Hiệu ứng Anti-PID của tấm pin mặt trời là gì?
1. Hiệu ứng PID
Tên đầy đủ của PID là: Potential Induced Degradation, có nghĩa là suy thoái tiềm ẩn.
Hiệu ứng PID lần đầu tiên được phát hiện và đề xuất bởi công ty SunPower của Mỹ vào năm 2005. Nó đề cập đến hoạt động lâu dài của các thành phần ở điện áp cao, sự tồn tại của dòng điện rò rỉ giữa kính che, vật liệu đóng gói và khung và sự tích tụ của một lượng lớn điện tích trên bề mặt của cell, làm giảm hiệu ứng thụ động trên bề mặt của cell, dẫn đến giảm hệ số lấp đầy, dòng điện ngắn mạch và điện áp mạch hở, làm cho hiệu suất của linh kiện thấp hơn tiêu chuẩn thiết kế. Mức độ suy giảm có thể đạt tới 50%, nhưng sự suy giảm này có thể đảo ngược.
2. Cơ chế tác động của PID
① Hiệu ứng điện áp cao
Ứng dụng hệ thống quang điện quy mô lớn đã dẫn đến điện áp hệ thống ngày càng cao. Các mô-đun pin thường yêu cầu nhiều mô-đun được kết nối nối tiếp để đạt được điện áp làm việc MPPT của biến tần, dẫn đến điện áp mạch hở và điện áp làm việc rất cao.
Lấy một mô-đun pin 72-cell 450W trong môi trường STC làm ví dụ, điện áp mạch hở của một mô-đun pin 20-string cao tới 1000V và điện áp làm việc cao tới 800V. Vì các nhà máy điện quang điện cần được trang bị hệ thống chống sét và tiếp địa, nên khung hợp kim nhôm của các thành phần chung phải được tiếp địa, và điện áp DC cao gần 1000V sẽ được hình thành giữa các cell pin và khung nhôm, gây ra độ lệch điện áp giữa mạch và khung tiếp địa kim loại.
② Sự di chuyển ion
Dưới điện áp cao giữa vật liệu đóng gói của mô-đun pin và các vật liệu trên bề mặt trên và dưới của pin, cũng như giữa cell pin và khung kim loại được nối đất, hiện tượng di chuyển ion sẽ xảy ra, dẫn đến suy giảm hiệu suất của linh kiện.
Khi pin mặt trời được phân cực với điện áp âm cao, sẽ có sự chênh lệch điện áp có liên quan giữa pin và khung mô-đun. Đây là điện thế bằng không vì hầu hết thời gian pin được nối đất, do khoảng cách rất ngắn giữa pin mặt trời và khung và do có thể có tạp chất trong vật liệu bịt kín, dòng điện có thể được tạo ra giữa pin và khung, tạo ra rò rỉ dòng điện cho toàn bộ mô-đun quang điện.
3. Nguyên nhân gây ra hiệu ứng PID
① Hơi nước đi vào tấm pin mặt trời
Hơi nước có tác động đáng kể đến hiệu ứng PID trong các tấm pin mặt trời. Khi nhiệt độ tăng, hơi nước trong không khí bắt đầu ngưng tụ và tích tụ trên bề mặt tấm pin mặt trời. Theo thời gian, sự ngưng tụ này có thể dẫn đến tích tụ độ ẩm bên trong tấm pin mặt trời, có thể gây ra sự cố.
Hơi nước đi vào tấm pin mặt trời có thể tạo ra một mạch điện khép kín với các tế bào quang điện và các thành phần khác của tấm pin mặt trời. Điều này dẫn đến dòng điện có thể khiến tấm pin hoạt động kém hơn mức cần thiết.
② Thủy phân EVA
Nguyên nhân chính thứ hai gây ra hiệu ứng PID là quá trình thủy phân vật liệu đóng gói Ethylene Vinyl Acetate (EVA). EVA là vật liệu đóng gói được sử dụng rộng rãi trong sản xuất tấm pin mặt trời. Khi tiếp xúc với độ ẩm và nhiệt độ cao, EVA dễ tạo ra axit axetic (giấm).
Axit axetic được tạo ra từ quá trình thủy phân EVA tương tác với các thành phần kim loại của tấm pin mặt trời và tạo ra đường dẫn cho dòng điện. Dòng điện này gây ra mất công suất đầu ra.
③ Phản ứng hóa học trên bề mặt kính
Nguyên nhân thứ ba gây ra hiệu ứng PID là phản ứng hóa học giữa axit axetic và bề mặt kính của tấm pin mặt trời. Sự kết hợp của axit axetic và bề mặt kính tạo ra natri axetat. Natri axetat là dung dịch điện phân có thể dẫn điện. Dòng điện này dẫn đến mất điện năng đầu ra.
④ Các ion natri chuyển động trong điện trường
Lý do thứ tư cho hiệu ứng PID là sự chuyển động của các ion natri trong trường điện. Natri là ion di động nhất trong thủy tinh và khi nó đi vào bên trong tấm pin mặt trời, nó phản ứng với các tế bào quang điện, tạo thành một mạch kín.
Khi các tấm pin mặt trời tiếp xúc với chênh lệch điện áp cao, các ion natri có thể di chuyển bên trong tấm pin mặt trời, tạo ra các vùng có điện thế cao. Dòng điện này dẫn đến mất công suất đầu ra.
4. Phương pháp kiểm tra PID
Có một loạt tiêu chuẩn cụ thể - IEC 62804 Mô-đun quang điện (PV): Phương pháp thử nghiệm để phát hiện sự suy thoái tiềm ẩn. Các điều kiện thử nghiệm để phát hiện sự suy thoái tiềm ẩn theo IEC 62084 là:
nhiệt độ không khí 60 độ
Độ ẩm tương đối 85%
Độ lệch điện áp +1000V, -1000V, +1500V hoặc -1500V (tùy thuộc vào đặc điểm của mô-đun PV)
Tổng thời gian kiểm tra là 96 giờ
Tiêu chuẩn đạt chủ yếu liên quan đến sự suy giảm công suất được đo vào cuối bài kiểm tra. Nếu không vượt quá 5%, bài kiểm tra được coi là đạt. Do đó, bài kiểm tra này không đảm bảo rằng PID sẽ không xảy ra hoặc mô-đun không có PID. Các mô-đun PV có sự suy giảm công suất thấp hơn trong chứng nhận IEC 62804 có thể là mô-đun có khả năng chống chịu tốt nhất với các tác động của PID. Hiện tại, một số nhà sản xuất kéo dài thời gian chứng nhận (lên đến 600 giờ) và loại thử nghiệm này đáng tin cậy đối với các sản phẩm có khả năng chống chịu với các tác động của PID.
5. Giải pháp cho hiệu ứng PID
Hiệu ứng PID của các mô-đun silicon tinh thể loại P (cell ASF thông thường, cell PERC)
Trong quá trình vận hành thực tế của các nhà máy điện, suy giảm PID thường gặp ở các mô-đun silicon tinh thể thông thường có khung (kính soda-lime, màng EVA). Điện áp hệ thống DC càng cao, độ ẩm càng lớn và nhiệt độ càng cao thì suy giảm PID càng nghiêm trọng. Hiệu ứng PID của mô-đun silicon tinh thể loại P có thể được giảm bằng các phương pháp sau:
A. Sử dụng thủy tinh thạch anh thay cho thủy tinh soda-vôi để loại bỏ các ion Na+ và Ca+2;
B. Sử dụng mô-đun không khung kính đôi để tránh tiếp đất khung;
C. Sử dụng khung composite (vật liệu nylon, polyurethane, v.v.);
Cải thiện EVA hoặc tăng mật độ lớp màng nitride trên bề mặt cell;
② Hiệu ứng PID của mô-đun silicon tinh thể loại N (cell TOPCon)
Hiệu ứng PID của các mô-đun silicon tinh thể loại N không còn do các ion di chuyển (Na+, Ca+2) gây ra nữa mà do sự phân cực điện môi của lớp thụ động gây ra bởi sự chênh lệch điện thế giữa pin và khung mô-đun. Do đó, hiệu ứng PID của các mô-đun silicon tinh thể loại N có thể được ngăn ngừa bằng cách đưa vào một lớp thụ động có độ dẫn điện cao hơn và hằng số điện môi thấp hơn.
③ Hiệu ứng PID của các thành phần pin HJT
Cấu trúc của pin HJT hoàn toàn khác với PERC và TOPCon. Lớp thụ động sử dụng màng dẫn điện oxit trong suốt (TCO) thay vì SiN4. Trong điều kiện phân cực điện áp cao, không có lớp cách điện để tích tụ điện tích, do đó hiện tượng PID sẽ không xảy ra. Do đó, pin HJT có khả năng chống lại PID.