Perché si verifica l'effetto di degrado potenziale indotto (PID)?

Contenuto:

Che cos'è l'effetto di degrado potenzialmente indotto (PID) nei pannelli solari?
Perché si verifica l'effetto di degrado potenziale indotto (PID)?
Come rilevare l'effetto di degrado potenziale indotto (PID)?
Come prevenire l'effetto di degrado potenziale indotto (PID)?

Il degrado indotto dal potenziale (PID) nei pannelli solari deriva da una notevole differenza di potenziale tra il materiale semiconduttore (cella) e altri componenti del modulo, come il vetro, i supporti o il telaio in alluminio. Questa differenza di tensione induce una dispersione di corrente, provocando la migrazione di ioni negativi e positivi. Gli ioni negativi escono attraverso la cornice di alluminio, mentre gli ioni positivi, in particolare gli ioni di sodio, si dirigono verso la superficie della cella. Questo processo "inquina" essenzialmente la cella, riducendo il suo effetto fotovoltaico e causando perdite di potenza. Gli effetti PID possono portare a perdite di potenza significative, potenzialmente fino al 20%, e le conseguenze non sono immediatamente evidenti: la manifestazione di questi effetti può richiedere da alcuni mesi ad alcuni anni.

L'effetto di degrado potenziale indotto (PID) si verifica solitamente in caso di utilizzo a lungo termine dei sistemi solari fotovoltaici, soprattutto in ambienti ad alta temperatura e umidità.

1. Alta temperatura e umidità:

L'alta temperatura e l'umidità sono i principali responsabili del degrado potenziale indotto (PID) nei pannelli solari. L'aumento dell'umidità porta all'accumulo di umidità sulla superficie del pannello, creando percorsi conduttivi e innescando differenze di potenziale ed effetti PID. Inoltre, l'aumento dell'umidità favorisce la migrazione dei portatori di carica, con conseguente distribuzione non uniforme della corrente e un conseguente calo delle prestazioni.
Con l'aumento delle temperature, le alterazioni delle proprietà dei semiconduttori, l'aumento della mobilità degli elettroni e l'accelerazione della formazione di differenze di potenziale esacerbano gli effetti PID, causando infine il degrado dei materiali all'interno dei pannelli solari. L'impatto combinato di umidità e temperatura elevate intensifica questi effetti, con l'umidità che facilita l'adsorbimento del vapore acqueo e le alte temperature che accelerano l'evaporazione, amplificando così le differenze di potenziale.

2. Configurazione del sistema:

La configurazione dell'impianto fotovoltaico, compresa la messa a terra, il tipo di modulo e il tipo di cella, svolge un ruolo significativo nel PID. Il potenziale di tensione e la polarità del modulo influiscono sul verificarsi della PID. Questa dipendenza è influenzata dalla posizione del pannello nel campo e dalla messa a terra del sistema. In genere, la PID è associata a un potenziale di tensione negativo verso terra, rendendo il pannello con carica negativa più suscettibile ai rischi di PID.

3. Carichi sulla superficie del vetro:

Se la superficie di vetro del pannello solare è soggetta a carichi, come polvere o altri contaminanti, ciò può aumentare la differenza di potenziale e portare all'effetto PID.

Diversi fattori legati ai carichi sui pannelli solari contribuiscono agli effetti di degrado potenziale indotto (PID). Lo smorzamento superficiale indotto dai carichi crea una sottile pellicola sul vetro, aumentando lo smorzamento superficiale e impedendo la migrazione delle cariche. Ciò concentra le differenze di potenziale sulla superficie, interrompendo la distribuzione uniforme degli elettroni e aumentando i rischi di PID. I cambiamenti indotti dal carico nelle proprietà ottiche, come l'alterazione dell'assorbimento della luce, portano a un assorbimento non uniforme, generando differenze di potenziale locali esacerbate dalla forte luce solare. I carichi influenzano la conduttività termica, causando variazioni locali di temperatura, accelerando la migrazione degli elettroni e aumentando le differenze di potenziale, soprattutto in presenza di luce solare diretta. I carichi che assorbono umidità creano un canale conduttivo, accelerando la PID. La pulizia frequente è necessaria per ridurre le differenze di potenziale, mantenere le prestazioni del pannello e diminuire la probabilità di PID dovuta ai carichi.

Per accertare se i pannelli solari sono affetti da PID, è possibile eseguire un test della curva I-V. Il PID riduce le prestazioni dei pannelli solari diminuendo la resistenza di shunt del modello elettrico (vedi Figura 1). Ciò corrisponde a un aumento della corrente di dispersione, con conseguente riduzione della corrente di uscita (e quindi della capacità di uscita totale), e influisce sulla curva I-V come illustrato nella Figura 2.

Figura 1: Modello a un diodo di un pannello solare

Figura 2: Confronto della curva I-V tra un modulo fotovoltaico con e senza PID

Lo standard IEC 62804 è stato istituito per valutare la capacità dei pannelli solari di sopportare tensioni elevate senza subire degradazioni. L'approccio prescritto prevede l'esposizione dei pannelli solari a una tensione continua di 1000 V in condizioni di umidità relativa dell'85% e temperatura di 60 ºC per una durata di 96 ore. Il grafico illustra il valore Pmpp/W (dove Pmpp rappresenta la potenza massima del pannello), accompagnato da immagini del pannello con elettroluminescenza prima e dopo il test.

La rappresentazione visiva di cui sopra indica che il sistema fotovoltaico ha subito un calo di potenza di circa il 25% durante il test PID. Secondo lo standard IEC 60924, per soddisfare i requisiti specificati, questa riduzione non dovrebbe superare il 5%. Anche se possono esserci variazioni tra i pannelli solari, è importante notare che questo standard è stato stabilito attraverso test approfonditi su una vasta gamma di pannelli fotovoltaici.

Il verificarsi dell'effetto PID è solitamente influenzato da una serie di fattori ambientali e operativi. Per garantire la stabilità e le prestazioni del sistema di pannelli solari, è necessario adottare una serie di misure per prevenire e mitigare l'impatto dell'effetto PID.

1. Utilizzare pannelli solari con tecnologia anti-PID:

Scegliere pannelli solari con proprietà anti-PID. Alcuni produttori utilizzano tecnologie di celle uniche per attenuare o sopprimere il verificarsi dell'effetto PID, come i pannelli solari HJT.

I pannelli solari HJT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer) di Maysun prevengono efficacemente la degradazione indotta dal potenziale (PID) grazie all'uso strategico di uno strato di ossido conduttivo trasparente (TCO) sulla superficie del vetro. Questo strato di TCO impedisce la polarizzazione della carica, evitando strutturalmente la degradazione PID. Oltre al design a etero-giunzione e allo strato sottile intrinseco, i pannelli solari HJT di Maysun riducono al minimo la migrazione della carica, riducono la distribuzione irregolare della corrente e mitigano efficacemente i rischi di PID, garantendo una maggiore stabilità in ambienti difficili. Inoltre, questi pannelli sono certificati con il Solar Module Test Module PID Resistance-IEC 62804, a garanzia di una qualità superiore.

I pannelli solari HJT di Maysun Solar sono stati distribuiti in diversi Paesi europei. I clienti hanno condiviso la loro soddisfazione per le impressionanti prestazioni e l'affidabilità dei pannelli solari HJT di Maysun.

2. Ottimizzare la progettazione del sistema:

L'ottimizzazione della progettazione del sistema è un altro fattore chiave per prevenire gli effetti PID. Ottimizzare il progetto del sistema con i seguenti mezzi:
Maximum Power Point Tracker (MPPT): la tecnologia MPPT aiuta a garantire che i pannelli lavorino al punto di massima potenza in diverse condizioni di luce, riducendo il rischio di una distribuzione non uniforme della corrente e rallentando il verificarsi dell'effetto PID.
Tecnologia di equalizzazione della corrente: L'introduzione della tecnologia di equalizzazione della corrente aiuta a mantenere una distribuzione uniforme della corrente tra i pannelli, riducendo così la possibilità di effetti PID causati da potenziali differenze di potenziale.

3.Rivestimenti protettivi:

L'applicazione di rivestimenti protettivi resistenti alla polvere, al vapore acqueo e all'inquinamento sulla superficie dei pannelli solari può attenuare l'attacco dei contaminanti superficiali sui pannelli e ridurre il rischio di effetti PID.
Questi rivestimenti possono includere
Rivestimenti resistenti alla polvere: Rallentano il deposito di polvere e mantengono pulita la superficie del pannello.
Rivestimenti resistenti al vapore acqueo: Impediscono la penetrazione del vapore acqueo e riducono l'effetto dell'umidità sulle differenze di potenziale.
Rivestimenti antinquinamento: Riducono l'adesione di grasso, escrementi di uccelli e altri agenti inquinanti e mantengono la trasparenza ottica della superficie.

4. Pulizia regolare:

La pulizia regolare della superficie dei pannelli solari è una misura fondamentale per mantenere le prestazioni del sistema. La rimozione di polvere, foglie, escrementi di uccelli e altri carichi aiuta a mantenere una superficie pulita e a ridurre la formazione di potenziali differenze di potenziale. Una pulizia regolare aiuta anche a mantenere la trasmissione della luce del pannello e a migliorare l'efficienza di assorbimento della luce.

Inoltre, la PID è spesso reversibile. In caso di PID, un metodo di mitigazione consiste nel mettere a terra il terminale negativo CC dell'inverter per evitare tensioni negative sulla stringa. Questo approccio è efficace se l'inverter consente questo tipo di funzionamento e se sono state adottate tutte le precauzioni progettuali necessarie. Un'altra strategia di mitigazione è l'uso di "scatole anti-PID" posizionate tra la stringa e l'inverter. Queste scatole invertono il potenziale applicato dall'inverter per contrastare le tensioni negative sui pannelli solari interessati. Il loro effetto è quello di variare la polarizzazione di ciascuna stringa nel tempo, riducendo la probabilità di PID e consentendo a ciascun modulo di "riprendersi" dal potenziale negativo sperimentato.

Dal 2008, Maysun Solar si dedica alla produzione di pannelli solari di alta qualità. Esplorate la nostra vasta selezione, che comprende pannelli solari half-cut, MBB, IBC, HJT e shingled, disponibili nelle finiture argento, nero pieno, cornice nera e vetro-vetro. I pannelli vantano un design raffinato e prestazioni eccezionali, che valorizzano l'estetica di qualsiasi edificio. Con uffici, magazzini e partnership consolidate con installatori leader in numerosi Paesi, Maysun Solar è una scelta affidabile. Per richieste di informazioni sul fotovoltaico o sulle ultime quotazioni dei pannelli solari, non esitate a contattarci; siamo pronti ad assistervi.

Riferimento:

Greensolver, & Greensolver. (2021b, November 26). Potential Induced Degradation (PID) – What is it? - Greensolver. Greensolver.

Admin-D3v. (2020, July 6). LID vs PID: What’s degrading your solar panels? Raycatch | AI Diagnostics for Solar Energy.

Was ist der PID-Effekt (Potential Induced Degradation) von Solarmodulen? (n.d.). Was Ist Der PID-Effekt (Potential Induced Degradation) Von Solarmodulen?

Causes and solutions of the potential Induced Degradation (PID) effect in PV modules - Technical articles. (2020, July 9).

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