Кошик
690 відгуків
Сонячна електростанція 10кВт під "Ключ" за 9100$10кВт
+380
68
999-11-31
+380
32
253-91-13
Товари для стабільного і безперервного електропостачання
Корзина
PID ефект, причина його утворення та методи боротьби

PID ефект, причина його утворення та методи боротьби

PID ефект, причина його утворення та методи боротьби

Чому сонячні панелі з часом зменшують свою ефективність? Що таке PID ефект? Які основні причини його винекнення та як з ним боротися

     Так званий PID ефект - деградація сонячних панелей (Potential Induced Degradation) це процес який зменшує продуктивність сонячного фотомодуля протягом часу до 70 %.

     Явище зменшення ефективності сонячного фотомодуля після декількох років роботи, є особливо актуальним для потужних електростанцій у фінансовому співвідношенні.

    Ще у червні 2011 року товариство імені Фраунгофера (найбільше у Європі наукове товариство прикладних досліджень), відділ кремнієвої фотовольтаніки опублікувало результати досліджень, які показали вплив PID ефекту на зменшення продуктивності фотомодуля до 70 %[1]. Незабаром після цього анонсу, деякі виробники сонячних фотомодулів оголосили про відсутність PID ефекту на їхніх сонячних батареях, шляхом застосування різних домішок та будови фотомодулів.

    Тим не менше ключом до вирішення проблеми PID ефекту є уникнення утворення різниці потенціалів між сонячним фотомодулем та рамою фотомодуля. В іншому випадку виникає ризик втрати потужності.

Рис.1. Електро-люмінісцентний тест. На рисунку зліва фотокомірки на якиї відсутній PID ефект. Фотокомірки які піддалися впливу PID ефекту зображені праворуч..Чорні області зображають коротке замикання p-n переходу.

Природа утворення PID ефекту

PID ефект розповсюджується як на кристалічні фотомодулі так і на тонко-плівкові. Це пов'язано низькою стійкістю до виникнення різниці потенціалів (блукаючих струмів) у фотомодулів.

Існують два типи деградації PID

        Реверсивний (поляризація)

        Необоротні (електро-корозія)

Якщо фотоелектричні модулі мають негативний потенціал відносно землі, існує висока напруга між фотомодулями та рамою, навіть при заземлених фотомодулях. Негативна напруга фотомодуля притягує електрони з матеріалів якого виготовлений фотомодуль та розряджається через заземлену раму, таким чином відбувається певний витік струму. Цей неконтрольований рух вільних носіїв заряду порушує фотоелектричний ефект, див рис.2. Цей момент є не до кінця вивчений, проте вчені впевнені що суттєвий вплив на це явище має температура та вологість навколишнього середовища. 

Рис.2. Механізм утворення PID ефекту.

      Виробники фотоелектричних модулів, працюють над зменшенням руйнівного ефекту, шляхом застосування різних смол та домішок до захисного шкла та ізоляційної поверхні фотомодуля. Проте ці заходи не завжди дають необхідного результату.

     Проблему з PID ефектом слід вирішувати технічному рівні. Один із методів запобіганню утворенню руйнівного ефекту це заземлення негативного полюса масиву сонячних фотомодулів. Це легко зробити коли перетворювач має гальванічну розв’язку між постійним та змінним струмом (див рис 3) .

Рис. 3: Електростанція на основі трасформаторного перетворювача з гальванічною розв’язкою [4].

Іншим виходом вирішення проблеми, є застосування безтрансформаторного перетворювача. Використання безтрансформаторних перетворювачів надають ряд переваг:

        Нижча ціна у порівнянні з трансформаторними

        Висока ефективність

        Менша вага

     Як правило, для безтрансформаторних інверторів, не існує ніякого способу, щоб забезпечити коригування PID ефекту. Оскільки правила безпеки не дозволяють підключати негативний полюс безпосередньо до землі. У противному через інвертор протече струм короткого замикання на землю та інвертор вимкнеться. Це пов’язано з тим що вхід та вихід безтрансорматорного інвертора не ізольований один від одного, див рис. 5.

Завдяки вбудованій системе ZCC (зігзагоподібній розділювач струму) у безтрансформаторних інверторах компанії Omron для сонячних батарей, можна контролювати негативний полюс практично так само, як би він був заземлений. Тому цей інвертор запобігає впливу негативної напруги на фотоелектрічні модулі.


Інвертор запобігає виникненню короткого замикання завдяки схемі ZCC, яка з'єднує внутрішню схему із заземленою стороною мережі. ZCC подає максимум -100 В в якості негативної напруги під час запуску (напруги нижче 200 В). 
Однак,  це можна спостерігати лише протягом короткого часу, і в поєднанні з низькою температурою вранці. 

Цей принцип пояснюється тим що основним фактором пришвидшення процесу витоку струму є насамперед висока температура та  висока вологість зовнішнього середовища, що не спостерігається рано вранці.
Сонячні батареї найбільше піддаються впиливу рійнівного PID ефекту саме у ранковий період, оскільки це пов’язано із утворенням роси на фотомодулях, та залишку атмосферних опадів з ночі.
Але якщо врахувати, що протягом дня підвищення температури збільшує рухливість електронів, бачимо, що саме схема ZCC має фундаментальне значення для запобігання негативної напруги у випадках високої температури. 
В протилежному випадку, протягом дня ефект деградації сонячних батарей буде лише зростати. 
Компанія Omron протестувала нову систему для сертифікації у незалежній тестуючій компанії

Умови тестування

  • Температура 25 ° С, вологість 85%
  • Час тестування 168 годин, з від’ємную напругою -100 V на заземлення

     Експеремент проводився над звичайним полікристалічним модулем
Компанія не підтвердила жодного зниження вихідної потужності сонячної електростанції. 
Висновок
     Безтрансформаторі інвертори для сонячних електростанцій Omron з вбудованим модулем ZCC, найбільш ефективніше справляються  з PID ефектом. Основні переваги даних інверторів - це висока ефективність, компактні розміри та висока функціональність.

Джерела використаної літератури

  1. www.en.csp.fraunhofer.de/aktuelles/details/id/51/
  2. W Richardson: “Potential induced degradation”, NREL PVRW, 2011.
  3. “Power losses below the surface”, Photon International 11-2012.
  4. I Kastle: “Dealing with high voltage stress”, PV Magazin, 2011.
  5. www.industrial.omron.eu/common_transformerless_PVinverter.jpg
  6. P Hacke: “System voltage potential induced degradation mechanisms in PV modules and methods for test”, PVSC37, 2011.

 

 

 

Попередні статті