ما هو تأثير AntiPID للوحة الشمسية؟
1. تأثير PID
الاسم الكامل لـ PID هو: التدهور المستحث المحتمل، وهو ما يعني التدهور المستحث المحتمل.
تم اكتشاف تأثير PID واقتراحه لأول مرة من قبل شركة SunPower الأمريكية في عام 2005. يشير إلى التشغيل طويل الأمد للمكونات عند الجهد العالي، ووجود تيار تسرب بين زجاج الغطاء ومواد التغليف والإطارات، وتراكم كمية كبيرة من الشحنة على سطح الخلية، مما يؤدي إلى تدهور تأثير التخميد على سطح الخلية، مما يؤدي إلى انخفاض عامل التعبئة وتيار الدائرة القصيرة وجهد الدائرة المفتوحة، مما يجعل أداء المكون أقل من معيار التصميم. يمكن أن تصل درجة التوهين إلى 50٪، ولكن هذا التوهين قابل للعكس.
2. آلية تأثير PID
① تأثير الجهد العالي
أدى التطبيق واسع النطاق لأنظمة الطاقة الكهروضوئية إلى ارتفاع الفولتية في النظام بشكل متزايد. غالبًا ما تتطلب وحدات البطاريات توصيل وحدات متعددة على التوالي للوصول إلى جهد التشغيل MPPT للعاكس، مما يؤدي إلى ارتفاع كبير في جهد الدائرة المفتوحة وجهد التشغيل.
إذا أخذنا وحدة بطارية خلية 72- بقوة 450 وات في بيئة STC كمثال، فإن جهد الدائرة المفتوحة لوحدة بطارية سلسلة 20- يصل إلى 1000 فولت وجهد التشغيل يصل إلى 800 فولت. نظرًا لأن محطات الطاقة الكهروضوئية تحتاج إلى أن تكون مجهزة بحماية من الصواعق ومشاريع التأريض، فيجب تأريض إطارات سبائك الألومنيوم للمكونات العامة، وسيتم تشكيل جهد تيار مستمر عالي يبلغ حوالي 1000 فولت بين خلايا البطارية والإطار المصنوع من الألومنيوم، مما يتسبب في تحيز الجهد بين الدائرة وإطار التأريض المعدني.
② هجرة الأيونات
تحت الجهد العالي بين مادة التغليف لوحدة البطارية والمواد الموجودة على سطحيها العلوي والسفلي، وبين خلية البطارية وإطارها المعدني المؤرض، يحدث هجرة الأيونات، مما يؤدي إلى تدهور أداء المكونات.
عندما يتم استقطاب الخلية الشمسية بجهد سلبي مرتفع، يحدث فرق جهد كبير بين البطارية نفسها وإطار الوحدة. ويكون هذا الجهد عند الصفر لأنه في أغلب الأحيان يكون مؤرضًا، وبالتالي نظرًا للمسافة القصيرة جدًا بين الخلية الشمسية والإطار وبسبب الشوائب المحتملة في مادة الختم، يمكن توليد تيار بين الخلية والإطار، مما يؤدي إلى تسرب التيار لوحدة الطاقة الكهروضوئية بأكملها.
3. أسباب تأثير PID
① دخول بخار الماء إلى اللوحة الشمسية
يؤثر بخار الماء بشكل كبير على تأثير PID في الألواح الشمسية. مع ارتفاع درجة الحرارة، يبدأ بخار الماء في الهواء في التكاثف والتراكم على سطح اللوحة الشمسية. بمرور الوقت، يمكن أن يؤدي هذا التكاثف إلى تراكم الرطوبة داخل اللوحة الشمسية، مما قد يسبب مشاكل.
يمكن لبخار الماء الذي يدخل إلى اللوحة الشمسية أن يؤدي إلى إنشاء دائرة كهربائية مغلقة مع الخلايا الشمسية والمكونات الأخرى للوحة الشمسية. وينتج عن هذا تدفق للكهرباء يمكن أن يتسبب في عمل اللوحة الشمسية بشكل أسوأ مما ينبغي.
② تحلل إيفا المائي
السبب الرئيسي الثاني لتأثير PID هو تحلل مادة تغليف أسيتات فينيل الإيثيلين (EVA). تعد مادة أسيتات فينيل الإيثيلين (EVA) مادة تغليف مستخدمة على نطاق واسع في إنتاج الألواح الشمسية. عند تعرضها للرطوبة العالية ودرجة الحرارة، تكون مادة أسيتات فينيل الإيثيلين (EVA) عرضة لتوليد حمض الأسيتيك (الخل).
يتفاعل حمض الأسيتيك الناتج عن تحلل مادة EVA مع المكونات المعدنية للوحة الشمسية ويخلق مسارًا لتدفق التيار. ويؤدي تدفق هذا التيار إلى فقدان خرج الطاقة.
③ التفاعلات الكيميائية على سطح الزجاج
السبب الثالث لتأثير PID هو التفاعل الكيميائي بين حمض الأسيتيك والسطح الزجاجي للوحة الشمسية. ينتج عن اتحاد حمض الأسيتيك والسطح الزجاجي أسيتات الصوديوم. أسيتات الصوديوم عبارة عن محلول إلكتروليت يمكنه توصيل الكهرباء. يؤدي تدفق الكهرباء هذا إلى فقدان في خرج الطاقة.
④ أيونات الصوديوم تتحرك في مجال كهربائي
السبب الرابع لظاهرة PID هو حركة أيونات الصوديوم في المجال الكهربائي. الصوديوم هو الأيون الأكثر حركة في الزجاج، وعندما يدخل داخل اللوحة الشمسية، فإنه يتفاعل مع الخلايا الشمسية، مما يخلق دائرة مغلقة.
عندما تتعرض الألواح الشمسية لاختلاف الجهد العالي، يمكن لأيونات الصوديوم أن تنتقل داخل اللوحة الشمسية، مما يؤدي إلى إنشاء مناطق ذات جهد كهربائي مرتفع. يؤدي تدفق الكهرباء هذا إلى فقدان خرج الطاقة.
4. طريقة اختبار PID
توجد سلسلة محددة من المعايير - IEC 62804 وحدات الطاقة الكهروضوئية (PV): طريقة اختبار للكشف عن التدهور المحتمل الناتج عن الحث. شروط الاختبار للكشف عن التدهور المحتمل الناتج عن الحث وفقًا لـ IEC 62084 هي:
درجة حرارة الهواء 60 درجة
رطوبة نسبية 85%
انحياز الجهد بمقدار +1000 فولت، أو -1000 فولت، أو +1500 فولت، أو -1500 فولت (اعتمادًا على خصائص وحدة الطاقة الكهروضوئية)
إجمالي وقت الاختبار هو 96 ساعة
ترتبط معايير النجاح بشكل أساسي بتدهور الطاقة المقاس في نهاية الاختبار. إذا لم يتجاوز 5%، يتم اجتياز الاختبار. لذلك، لا يضمن هذا الاختبار عدم حدوث PID أو أن الوحدة خالية من PID. قد تكون وحدات الطاقة الكهروضوئية ذات تدهور الطاقة الأقل في شهادة IEC 62804 هي الأكثر مقاومة لتأثيرات PID. حاليًا، يمدد بعض المصنعين مدة الشهادة (حتى 600 ساعة)، وهذا النوع من الاختبار موثوق به للمنتجات المقاومة لتأثيرات PID.
5. حلول لتأثير PID
تأثير PID لوحدات السليكون البلورية من النوع P (خلايا ASF التقليدية، خلايا PERC)
في التشغيل الفعلي لمحطات الطاقة، يكون التوهين PID شائعًا في وحدات السليكون البلورية التقليدية ذات الإطارات (زجاج الصودا والجير، فيلم EVA). كلما زاد جهد نظام التيار المستمر، زادت الرطوبة، وكلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت خطورة التوهين PID. يمكن تقليل تأثير PID لوحدات السليكون البلورية من النوع P بالطرق التالية:
أ. استخدم زجاج الكوارتز بدلاً من زجاج الصودا والجير لإزالة أيونات الصوديوم والكالسيوم.
ب. استخدم وحدات بدون إطار ذات زجاج مزدوج لتجنب تأريض الإطار؛
ج. استخدام الإطارات المركبة (النايلون، مواد البولي يوريثين، وما إلى ذلك)؛
تحسين EVA أو زيادة كثافة فيلم النتريد على سطح الخلية؛
② تأثير PID لوحدات السليكون البلورية من النوع N (خلايا TOPCon)
لم يعد تأثير PID لوحدات السليكون البلورية من النوع N ناتجًا عن الأيونات المهاجرة (Na+, Ca+2)، ولكن بسبب الاستقطاب العازل لطبقة التخميد الناتج عن فرق الجهد بين البطارية وإطار الوحدة. لذلك، يمكن منع تأثير PID لوحدات السليكون البلورية من النوع N عن طريق إدخال طبقة تخميد ذات موصلية أعلى وثابت عازل أقل.
③ تأثير PID لمكونات بطارية HJT
يختلف هيكل بطارية HJT تمامًا عن PERC وTOPCon. تستخدم طبقة التخميد فيلم موصل أكسيد شفاف (TCO) بدلاً من SiN4. في ظل ظروف التحيز عالية الجهد، لا توجد طبقة عازلة للشحنة المتراكمة، لذلك لن تحدث ظاهرة PID. لذلك، تتمتع بطارية HJT بالقدرة على مقاومة PID.