1. Що таке PID?
2. Причини деградації сонячних панелей
3. Структура перетворювачів фотоелектричної системи
4. Особливості будови модулів геліопанелі
5. Особливості будови системи
6. Вплив факторів навколишнього середовища
7. Методи визначення PID
8. Необоротна деградація сонячних батарей

Деградація сонячних панелей, а саме potential induced degradation (PID) веде до зниження результативності функціонування батарей з плином часу. У деяких випадках вона може бути оборотною, але завжди є складною технічною проблемою, що вимагає негайного вирішення.

зміст:

1. Визначення процесу деградації
2. причини PID
3. структура перетворювачів
4. будова модулів
5. структура системи
6. Вплив зовнішнього середовища
7. визначення PID
8. необоротна PID

Що таке PID?

Про те, що таке PID, вперше довелося задуматися інженерам американського виробника геліопанелей SunPower. Високоефективне обладнання в деяких випадках втрачало до 30% від заявленої заводом потужності за надзвичайно короткий термін.

Причиною цього послужила поляризація - потенціал сонячних панелей щодо землі. Заземлення позитивного електрода дозволило не тільки надійно запобігати деградацію, але і відновлювати роботу агрегатів, вже зазнали цього процесу.

Суттю PID є поява струмів витоку, які спостерігаються в просторах між пластинами напівпровідника і іншими складовими модуля:

• захисного каркаса;
• ламинирующей плівки або матеріалу ПЕТ;
• склом.

Модуль, таким чином, втрачає здатність створювати паспортне вихідна напруга. До цього результату призводить різниця потенціалів між сонячною батареєю (складовими її модулями) і монтажною конструкцією (каркасом з нержавіючої сталі або алюмінію).

Процесу деградації піддаються всі модулі без винятку:

• моно- і полікристалічні;
• тонкоплівкові.

У кожному конкретному випадку вона, проте протікає особливим чином і з різним ступенем інтенсивності. Особливо небажаним процес представляється з тієї точки зору, що проекти будь-яких модульних систем з переробки сонячної енергії в електричну, а також великих сонячних електростанцій припускають безперебійне функціонування протягом не менше, ніж 25-30 років.

Непередбачене значне зменшення їх вироблення в перші ж роки є катастрофою як в технічному, так і в економічному відношенні.

Причини деградації сонячних панелей

Дослідження питання допомогли виявити, що рухливість електронів збільшується в міру зростання температури і вологості середовища. Сторонні предмети, що вступають в контакт з поверхнею фотоелектричного модуля, також підсилюють поляризацію.

До основних причин деградації обладнання прийнято зараховувати:

• особливості структури перетворювача системи;
• будова модуля;
• деякі нюанси будови системи;
• вплив зовнішнього середовища.

Навколишнє середовище практично не підлягає контролю, в той час як на інші чинники, що призводять до PID і викликають деградацію сонячних панелей, можна впливати в значній мірі.

Структура перетворювачів фотоелектричної системи

Сполуки, присутні в антирефлекторне покритті панелей, як виявилося, можуть сприяти деградації. Їх вплив було виявлено завдяки сучасним фізичним методам досліджень (вторинної іонної мас-спектрометрії), які виявили натрій скла в поверхневому просторі покриття.

Спочатку покриття цього типу (ARC) стали застосовувати з метою збільшення захоплення світлових променів. Завдяки йому досягається зростання коефіцієнта перетворення енергії системи.

Особливості будови модулів геліопанелі

Для того, щоб мінімізувати прояв PID-ефекту, необхідно приділити особливу увагу вибору:

• фронтального скла;
• матеріалу, призначеного для інкапсулювання;
• дифузійного бар'єру.

Дослідження підтверджують, що одними з найбільш істотним чинників деградації служать інгредієнти натрієво-вапняного скла, а саме ті з них, що відсутні в кварцовому його варіанті.

Основним таким елементом прийнято вважати натрій за фактом його високою електричної активності, однак вплив можуть надавати також кальцій, магній і алюміній.

Матеріали для ламінування модулів відрізняються значною різноманітністю і відрізняються за показниками провідності.

1. Плівка EVA (вінілацетат етилену) відмінно запобігає поляризацію і подальшу деградацію сонячних панелей. На сьогоднішній день вона є кращим матеріалом для інкапсуляції обладнання. Оцтова кислота в її складі може також бути чинником, відповідальним за розчинення іонів металу при так званій корозії скла на його поверхні.
2. Матеріал PVB (полівінілбутіраль), навпаки, провокує активізацію процесу деградації геліопанелі. Він практично не чинить опір надходженню рідини, а в результаті зростання її кількості незмінно збільшується і провідність.

Як матеріал для створення дифузійного бар'єру між поверхнею скла і районами напівпровідника з максимальною електричною активністю успішно застосовується двоокис кремнію. Вона відмінно справляється із запобіганням розвитку процесів формування струмів витоку, однак лазерна абляція здатна залишати невеликі прогалини всередині шару з бар'єрним речовиною, що може створювати певні проблеми в його функціонуванні.

Особливості будови системи

На рівні фотоелектричної системи найбільш значимими факторами деградації служать вхідна напруга і його знак, який залежить від розміщення модуля і типології заземлення. Виходячи з цих показників вибирається тип інвертора.

Залежно від виду заземлення потенціал напруги системи модулів може зазнавати значних змін.

Найчастіше PID-ефект пов'язується з негативним знаком напруги у ставленні до заземлення. Докладні дослідження проводилися також в області позитивного потенціалу.

Ємнісні ефекти відіграють важливу роль у формуванні залежності між напругою і деградацією сонячних панелей. Електричні заряди при міграції іонів, що викликається конкретними електричними явищами, зменшують коефіцієнт корисної дії модуля, надаючи вплив на пластини напівпровідника.

У будь-якому випадку, аналіз, проведений інженерами компанії SunPower, свідчить про те, що процеси PID піддаються стабілізації в стані, властивому кожному різновиді модуля.

Вплив факторів навколишнього середовища

Експериментально доведеним є той факт, що зростання показників температури і відносної вологості знижують результативність функціонування сонячних батарей і електростанцій на їх основі. Особливо руйнівний вплив надають:

• високі вологість і температура середовища і устаткування, що діють одночасно;
• перепади показників температури;
• регулярно мають місце цикли відтавання і замерзання води.

В останньому випадку струм витоку посилюється через руйнування цілісності ламинирующей плівки EVA. Це призводить до зниження її опору процесу деградації панелі.

Методи визначення PID

Основною ознакою деградації сонячних панелей служить зниження ефективності їх роботи, що не піддається поясненню.

1. Найпростішим способом виявлення PID в конкретному модулі або їх системі є завмер показників напруги холостого ходу. Для його проведення досить використовувати звичайний вольтметр. Нерідко процес зачіпає тільки одну з частин ланцюжка, що розташовується ближче до позитивного або негативного полюса.
2. У разі коли доступ до модулів ланцюжка утруднений, виявити деградацію допомагає метод електролюмінесценції.

Тестування на сприйнятливість до деградації модулів в спеціалізованих центрах сертифікації і лабораторіях становить невід'ємну частину технологій сучасної сонячної енергетики. Воно є також необхідним кроком для отримання фінансування проекту в даній сфері.

Необоротна деградація сонячних батарей

Залежно від характеру діючих факторів деградація обладнання може бути оборотною або незворотною.

1. Ефект поверхневої поляризації, з яким зіткнулися співробітники заводу SunPower в 2005 р, відноситься до оборотної різновиди деградації. Він створює стабільне накопичення статичного заряду на поверхні деталей модуля, яке, однак, вдається нейтралізувати з поверненням до повної вихідної потужності обладнання. Розвиток ситуації цього типу пов'язують з переходом іонів натрію від фронтального скла до фотоелектричним перетворювачів.
2. Необоротна деградація зазвичай викликається порушеннями в структурі агрегату. На їх появу можуть впливати перепади температури, особливо цикли заморозки і відтавання, проникнення води та інших рідин в значному обсязі під зовнішнє покриття і покликану забезпечити герметичність ламінуванн плівку.

Процес першого типу часто зустрічається в системах з кристалічними кремнієвими елементами, в той час як необоротна PID найбільшою мірою характерна для тонкоплівкових модулів. Її поява обумовлюється електрохімічними реакціями, що приводять до корозії, пошкодження обладнання, розшарування складових елементів модуля.

Необоротна деградація сонячних панелей є серйозною проблемою, яка загрожує втратою дорогої техніки і економічним провалом значущих для розвитку сектора сонячної та альтернативної енергетики проектів. Даний процес вимагає негайного реагування, виявлення причин відбувається витоку і мінімізації збитків.