PID (Potential Induced Degradation) в PV-установках — причина и профилактика

Руководство об измерении сопротивления изоляции на стороне постоянного тока PV-строк рассматривает, как периодическое измерение Riso обнаруживает неисправность изоляции в проводке или самих панелях. PID — другое, более медленно действующее явление, которое проявляется не как острая неисправность изоляции, а как постепенная, накопительная деградация выработки — и по этой причине его часто путают с обычным старением элементов, пока падение выработки не станет значительным.

Механизм: ток утечки, вызванный напряжением элемента относительно земли

В пределах PV-строки из последовательно соединённых панелей отдельные солнечные элементы, в зависимости от их положения в строке, имеют разное напряжение относительно заземлённого края рамы и заземлённой монтажной конструкции. В строке со значительным общим напряжением элементы на "отрицательном" конце строки могут иметь напряжение относительно земли в сотни вольт со знаком минус. Это напряжение вызывает небольшой, но за срок службы установки накопительно разрушительный ток утечки через слой стекла и герметизирующую плёнку панели, между солнечным элементом и заземлённой рамой. Этот ток утечки вызывает миграцию ионов (в частности, ионов натрия из покровного стекла) к поверхности элемента, что ухудшает электрические свойства элемента и постепенно снижает мощность затронутых панелей — в тяжёлых случаях вплоть до нескольких десятков процентов потери выработки у наиболее отрицательно поляризованных панелей в строке.

Почему конфигурация заземления инвертора имеет решающее значение

Степень возникновения PID сильно зависит от того, как PV-инвертор позиционирует сторону постоянного тока относительно земли:

• При бестрансформаторном инверторе (распространённое исполнение для большинства жилых и многих коммерческих установок) сторона постоянного тока установки находится электрически относительно близко к потенциалу земли сети, что на практике часто приводит к тому, что один конец каждой строки становится сильно отрицательным относительно земли — именно к ситуации, которая способствует PID.
• При инверторе с разделительным трансформатором (гальванически отделённом от сети) сторона постоянного тока может свободнее "плавать" относительно земли, что даёт больше возможностей для центрирования — или даже активного смещения — напряжения строки относительно земли, одна из техник, рассмотренных ниже.

Два контрмероприятия: PID-устойчивые модули и активное восстановление

• PID-устойчивые модули: производители панелей предлагают модули, которые специально протестированы и квалифицированы согласно IEC 62804 (ускоренная процедура испытания на PID, обычно при повышенной температуре и влажности с приложенным напряжением в течение стандартизированной продолжительности испытания), и чья технология элементов и герметизирующие материалы оптимизированы для ограничения миграции ионов. Это простейшее, структурное контрмероприятие, но оно требует осознанного выбора при подборе панелей — не каждая панель на рынке одинаково устойчива к PID, даже если все панели соответствуют стандартным сертификациям мощности и безопасности.
• Активное восстановление от PID ("PID-box"): дополнительное устройство, которое вне часов дневного света (когда строка не вырабатывает мощность) прикладывает обратное напряжение к строке, чтобы частично или в значительной степени обратить ранее возникшую миграцию ионов. Это корректирующая мера для существующей установки, где выявлен PID, а не превентивный выбор проектирования для новой установки.

Обратите внимание: повреждение от PID при своевременном вмешательстве (особенно посредством активного восстановления с помощью PID-box) частично обратимо, поскольку миграция ионов — физико-химический, а не разрушительный механизм — в отличие, например, от повреждения хотспотом вследствие неисправного обходного диода, которое является необратимым. Однако чем дольше строка подвергается нелеченому PID, тем менее полным оказывается восстановление.

Практическая значимость

Для PV-установки, которая постепенно отдаёт меньше выработки, чем ожидалось, без видимых повреждений панелей и без того, чтобы регулярное измерение Riso показывало острую неисправность изоляции, PID — один из диагнозов, который следует рассмотреть — особенно для более крупных, бестрансформаторных установок с длинными строками и высоким напряжением строки. Сравнение кривых I-V строка за строкой (см. руководство об анализаторах кривой I-V) может отличить PID от других механизмов деградации, поскольку PID обычно поражает панели на одном конце строки сильнее, чем панели в середине.

Типичные ошибки

1. Автоматическое отнесение постепенного снижения выработки к обычному старению, без рассмотрения PID как возможной причины, особенно при бестрансформаторном инверторе с длинными, высоковольтными строками.
2. Невыбор PID-устойчивых модулей при проекте с предсказуемо высокими напряжениями строки, тогда как этот выбор является простейшей и наиболее структурной профилактикой на этапе нового строительства.
3. Путаница PID с обычной неисправностью изоляции — измерение Riso может оставаться в пределах нормы, в то время как значительная деградация выработки, связанная с PID, всё же происходит, поскольку речь идёт о медленном, накопительном токе утечки, а не об острым пробое.
4. Установка PID-box без предварительного понимания лежащей в основе конфигурации напряжения строки относительно земли, из-за чего приложенное обратное напряжение не соответствует эффективно фактическому механизму PID данной конкретной установки.

Связанные материалы

• §712 — PV-установки
• Измерение сопротивления изоляции на стороне постоянного тока PV-строк
• PV-хотспоты и обходные диоды при частичном затенении
• Температурная коррекция Voc PV-строки и максимальное число модулей в последовательности