Photovoltaik-Module sind eine langfristige Investition. Ein einziger Kauf versorgt Ihr Haus für lange Zeit mit Strom. Die durchschnittliche Lebensdauer eines kristallinen Silizium-PV-Moduls auf dem Markt beträgt heute 25-30 Jahre. Welche Faktoren können also die Lebensdauer eines PV-Moduls beeinflussen? Die Leistungsminderung von Photovoltaik Modulen und das raue Klima sind zwei wichtige Faktoren. Hinzu kommt ein weiterer Faktor, der nicht vernachlässigt werden darf: der PID-Effekt.

Was ist der PID Effekt？

Die potenzialinduzierte Degradation (PID) ist auf einen hohen Potenzialunterschied zwischen den Zellen und anderen Teilen des Moduls wie Glas, Fassung oder Aluminiumrahmen. Diese Potenzialdifferenz erzeugt einen Leckstrom, der zur Wanderung negativer und positiver Ionen führt. Dadurch lässt die Leistung des Moduls nach.

Der PID-Effekt wurde erstmals 2005 von SunPower eingeführt. Die PV-Module arbeiten lange Zeit unter Hochspannung. Und es kommt zu Leckströmen zwischen dem Deckglas, dem Gehäusematerial und dem Rahmen sowie zu einer großen Menge an elektrischer Ladung. Diese elektrischer Ladung verschlechtert den Passivierungseffekt auf der Oberfläche der Zelle, was zu einer Verringerung des Füllfaktors, des Kurzschlussstroms und der Leerlaufspannung führt. Dies würde zu einer geringeren Leistung der PV-Module führen als die Konstruktionsstandards. Aber diese Abschwächung ist reversibel.

Ursachen für den PID-Effekt

Externe Gründe

Die tatsächliche Ursache des PID-Effekts ist noch nicht eindeutig geklärt. Aber es ist sehr wahrscheinlich, dass er in feuchten Umgebungen auftritt, und die Aktivität hängt von dem Grad der Feuchtigkeit ab. Auch der Grad der Verunreinigung durch leitfähige, saure, alkalische und ionentragende Gegenstände steht in Zusammenhang mit dem PID-Effekt. Es wird vermutet, dass Metallionen aus Kalk-Natron-Glas das Hauptstromträgermedium für die Bildung der oben erwähnten Leckströme mit PID-Effekten sind.

Interne Gründe

Das Spannungspotential und das Vorzeichen des Moduls haben einen Einfluss auf den PID-Effekt. Es hängt von der Position des Moduls in der Anlage und der Erdung des Systems ab. In den meisten Fällen hängt PID-Effekt mit einem negativen Spannungspotenzial gegenüber der Erde zusammen. Je negativer ein Modul ist, desto größer ist das Risiko.  

Die chemische Zusammensetzung des Glases, des Verkapselungsmaterials oder der Antireflexionsbeschichtung hat einen erheblichen Einfluss auf das Auftreten von PID-Effekt. So ist beispielsweise das im Glas enthaltene Natrium eine Ursache für den PID-Effekt. Darüber hinaus ist auch die Feuchtigkeitsbeständigkeit des Materials ein entscheidender Faktor, da sie die elektrische Leitfähigkeit und damit die Ionenmigration erhöht.

Methoden zur Erkennung von PID

Es gibt zwei Methoden der beschleunigten Alterung für PID-Tests:

• Bei einer bestimmten Temperatur und Luftfeuchtigkeit wird die Glasoberfläche des Moduls mit einer Aluminium- oder Kupferfolie oder einem feuchten Tuch abgedeckt. Und zwischen dem Moduls und der Oberflächenabdeckung wird für eine bestimmte Zeit eine Spannung angelegt.
• Legen Sie -1000V DC an den Modulausgang und den Aluminiumrahmen bei 85% Luftfeuchtigkeit 85°C oder 60°C für 96 Stunden an.

Vor der Alterung werden die PV-Module auf Leistung, Nassleckage und Elektrolumineszenz Untersuchung geprüft. Nach der Alterung werden die Leistung- und Nasslecktests sowie die Elektrolumineszenz Untersuchung noch einmal durchgeführt. Die Ergebnisse der beiden Tests werden dann verglichen, um die Bedingungen abzuleiten, unter denen die PID auftritt. Das erste Verfahren wird hauptsächlich in experimentellen Einrichtungen verwendet, während das letztere Verfahren hauptsächlich von Fabriken für Photovoltaikmodule verwendet wird. Wenn das PID-Phänomen auftritt, ist aus der Elektrolumineszenz-Bildgebung ersichtlich, dass einige Zellen geschwärzt sind.

Lösungen

Die potenzialinduzierte Degradation (PID) kann je nach ihrer Ursache reversibel oder irreversibel sein. Leider ist die PID irreversibel, wenn sie durch elektrochemische Reaktionen verursacht wird, da sie zu einer Delaminierung der Folie im PV-Modul oder zu Elektrokorrosion führt.

Photovoltaik-Kraftwerke sind anfällig für hohe Temperaturen, was durch eine geeignete Installation der PV-Anlagen verbessert werden kann. Stellen Sie sicher, dass die Module, Wechselrichter und Verteilerkästen belüftet werden können, um die Wärme abzuleiten. Es ist wichtig, den angesammelten Staub rechtzeitig von den PV-Modulen zu entfernen, und die Module rundherum offen und frei von Ablagerungen zu sein. Achten Sie außerdem auf die Wartung der Kabel, damit die PV-Anlage einen optimalen Stromertrag erzielen können. Da Feuchtigkeit bei der Entstehung des PID-Effekts eine Rolle spielt, ist die Packung der Module sehr wichtig.

Wenn PID aufgetreten ist, kann es durch Erdung des negativen DC-Pols am Wechselrichter gemildert werden, um negative Spannungen am String zu vermeiden. Diese Methode ist gültig, wenn der Wechselrichter diese Betriebsart zulässt und alle geeigneten konstruktiven Maßnahmen in Bezug auf diese Wahl getroffen wurden.

PID kann auch durch die so genannte „Anti-PID-Box“ gemildert werden, die zwischen dem String und dem Wechselrichter installiert wird. Die Anti-PID-Box kehrt das vom Wechselrichter angelegte Potenzial um, um alle von der negativen Spannung betroffenen PV-Module in die entgegengesetzte Richtung zu polarisieren. Mit dieser Box soll es verhindert werden, dass die gleiche Polarisierung in jedem String über einen langen Zeitraum aufrechterhalten wird. Darüber hinaus ermöglicht sie jedem Modul,  sich von dem erlittenen negativen Potenzial zu erholen.

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