Degradacja PID w panelach fotowoltaicznych

Zjawisko degradacji PID jest problemem w fotowoltaice od początków tej branży. Jest ono czasami odwracalne, jednak zdarza się, że prowadzi do zmniejszenia wydajności modułów solarnych nawet o 30%.

Poniższy artykuł opisuje przyczyny PID, sposoby jak można zdiagnozować PID, oraz jak uniknąć PID.

1. Co to jest PID?
2. Panele fotowoltaiczne PID-free
3. Falowniki z funkcją anti-PID
4. Jak rozpoznać PID?
5. Podsumowanie

Co to jest PID?

Degradacja indukowanym napięciem (PID – Potential Induced Degradation) to utrata mocy przez moduł fotowoltaiczny wywołana niepożądanym upływem prądu z ogniwa fotowoltaicznego do ziemi.

W panelach fotowoltaicznych połączonych w łańcuchy (stringi) występuje wysokie napięcie rzędu setek woltów. Ramy modułów mają potencjał równy 0 V, ponieważ są uziemione (połączone z ziemią ze względów bezpieczeństwa). Wysokie napięcie występuje między skrajnymi modułami (ogniwami) w łańcuchu a uziemioną ramą modułu (napięcie w łańcuchu modułów PV wynosi zwykle 400 – 600 V).

Ogniwa fotowoltaiczne są wciśnięte pomiędzy szybę a metalową ramę przez co może powstać różnica potencjałów pomiędzy ogniwem a szybą i ramą. Różnica potencjałów powoduje przepływ elektronów z ogniwa do szyby (pojawia się napięcie powstałe w wyniku indukcji), a następnie do ramy, skąd za pośrednictwem kabla uziemiającego przemieszczają się do ziemi.

Z uwagi na budowę ogniw w module problem dotyczy najczęściej modułu lub modułów, które są najbliżej bieguna ujemnego i zachodzi na ogół w warunkach wysokiej wilgotności i temperatury powietrza.

Czym większa różnica potencjałów, tym silniejsze skutki PID. Aczkolwiek, nie wszystkie moduły PV ulegają degradacji PID.

Degradacja PID może mieć charakter polaryzacji, która jest zjawiskiem odwracalnym jak i korozji elektrochemicznej, która prowadzi do nieodwracalnych strat mocy.

Dwa główne czynniki mające wpływ na degradację PID to wilgotność oraz wysoka temperatura. Wysoka wilgotność powoduje przedostawanie się wilgoci do ogniwa. To zjawisko nasila się w wysokich temperaturach i wpływa negatywnie na wydajność modułu fotowoltaicznego.

Różnica potencjałów to nic innego jak napięcie – różnica potencjałów jest potrzebna aby popłynął prąd. Bez różnicy potencjałów nie ma przepływu prądu.

Panele fotowoltaiczne PID-free

Producenci często reklamują swoje panele fotowoltaiczne jako pozbawione zjawiska PID. Badając swoje moduły PV stosują się do normy IEC 62804. Zgodnie z tą normą moduły PV testuje się na obecność degradacji PID w następujących warunkach: temperatura komory 60⁰C, wilgotność 85%, czas trwania testu 96 godzin. Moduł klasyfikowany jest jako PID-free, jeśli spadek mocy nie przekroczy 5%.

Można zatem powiedzieć, że powyższy test nie decyduje, czy moduł jest PID-free, ale raczej czy jest bardzo odporny na to zjawisko, gdyż ubytek 5% mocy nie jest bez znaczenia.

Test PID przeprowadzany przez DNV GL

Laboratorium DNV GL rokrocznie bada moduły fotowoltaiczne pod kątem ich trwałości. W tym celu przeprowadzana jest seria testów, która umożliwia ustalenie, na ile moduł jest odporny na warunki atmosferyczne. Jednym z przeprowadzanych testów jest właśnie test na występowanie zjawiska PID.

W teście DNV GL, moduły są umieszczane w komorze o temperaturze 85⁰C i wilgotności 85% na okres 192 godzin. Do modułów podłącza się maksymalne dopuszczalne napięcie. Maksymalna wartość degradacji w teście DNV nie może przekroczyć 2%. Jak widać, kryteria są znacznie ostrzejsze niż w przypadku standardowego testu dopuszczającego oznakowanie PID-free.

Wg raportu opublikowanego w 2023 roku, 79% modułów zaliczyło test pozytywnie, jednak ponad 5% modułów wykazało spadek wydajności przekraczający 5%. Panele wykonane w technologii PERC, HJT oraz TOPCon wykazały średnią degradację PID pomiędzy 1,1% a 1,6%.

Falowniki z funkcją anti-PID

Na rynku dostępne są obecnie falowniki z funkcją anti-PID. Występują dwie metody ograniczania PID w falownikach beztransformatorowych:

• aktywna metoda anti-PID – napięcie po stronie prądu stałego (DC) jest podnoszone tak, aby nie występowała wartość ujemna (czyli zamiast od -300V do + 300V, następuje zmiana napięcia na 0V do 600V), oraz
• pasywna metoda anti-PID polegająca na wprowadzeniu nocą napięcia o zmienionej polaryzacji do łańcucha paneli, aby odwrócić skutki PID powstałe w modułach w ciągu dnia.

Falowniki z funkcją anti-PID są oferowane przez m. in. przez Sungrow, Huawei czy Kaco.

Jak rozpoznać PID?

Najpowszechniejszą metodą stwierdzenia, czy moduł uległ degradacji PID jest badanie kamerą termowizyjną. Dzięki zdjęciu wykonanemu taką kamerą można zaobserwować, które ogniwa mają temperaturę wyższą od pozostałych, co może być objawem PID.

Można również dokonywać pomiarów napięcia na modułach w pobliżu bieguna ujemnego. Jeżeli na poszczególnych modułach będą się różnić, to również może być sygnałem, iż wystąpiła degradacja PID. Wadą tej metody jest kłopot z dostępem do modułów.

Podsumowanie

• Degradacja PID może zmniejszyć moc modułu fotowoltaicznego nawet o 30%.
• Deklaracja iż panele fotowoltaiczne są anti-PID nie oznacza, iż nie podlegają PID, lecz, że są na to zjawisko bardziej odporne.
• Na rynku występują inwertery solarne z funkcją anti-PID.