PID (Potential Induced Degradation) в PV-установках — причина та профілактика

Посібник про вимірювання опору ізоляції на стороні постійного струму PV-стрічок розглядає, як періодичне вимірювання Riso виявляє несправність ізоляції в проводці або самих панелях. PID — інше, повільніше явище, яке проявляється не як гостра несправність ізоляції, а як поступова, накопичувальна деградація виробітку — і з цієї причини його часто плутають зі звичайним старінням елементів, поки падіння виробітку не стане значним.

Механізм: струм витоку, спричинений напругою елемента відносно землі

У межах PV-стрічки з послідовно з'єднаних панелей окремі сонячні елементи, залежно від їхньої позиції в стрічці, мають різну напругу відносно заземленого краю рами та заземленої монтажної конструкції. У стрічці зі значною загальною напругою елементи на "від'ємному" кінці стрічки можуть мати напругу відносно землі в сотні вольт зі знаком мінус. Ця напруга спричиняє невеликий, але за термін служби установки накопичувально шкідливий, струм витоку через шар скла та герметизуючу плівку панелі, між сонячним елементом і заземленою рамою. Цей струм витоку спричиняє міграцію іонів (зокрема іонів натрію з покривного скла) до поверхні елемента, що погіршує електричні властивості елемента і поступово знижує потужність уражених панелей — у важких випадках аж до кількох десятків відсотків втрати виробітку в найбільш від'ємно поляризованих панелей у стрічці.

Чому конфігурація заземлення інвертора має вирішальне значення

Ступінь виникнення PID сильно залежить від того, як PV-інвертор позиціонує сторону постійного струму відносно землі:

• При безтрансформаторному інверторі (поширене виконання для більшості житлових і багатьох комерційних установок) сторона постійного струму установки знаходиться електрично відносно близько до потенціалу землі мережі, що на практиці часто призводить до того, що один кінець кожної стрічки стає сильно від'ємним відносно землі — саме ситуації, яка сприяє PID.
• При інверторі з розділювальним трансформатором (гальванічно відокремленим від мережі) сторона постійного струму може вільніше "плавати" відносно землі, що дає більше можливостей для центрування — або навіть активного зміщення — напруги стрічки відносно землі, одна з технік, розглянутих нижче.

Два контрзаходи: PID-стійкі модулі та активне відновлення

• PID-стійкі модулі: виробники панелей пропонують модулі, які спеціально протестовані та кваліфіковані згідно з IEC 62804 (прискорена процедура випробування на PID, зазвичай за підвищеної температури та вологості з прикладеною напругою протягом стандартизованої тривалості випробування), і чия технологія елементів та герметизуючі матеріали оптимізовані для обмеження міграції іонів. Це найпростіший, структурний контрзахід, однак він вимагає свідомого вибору під час підбору панелей — не кожна панель на ринку однаково стійка до PID, навіть якщо всі панелі відповідають стандартним сертифікаціям потужності та безпеки.
• Активне відновлення від PID ("PID-box"): додатковий пристрій, який поза годинами денного світла (коли стрічка не виробляє потужність) прикладає зворотну напругу до стрічки, щоб частково або значною мірою скасувати раніше виниклу міграцію іонів. Це коригувальний захід для наявної установки, де виявлено PID, а не запобіжний вибір проєктування для нової установки.

Зверніть увагу: пошкодження від PID при своєчасному втручанні (особливо за допомогою активного відновлення за допомогою PID-box) частково оборотне, оскільки міграція іонів — фізико-хімічний, а не руйнівний механізм — на відміну, наприклад, від пошкодження хотспотом внаслідок несправного обхідного діода, яке є незворотним. Однак чим довше стрічка зазнає нелікованого PID, тим менш повним виявляється відновлення.

Практична значущість

Для PV-установки, яка поступово віддає менше виробітку, ніж очікувалося, без видимих пошкоджень панелей і без того, щоб регулярне вимірювання Riso показувало гостру несправність ізоляції, PID — один із діагнозів, який слід розглянути — особливо для більших, безтрансформаторних установок із довгими стрічками та високою напругою стрічки. Порівняння кривих I-V стрічка за стрічкою (див. посібник про аналізатори кривої I-V) може відрізнити PID від інших механізмів деградації, оскільки PID зазвичай уражає панелі на одному кінці стрічки сильніше, ніж панелі посередині.

Типові помилки

1. Автоматичне віднесення поступового зниження виробітку до звичайного старіння, без розгляду PID як можливої причини, особливо при безтрансформаторному інверторі з довгими, високовольтними стрічками.
2. Невибір PID-стійких модулів при проєкті з передбачувано високими напругами стрічки, тоді як цей вибір є найпростішою та найбільш структурною профілактикою на етапі нового будівництва.
3. Плутанина PID зі звичайною несправністю ізоляції — вимірювання Riso може залишатися в межах норми, тоді як значна деградація виробітку, пов'язана з PID, все ж відбувається, оскільки йдеться про повільний, накопичувальний струм витоку, а не про гострий пробій.
4. Встановлення PID-box без попереднього розуміння базової конфігурації напруги стрічки відносно землі, через що прикладена зворотна напруга не відповідає ефективно фактичному механізму PID цієї конкретної установки.

Пов'язані матеріали

• §712 — PV-установки
• Вимірювання опору ізоляції на стороні постійного струму PV-стрічок
• PV-хотспоти та обхідні діоди при частковому затіненні
• Температурна корекція Voc PV-стрічки та максимальна кількість модулів у послідовності