Jak efektywnie chronić instalację fotowoltaiczną przed PID?

Firmy zajmujące się produkcją paneli PV bardzo intensywnie koncentrują się na zwiększaniu nie tylko wydajności tych urządzeń, ale także ich ogólnej sprawności. Jedno z działań wykonywanych w tym zakresie to eliminowanie przypadków, które mogłoby prowadzić do wytracania mocy. Jeden z przykładów takiej sytuacji to właśnie tzw. efekt PID, czyli degradacja indukowanym napięciem. To, czym dokładnie jest wspomniane zjawisko, a także jak mu przeciwdziałać opisaliśmy poniżej.

Czym jest efekt PID i w jaki sposób odbija się na wydajności paneli PV?

Degradacja indukowanym napięciem nazywana jest także upływaniem prądu i może przekładać się na bardzo istotne straty w generowanej przez urządzenie mocy. Efekt PID to konsekwencja różnic potencjałów pomiędzy półprzewodnikami zawartymi w ogniwach, mogącymi posiadać napięcie w wysokości np. 600 V, a aluminiową, uziemioną ramą modułów o zerowym napięciu. Najczęściej zjawisko występuje w przypadku ogniw zlokalizowanych w niewielkiej odległości od ujemnego bieguna. Na skutek dużej różnicy potencjałów zdarzają się uszkodzenia paneli fotowoltaicznych. Dochodzi do wygenerowania elektrostatycznego pola pośredniczącego najpierw w transporcie do szkła modułu elektronów, a następnie w ich przemieszczaniu się do wspomnianej wcześniej uziemionej, aluminiowej ramy.

Jeśli chodzi o PID, fotowoltaika jako branża odkryła problem stosunkowo niedawno – funkcjonuje on w świadomości producentów dopiero od kilku lat i, co ciekawe, był o wiele mniej powszechny w panelach produkowanych w przeszłości, niż w tych znacznie tańszych, dostępnych na rynku obecnie. Zjawisko dotyka moduły cienkowarstwowe oraz wykonane z krystalicznego krzemu. Intensywność zachodzącej w danym przypadku degradacji indukowanym napięciem może zostać dodatkowo pogłębiona w momencie, gdy na danym obszarze panuje wysoka temperatura oraz duża wilgotność powietrza. Informację szczególnie ważną do zapamiętania stanowi fakt, że o ile jednorazowe wystąpienie problemu, kiedy dochodzi do polaryzacji, jest w pełni odwracalne, o tyle jego systematyczne nawroty mogą wywołać poważne awarie instalacji fotowoltaicznej w postaci korozji elektrochemicznej, a tym samym degradacji złączy p-n.

Test panela fotowoltaicznego pod kątem PID

Zanim dotrzemy do etapu, w którym zostaniemy zmuszeni szukać odpowiedzi na pytanie, jak naprawić panel fotowoltaiczny warto uświadomić sobie, że podstawę dla ochrony instalacji PV stanowi oczywiście profesjonalna diagnostyka paneli fotowoltaicznych. Tę warto przeprowadzić nawet wówczas, kiedy ich producent deklaruje, że wytwarzane przez niego urządzenia są wolne od degradacji indukowanym napięciem. W praktyce jednak bardzo często tego typu zapewnienia mijają się z prawdą i ufać im można dopiero, jeśli opatrzone zostały odpowiednim, oficjalnym certyfikatem. Kontrolne testy paneli fotowoltaicznych wykonywane przez niezależne, wyspecjalizowane w swojej dziedzinie laboratoria jednoznacznie wykazują podatność na opisywane zjawisko (w mniejszym lub większym stopniu) dużej części spośród dostępnych na rynku modułów PV – włącznie z tymi reklamowanymi jako zabezpieczone przed PID.

Do instytucji zajmujących się przeprowadzaniem tego rodzaju badań kontrolnych należy jednostka certyfikująca TÜV Rheinland, a z pozostałych liczących się w branży wymienić można także m.in. Towarzystwo Fraunhofera czy też amerykańskie laboratorium energii odnawialnej NREL. Uzyskanie normy IEC 62804 poprzez test panela fotowoltaicznego stanowi oficjalne i, co najważniejsze, w pełni rzetelne potwierdzenie odporności modułów na PID – w przypadku dojścia do degradacji nie występują uszkodzenia paneli fotowoltaicznych, a straty mocy wynoszą poniżej 5%. Warunki obowiązujące podczas przeprowadzania badania niezbędnego w procesie uzyskiwania certyfikatu zgodności ze standardem IEC 62804 określają przede wszystkim:

•napięcie – 1000 V,
•temperaturę – 60 stopni Celsjusza z dopuszczalnym wahaniem o 2 stopnie,
•wilgotność powietrza – 85% z dopuszczalnym marginesem na poziomie 5%.

Jeśli komuś wydaje się, że powyższe warunki, w których przeprowadzana jest diagnostyka paneli fotowoltaicznych, są mocno restrykcyjne, warto zwrócić uwagę na to, że modele paneli PV niektórych producentów zdają testy w jeszcze mniej sprzyjających okolicznościach. Za przykład można podać chociażby wykonany w technologii Riecium panel od chińskiej firmy JA Solar, który został przebadany przez pochodzący zza naszej zachodniej granicy instytut TÜV SÜD. Urządzenie to pomyślnie przeszło trwający 500 godzin test na PID, osiągając poziom degradacji poniżej 2% przy 85 stopniach Celsjusza, napięciu w wysokości 1000 V oraz wilgotności powietrza wynoszącej 85%.

Jak naprawić panel fotowoltaiczny, który okazał się niedostatecznie zabezpieczony przed PID?

Istnieje szereg różnych metod pozwalających uchronić się przed efektem PID. Fotowoltaika rozumiana jako sektor polskiego rynku doświadcza tego problemu na tyle często, że obecnie nie trudno o dostęp do specjalistów, którzy pomogą nam w uzyskaniu zwiększonej odporności na opisywany problem. Do najczęściej rekomendowanych przez nich rozwiązań należą:

•wymiana warstw antyrefleksyjnych na warianty wyższej jakości,
•zastosowanie enkapsulantów innego typu,
•zmiana składu szkła np. na takie o niższej zawartości sodu, który sprzyja zachodzeniu efektu PID,
•wykorzystanie profesjonalnych urządzeń dedykowanych przeciwdziałaniu PID, które samoczynnie przywracają właściwy rozkład ładunków w momencie wykrycia spadku parametrów panelu poniżej pewnego poziomu.

Jeśli chcemy uniknąć sytuacji, w której wystąpią poważne awarie instalacji fotowoltaicznej, zdecydowanie warto rozważyć skorzystanie z jednej z wymienionych powyżej opcji.