Séminaire de Solis Épisode 59: Comprendre le mécanisme PID et les solutions pour les panneaux de type P et de type N

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Contexte :

La dégradation induite par le potentiel (PID) a un impact significatif sur la stabilité et la fiabilité à long terme des modules photovoltaïques. Pour faire face au PID, il faut comprendre ses causes et mettre en œuvre des solutions efficaces. Ce séminaire Solis se penche sur les mécanismes PID spécifiques aux panneaux photovoltaïques de type P et de type N, et offre un aperçu des méthodes de protection.

Principales causes de PID

Phénomène de courant de fuite :

Une mauvaise isolation des panneaux photovoltaïques entraîne des courants de fuite, en particulier dans les environnements humides, provoquant des infiltrations de vapeur d'eau. Les réactions chimiques entre le film EVA, le verre et la vapeur d'eau produisent du Na+, ce qui entraîne un PID sous l'influence d'un champ électrique appliqué.

Tension élevée du système :

En règle générale, la tension de circuit ouvert d'une seule série de panneaux photovoltaïques est d'environ 1 000 V, la tension de fonctionnement est d'environ 800 V. Le cadre en alliage d'aluminium du composant doit être protégé contre la foudre et mis à la terre. Cette configuration crée une haute tension continue importante entre la batterie et le cadre en aluminium. Par conséquent, un biais de tension se développe entre la cellule PV et le cadre métallique de mise à la terre, donnant lieu à une induction de potentiel. 

Principaux types de PID pour les modules PV

Caractéristiques de l'effet PID du module de type P (MODULE BIFACIAL À DOUBLE VERRE)

Mécanisme PID du module PV PERC double face de type P

Comme le montre la figure, pour les composants en verre double face de type P, l'avant est généralement PID-s, l'arrière est généralement PID-p, et un PID-c peut se produire ; En raison de la protection contre la foudre et de la mise à la terre du cadre du module PV, une polarisation négative se forme entre le panneau et le cadre. À ce moment, la bordure est chargée positivement, et le Na+ dans le verre avant va migrer et se rassembler dans la couche de film adhésif sur la surface de la batterie, et diffuser et remplir le défaut du cristal de silicium, en passant par la jonction PN, formant ainsi le canal de courant de fuite aux deux extrémités de la jonction PN. 

En raison de la polarisation négative, le Na+ dans le verre arrière s'accumule rapidement sur la couche de film adhésif à l'arrière de la batterie, attirant les électrons à l'arrière et la couche de passivation d'origine avec une charge négative, ce qui entraîne une détérioration de l'effet de passivation, et donc une atténuation du PID-p. Plus le panneau de sortie négatif est proche, plus la polarisation négative est importante, plus la défaillance du PID est évidente.

P-type module PID effect characteristics (BIFACIAL DUAL GLASS MODULE)

Comme le montre la figure, pour les batteries de type N, l'avant est généralement une atténuation PID-s et PID-p, et l'arrière est généralement une atténuation PID-s. L'avant est similaire à l'application du panneau P, avec une polarisation négative entre le panneau et la lunette. Dans le verre avant, le Na+ s'accumule à la surface de la batterie. D'une part, le Na+ passe à travers la jonction PN pour former un canal de courant de fuite, ce qui entraîne des PID. D'autre part, les électrons négatifs de la couche de passivation sont attirés par le Na+, ce qui entraîne une détérioration de l'effet de passivation et provoque le phénomène PID-p. 

Par rapport au module PV de type P, le porteur positif du module PV de type N est l'électron, ce qui entraîne une plus grande perte de PID-s, et la perte est plus importante que celle de la face arrière. En raison de la polarisation négative sur la face arrière, le Na+ dans le verre arrière s'accumule rapidement sur la couche de film adhésif à l'arrière de la batterie, passe à travers la jonction PN et forme un canal de courant de fuite, ce qui entraîne l'atténuation du PID-s.

Sur la base de l'analyse ci-dessus, l'induction de l'effet PID produit par un module PV de type N ou de type P est cohérente, et seuls les types de PID se distinguent sur différents plans, de sorte que les méthodes de protection sont les mêmes, principalement comme suit :

Solution de mise à la terre directe négative :

La mise à la terre de l'électrode négative du module PV ou de l'onduleur au moyen d'une résistance ou d'un fusible garantit que la tension négative du module et le cadre métallique de mise à la terre conservent un potentiel égal. Cette solution est principalement employée dans les onduleurs centralisés, comme illustré sur la figure.

Remarque : cette solution est limitée à l'utilisation d'onduleurs isolés. Les onduleurs photovoltaïques non isolés nécessitent des transformateurs d'isolation supplémentaires, ce qui entraîne des coûts relativement plus élevés et des niveaux de sécurité moindres.

Solution de mise à la terre neutre virtuelle :

Idéal pour les centrales photovoltaïques à grande échelle composées d'onduleurs photovoltaïques de chaîne et d'onduleurs centralisés. L'élévation du potentiel du point neutre virtuel rapproche la tension négative de la chaîne photovoltaïque du potentiel zéro, ce qui permet de supprimer efficacement le PID.

Remarque : bien qu'elle convienne à la protection PID dans les nouveaux projets, cette solution ne peut pas réparer les systèmes PV affectés par la PID. Elle n'offre pas de protection point à point, et les pannes d'équipement peuvent affecter la protection des modules de l'ensemble du sous-réseau PV.

Solution de tension de polarisation avant :

En utilisant le module PID interne ou externe de l'onduleur, une tension de polarisation positive est appliquée aux électrodes positives et négatives de la chaîne PV pour réparer l'effet PID. Cette solution offre différents modes de sortie.

Pratique actuelle : L'approche dominante implique l'utilisation de la technologie anti-PID intégrée, principalement dans les onduleurs Solis. Cette technologie facilite la réparation du PID au niveau de la chaîne dans l'onduleur, ce qui améliore la précision et la fiabilité du processus de réparation. Cette approche élimine notamment la nécessité d'accéder au transformateur.

Conclusion

En conclusion, l'utilisation de ces solutions PID uniformes garantit le fonctionnement efficace et la longévité des modules photovoltaïques de type N et de type P. Les onduleurs Solis, équipés de modules de réparation PID intégrés, représentent un choix moderne et fiable pour optimiser les performances des systèmes photovoltaïques.