PID (Potential Induced Degradation) w instalacjach PV — przyczyna i zapobieganie

Przewodnik o pomiarze rezystancji izolacji po stronie DC stringów PV omawia, jak okresowy pomiar Riso wykrywa uszkodzenie izolacji w okablowaniu lub samych panelach. PID to inne, wolniej działające zjawisko, które nie objawia się jako ostre uszkodzenie izolacji, lecz jako stopniowa, kumulatywna degradacja uzysku — i z tego powodu jest często mylone ze zwykłym starzeniem się ogniw, dopóki spadek uzysku nie stanie się znaczący.

Mechanizm: prąd upływu napędzany napięciem ogniwa względem ziemi

W obrębie stringu PV złożonego z paneli połączonych szeregowo, poszczególne ogniwa słoneczne, w zależności od ich pozycji w stringu, mają zróżnicowane napięcie względem uziemionej krawędzi ramy i uziemionej konstrukcji montażowej. W stringu o znacznym całkowitym napięciu ogniwa na "ujemnym" końcu stringu mogą mieć napięcie względem ziemi rzędu setek woltów ujemnych. Napięcie to napędza niewielki, lecz w skali cyklu życia instalacji kumulatywnie szkodliwy, prąd upływu przez warstwę szkła i folię hermetyzującą panelu, między ogniwem słonecznym a uziemioną ramą. Ten prąd upływu powoduje migrację jonów (zwłaszcza jonów sodu ze szkła pokrywającego) do powierzchni ogniwa, co pogarsza właściwości elektryczne ogniwa i stopniowo obniża moc dotkniętych paneli — w poważnych przypadkach nawet o kilkadziesiąt procent strat uzysku dla najbardziej ujemnie spolaryzowanych paneli w stringu.

Dlaczego konfiguracja uziemienia falownika ma decydujące znaczenie

Stopień występowania PID silnie zależy od sposobu, w jaki falownik PV pozycjonuje stronę DC względem ziemi:

• Przy falowniku bez transformatora (typowe rozwiązanie dla większości instalacji mieszkalnych i wielu komercyjnych), strona DC instalacji znajduje się elektrycznie stosunkowo blisko potencjału ziemi sieci, co w praktyce często prowadzi do sytuacji, w której jeden koniec każdego stringu staje się silnie ujemny względem ziemi — dokładnie sytuacji sprzyjającej PID.
• Przy falowniku z transformatorem separującym (galwanicznie oddzielonym od sieci), strona DC może swobodniej "pływać" względem ziemi, co daje więcej możliwości wycentrowania — a nawet aktywnego przesunięcia — napięcia stringu względem ziemi, co jest jedną z technik omówionych poniżej.

Dwa środki zaradcze: moduły odporne na PID i aktywna regeneracja

• Moduły odporne na PID: producenci paneli oferują moduły, które zostały specjalnie przetestowane i zakwalifikowane zgodnie z IEC 62804 (przyspieszona procedura testu PID, zwykle przy podwyższonej temperaturze i wilgotności z przyłożonym napięciem przez znormalizowany czas testu), a których technologia ogniw i materiały hermetyzujące zostały zoptymalizowane w celu ograniczenia migracji jonów. Jest to najprostszy, strukturalny środek zaradczy, wymaga jednak świadomego wyboru przy doborze paneli — nie każdy panel dostępny na rynku jest równie odporny na PID, mimo że wszystkie panele spełniają standardowe certyfikaty mocy i bezpieczeństwa.
• Aktywna regeneracja PID ("PID box"): dodatkowe urządzenie, które poza godzinami dziennego światła (gdy string nie generuje mocy) przykłada odwrotne napięcie do stringu, aby częściowo lub w dużej mierze cofnąć wcześniej powstałą migrację jonów. Jest to środek korekcyjny dla istniejącej instalacji, w której stwierdzono PID, a nie zapobiegawczy wybór projektowy dla nowej instalacji.

Uwaga: uszkodzenie PID jest, przy terminowej interwencji (zwłaszcza poprzez aktywną regenerację za pomocą PID box), częściowo odwracalne, ponieważ migracja jonów jest mechanizmem fizykochemicznym, a nie destrukcyjnym — w przeciwieństwie na przykład do uszkodzenia hotspot wskutek wadliwej diody obejściowej, które jest trwałe. Im dłużej jednak string doświadcza nieleczonego PID, tym mniej pełna okazuje się regeneracja.

Znaczenie praktyczne

Dla instalacji PV, która stopniowo dostarcza mniej uzysku niż oczekiwano, bez widocznych uszkodzeń paneli i bez wykazania przez regularny pomiar Riso ostrej usterki izolacji, PID jest jedną z diagnoz, które należy rozważyć — zwłaszcza przy większych instalacjach bez transformatora, z długimi stringami i wysokim napięciem stringu. Porównanie krzywych I-V string po stringu (zobacz przewodnik o analizatorach krzywej I-V) może odróżnić PID od innych mechanizmów degradacji, ponieważ PID zazwyczaj dotyka paneli na jednym końcu stringu silniej niż paneli w środku.

Najczęstsze błędy

1. Automatyczne przypisywanie stopniowego spadku uzysku normalnemu starzeniu się, bez rozważenia PID jako możliwej przyczyny, zwłaszcza przy falowniku bez transformatora z długimi, wysokonapięciowymi stringami.
2. Niewybieranie modułów odpornych na PID przy projekcie z przewidywalnie wysokimi napięciami stringu, podczas gdy ten wybór jest najprostszym i najbardziej strukturalnym zapobieganiem na etapie nowej instalacji.
3. Mylenie PID ze zwykłą usterką izolacji — pomiar Riso może pozostawać w normie, podczas gdy nadal występuje znaczna degradacja uzysku związana z PID, ponieważ chodzi o powolny, kumulatywny prąd upływu, a nie o ostry przebicie.
4. Instalowanie PID box bez wcześniejszego zrozumienia leżącej u podstaw konfiguracji napięcia stringu względem ziemi, przez co przyłożone napięcie odwrotne nie odpowiada skutecznie rzeczywistemu mechanizmowi PID danej konkretnej instalacji.

Powiązane

• §712 — Instalacje PV
• Pomiar rezystancji izolacji po stronie DC stringów PV
• Hotspoty PV i diody obejściowe przy częściowym zacienieniu
• Korekcja temperaturowa Voc stringu PV i maksymalna liczba modułów w szeregu