Seminario Solis Episodio 23: Solución para la recuperación del (PID)

La degradación por potencia inducida (PID) es un fenómeno que afecta a algunos módulos fotovoltaicos con celdas cristalinas de (Si), estas tienen una degradación gradual que afecta a su desempeño. La degradación puede llegar hasta el 30% o más después de un par de años. Algunos fabricantes de módulos ya están trabajando para desarrollar contramedidas usando nuevos materiales, pero la tendencia general nos muestra que en los sistemas trifásicos y en sistemas en donde el voltaje pase los 1,000 VDC esto exacerba el problema en vez de solucionarlo. Además de la conexión a tierra negativa del campo fotovoltaico, Solis ofrece una solución técnica sencilla para prevenir la reducción de los módulos fotovoltaicos. En este seminario que Solis nos proporciona una breve introducción general acerca del efecto (PID) y después explicara como Solis incorporo un módulo recuperador de (PID) y cuando se puede usar.
 
Descripción de las causas y efectos 
 
Cuando una celda solar es polarizada con un voltaje negativo elevado, se genera una diferencia de voltaje entre la celda y otros elementos del módulo (e.j. vidrio, subestructuras y marcos), provocando que la capacidad de salida de potencia del módulo se degrade. Esto es en potencia cero ya que está conectado a tierra la mayor parte del tiempo. Por lo tanto, dado que la distancia es corta entre la celda solar y el marco; y debido a que puede haber problemas con el sellado del material, se puede crear una corriente entre la celda y el marco. Esto genera una fuga de corriente en todo el módulo fotovoltaico.
 
La migración de iones impacta las características eléctricas de la calda solar y lleva a una degradación de la salida de energía. A continuación, se muestran las medidas tomadas de módulos fotovoltaicos susceptibles a (PID) para ilustrar el efecto y la gravedad del (PID). 

Figura 1: (PID) principio e influencia

PID Soluciones

Existen muchos tipos de soluciones Anti-PID pero principalmente se dividen en estas 3 categorías:

PV- solución puesta a tierra

En las plantas fotovoltaicas con inversores aislados galvánicamente, el PID puede ser prevenido de forma fiable conectando el polo negativo la tierra del arreglo fotovoltaico, esto genera que cambie el potencial del arreglo fotovoltaico a positivo.  

Figura2: Diagrama topológico del polo negativo a tierra de un arreglo fotovoltaico  

Sin embargo, en las plantas fotovoltaicas en donde se utilizan inversores independientes del transformador, esta solución requiere de más medidas que cumplan con los requisitos de los estándares internacionales más comunes tales como IEC62109, UL1741, etc. Varias medidas se deben de realizar mientras el polo negativo se encuentre conectado a tierra:

(1) Aumentar el GDFI (de corriente directa a detección por fallo de tierra); 
(2) Aumentar el ISO (pruebas de insolación); 
(3) Implementar medidas de protección para rayos; 
(4) Asegurar que el cable neutral no esté conectado al lado primario del transformador o que se agregue directamente un transformador a un sistema con inversores independientes de estos.
 
Solución de conexión virtual a tierra de corriente alterna corriente alterna
 
La solución consiste en agregar un dispositivo de protección para proporcionar un punto neutro de red virtual “N” para el inversor del sistema. El punto de potencia “N” es el equivalente al punto medio de potencia de la alarma del inversor interno a corriente directa, por lo que al aumentar el punto virtual “N” al voltaje de tierra, podemos aumentar voltaje a tierra fotovoltaico para que el voltaje sea mayor a cero y poder hacer que se cuelgue el sistema fotovoltaico, logrando un efecto de anti-PID pero esta solución genera los siguientes problemas:

Figura3: Diagrama topológico de una caja anti-PID 

1.La caja anti-PID solo puede ser utilizada en instalaciones que normalmente están conectadas a una red de voltaje media tensión que no tiene línea neutra, por lo que algunas plantas fotovoltaicas requieren líneas naturales como alimentación.
2. Usar estas soluciones pueden prevenir el deterioro continuo del PID y no pueden restaurar la energía del módulo fotovoltaico. 
 
Solución por recuperación del PID
 
Usando el principio de reversibilidad del PID del módulo fotovoltaico. Este método aplica un voltaje positivo entre el módulo y la tierra durante la noche para permitir que la conductividad de los iones que previamente se perdieron en la unión “PN”, regresan durante el día, restaurando la capacidad de generación de energía de la celda solar.
El recuperador PID de Solis PID usa un módulo PID integrado que no requiere instalación adicional. Está integrado en todos los inversores grandes comerciales y públicos. Usa un modulo FV con principio reversible de PID. Cuando el voltaje cae por debajo del umbral por la tarde, este módulo inyectara un potencial positivo de 600-700v entre el módulo y la tierra. Esto causa que la conductividad de los iones perdidos durante el día regrese a la unión “PN”, restaurando la capacidad de generación de energía de la celda solar.

Figura4: Diagrama topológico de Solis del Recuperador PID 

Ventajas： 
1. Se puede utilizar en instalaciones públicas en donde se encuentren conectadas a una red de media tensión que tenga o no línea neutral, Por lo tanto, las plantas fotovoltaicas que requieran una línea natural como fuente de alimentación puede ser usada.
2.  Durante el funcionamiento del módulo PID, si se requiere mantenimiento, corte el disyuntor de CA y luego repare el inversor y el lado de CC. 
3. El inversor debe estar bien conectado a tierra. 
Resultados de la prueba de solución 
Para probar el efecto de recuperación del módulo PID integrado, Solis seleccionó los módulos fotovoltaicos atenuados para la prueba EL en sitio. Los resultados de la prueba son los siguientes: 
 
Recuperación de PID 
Resultados de la prueba de solución 
Para probar el efecto de recuperación del módulo PID incorporado, Solis seleccionó los módulos fotovoltaicos atenuados para la prueba electroluminiscente (EL) en el sitio. Los resultados de la prueba son los siguientes: 

Como se muestra en la Tabla 1-1, después de utilizar la solución de recuperación PID incorporada durante 20 y 40 días, el rendimiento de los módulos fotovoltaicos afectados por el PID se ha recuperado en gran medida.  
 

Conclusion 
Como factor importante que afecta la generación de energía de las centrales fotovoltaicas, el efecto PID necesita nuestra atención inmediata en esta industria. Como líderes en este campo es obligatorio contrarrestar estos efectos perjudiciales. Si no se hace esto, los clientes podrían perder su gran inversión en cuestión de años. Este artículo, combinado con experimentos, demuestra que el módulo PID incorporado tiene efectos obvios en la restauración de la capacidad de generación de energía de los módulos fotovoltaicos. El método de recuperación de PID es sin duda el método de solución de PID más fácil, rápido, asequible y confiable. 

Glosario:
● (PID): (Potential induced degradation) degradación inducida por potencia
● (Si): Silicio