从而妨碍该位置的发光。这种现象逐渐扩大,最后电池单元整体都不再发光。


图4:p型和n型的输出功率降低情况不同 EL检查图像的变化(出处:Chemitox)

而n型电池板,PID劣化加重的话,电池单元整体的照度会均匀降低。

可以认为,p型是因电子无法通过单元内的耗尽层,所以发光受到妨碍;n型是因为通过耗尽层的电子量减少,发光受到妨碍。这种原理上的不同会体现在不同的EL检查图像上。

钠进入贯穿p-n结的缺陷造成短路

关于这种PID造成的输出功率降低的原理,所知的最新有力说法是德国研究机构弗劳恩霍夫协会CSP(Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics)的分析(图5)。

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