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隨著光伏行業的不斷發展，光伏電站的應用地從荒無人煙的戈壁大漠到陽光燦爛的內陸、沿海城市，應用環境的不同造成了光伏電站的發電效率的差異性。組件的PID效應作為影響電站發電量的重要因素之一，受到了業界的廣泛關注。那么PID效應的成因和危害是什么？究竟什么方案是抑制PID效應最可靠的方法呢？
1、PID效應的危害有哪些？
PID效應（Potential Induced Degradation）又稱電勢誘導衰減，是電池組件的封裝材料和其上表面及下表面的材料，電池片與其接地金屬邊框之間的高電壓作用下出現離子遷移，而造成組件性能衰減的現象。
下表為組件PID效應測試前后的參數及I-V曲線對比【1】，通過對比明顯可以看出PID效應對太陽能電池組件的輸出功率影響巨大，是光伏電站發電量的“恐怖殺手”。
功率對照表
I-V曲線（PID效應測試前）I—V曲線(PID效應測試后)
2、為什么會發生PID效應？
通過光伏電池組件廠商和研究機構的數據表明，PID效應與組件構成、封裝材料、所處環境溫度、濕度和電壓有著緊密的聯系。
1）太陽能電池組件的構成
太陽能電池組件由玻璃+EVA+電池片+EVA+TPT+邊框構成，各個部分的組成詳見下圖。
太陽能電池組件的構成
2）PID效應發生的過程
目前對組件發生PID效應的真正原因說法不一，比較典型的解釋如下：
（1）潮濕、高溫的環境容易產生水蒸氣，水蒸氣通過封邊硅膠或背板進入組件內部；
（2）EVA（乙烯—醋酸乙烯共聚物）的酯鍵在遇到水后發生反應，生成可自由移動的醋酸；
EVA水解反應方程式
（3）醋酸和玻璃中的純堿（Na2CO3）反應將Na+析出，在電池內部電場作用下移動至電池表面，造成玻璃體電阻降低；
Na+的析出及移動過程
（4）經過美國NERL（國家能源部可再生能源實驗室）的研究無論采用任何技術的P型晶硅電池片，組件在負偏壓下均有發生電勢誘導衰減的風險。因為光伏陣列的組件邊框通常都是接地的，造成單個組件和邊框之間形成偏壓，所以越靠近負極輸出端的組件承受負偏壓現象越明顯。
電池板在陣列中的位置和偏壓形成的關系
（5）在負偏壓的作用下，漏電流通路因此形成，漏電流由電池片→EVA→玻璃表面→邊框→支架，最終流向大地。
負偏壓作用下漏電流路徑【2】
（6）在漏電流的作用下，帶正電的載流子穿過玻璃，通過邊框流向地面，使得負電荷在電池片表面堆積，吸引光電載流子（空穴）流向N型硅的表面聚集起來，而不是像正常狀態下一樣流向正極（P極）。這種表面極化現象而引起的輸出功率衰減就是PID效應。
3、如何抑制PID效應的發生？
了解到PID效應對光伏電站發電量的巨大影響，抑制PID效應更加刻不容緩。根據對PID效應的分析可以得出兩種處理方案，一種是從組件側考慮，另一種是從逆變器側考慮，具體方案如下：
1）從組件側考慮：
（1）采用非Na、Ca玻璃提高玻璃的體電阻，阻斷漏電流通路的形成；
（2）采用非乙烯—醋酸乙烯共聚物的封裝材料。
特點：從材料上抑制PID效應，安全、可靠，但非Na、Ca玻璃的成本高昂。另外新材料的穩定性問題也是未知數，目前無法推廣應用。
2）從逆變器側考慮：
采用組件負極接地的方式，防止負偏壓造成的漏電流形成。
負偏壓和正偏壓下組件PID效應對比
特點：處置方案簡便、成本低、效果顯著，但負極直接接地會造成安全隱患，威脅電站的正常運行和運維安全。逆變器負極接地后，若發生組件正極接地故障則會造成電池板短路，而運維人員如若接觸到正極則會發生電擊危險，所以負極接地電路必須具有異常電流監測及分斷保護系統，方可在抑制PID效應的同時保障電站設備的運行安全。
作為行業領軍的逆變器設備研發、制造企業，特變電工不斷突破自我，創新求變，通過對PID效應進行長期的實驗研究和積累，研發出一套能夠可靠抑制PID效應的解決方案，它既能夠保障負極接地的可靠性，又能使逆變器具備完善的保護功能，被稱為防PID效應套件。
防PID效應套件簡介
防PID效應套件是由絕緣監測系統和接地保護系統兩部分構成，工作原理如下：
絕緣監測系統：假設電池板PV+對大地的絕緣阻抗為Rx（因負極接地，故無需監測PV-對地阻抗）。首先為PV+并聯已知電阻R1，其次測量并聯后PV+對大地電壓，最后計算出Rx值。一旦Rx低于閾值時，逆變器立刻報警停機，防止絕緣阻抗過低造成的短路風險。
絕緣監測的原理
接地保護系統：GFDI（PV Ground-Fault Detector Interrupter）設備由分斷器件+高精度傳感器組成，分斷器件負責在故障電流出現時，分斷負極接地電路；傳感器負責檢測負極接地電路中的異常電流。當檢測到負極接地電路中有異常電流通過時，分斷器件瞬時切斷負極接地電路，切斷漏電流通路，保護運維人員安全。
防PID效應套件的連接方式
4、結論
PID效應作為光伏電站發電量的可怕殺手，發生的根本原因是與環境因素和組件封裝材料有關。相信未來組件廠商定能夠找到一種更加可靠的材料，從根源上阻斷PID效應的發生。但是在當下，負極接地無疑是最可靠的抑制PID效應的方法，作為國內優秀的逆變器廠商，特變電工將持續為客戶提供更加可靠、優質的解決方案。
特變電工—為光伏行業的持續性發展提供可靠的技術保障。
參考文獻：
【1】上海交通大學，金鵬，朱亦鳴；《關于PID現象對光伏組件影響的研究》[J] 能源科學技術2012.9；
【2】來源于SMA公司宣傳資料。
1、PID效應的危害有哪些？
PID效應（Potential Induced Degradation）又稱電勢誘導衰減，是電池組件的封裝材料和其上表面及下表面的材料，電池片與其接地金屬邊框之間的高電壓作用下出現離子遷移，而造成組件性能衰減的現象。
下表為組件PID效應測試前后的參數及I-V曲線對比【1】，通過對比明顯可以看出PID效應對太陽能電池組件的輸出功率影響巨大，是光伏電站發電量的“恐怖殺手”。
功率對照表
I-V曲線（PID效應測試前）I—V曲線(PID效應測試后)
2、為什么會發生PID效應？
通過光伏電池組件廠商和研究機構的數據表明，PID效應與組件構成、封裝材料、所處環境溫度、濕度和電壓有著緊密的聯系。
1）太陽能電池組件的構成
太陽能電池組件由玻璃+EVA+電池片+EVA+TPT+邊框構成，各個部分的組成詳見下圖。
太陽能電池組件的構成
2）PID效應發生的過程
目前對組件發生PID效應的真正原因說法不一，比較典型的解釋如下：
（1）潮濕、高溫的環境容易產生水蒸氣，水蒸氣通過封邊硅膠或背板進入組件內部；
（2）EVA（乙烯—醋酸乙烯共聚物）的酯鍵在遇到水后發生反應，生成可自由移動的醋酸；
EVA水解反應方程式
（3）醋酸和玻璃中的純堿（Na2CO3）反應將Na+析出，在電池內部電場作用下移動至電池表面，造成玻璃體電阻降低；
Na+的析出及移動過程
（4）經過美國NERL（國家能源部可再生能源實驗室）的研究無論采用任何技術的P型晶硅電池片，組件在負偏壓下均有發生電勢誘導衰減的風險。因為光伏陣列的組件邊框通常都是接地的，造成單個組件和邊框之間形成偏壓，所以越靠近負極輸出端的組件承受負偏壓現象越明顯。
電池板在陣列中的位置和偏壓形成的關系
（5）在負偏壓的作用下，漏電流通路因此形成，漏電流由電池片→EVA→玻璃表面→邊框→支架，最終流向大地。
負偏壓作用下漏電流路徑【2】
（6）在漏電流的作用下，帶正電的載流子穿過玻璃，通過邊框流向地面，使得負電荷在電池片表面堆積，吸引光電載流子（空穴）流向N型硅的表面聚集起來，而不是像正常狀態下一樣流向正極（P極）。這種表面極化現象而引起的輸出功率衰減就是PID效應。
3、如何抑制PID效應的發生？
了解到PID效應對光伏電站發電量的巨大影響，抑制PID效應更加刻不容緩。根據對PID效應的分析可以得出兩種處理方案，一種是從組件側考慮，另一種是從逆變器側考慮，具體方案如下：
1）從組件側考慮：
（1）采用非Na、Ca玻璃提高玻璃的體電阻，阻斷漏電流通路的形成；
（2）采用非乙烯—醋酸乙烯共聚物的封裝材料。
特點：從材料上抑制PID效應，安全、可靠，但非Na、Ca玻璃的成本高昂。另外新材料的穩定性問題也是未知數，目前無法推廣應用。
2）從逆變器側考慮：
采用組件負極接地的方式，防止負偏壓造成的漏電流形成。
負偏壓和正偏壓下組件PID效應對比
特點：處置方案簡便、成本低、效果顯著，但負極直接接地會造成安全隱患，威脅電站的正常運行和運維安全。逆變器負極接地后，若發生組件正極接地故障則會造成電池板短路，而運維人員如若接觸到正極則會發生電擊危險，所以負極接地電路必須具有異常電流監測及分斷保護系統，方可在抑制PID效應的同時保障電站設備的運行安全。
作為行業領軍的逆變器設備研發、制造企業，特變電工不斷突破自我，創新求變，通過對PID效應進行長期的實驗研究和積累，研發出一套能夠可靠抑制PID效應的解決方案，它既能夠保障負極接地的可靠性，又能使逆變器具備完善的保護功能，被稱為防PID效應套件。
防PID效應套件簡介
防PID效應套件是由絕緣監測系統和接地保護系統兩部分構成，工作原理如下：
絕緣監測系統：假設電池板PV+對大地的絕緣阻抗為Rx（因負極接地，故無需監測PV-對地阻抗）。首先為PV+并聯已知電阻R1，其次測量并聯后PV+對大地電壓，最后計算出Rx值。一旦Rx低于閾值時，逆變器立刻報警停機，防止絕緣阻抗過低造成的短路風險。
絕緣監測的原理
接地保護系統：GFDI（PV Ground-Fault Detector Interrupter）設備由分斷器件+高精度傳感器組成，分斷器件負責在故障電流出現時，分斷負極接地電路；傳感器負責檢測負極接地電路中的異常電流。當檢測到負極接地電路中有異常電流通過時，分斷器件瞬時切斷負極接地電路，切斷漏電流通路，保護運維人員安全。
防PID效應套件的連接方式
4、結論
PID效應作為光伏電站發電量的可怕殺手，發生的根本原因是與環境因素和組件封裝材料有關。相信未來組件廠商定能夠找到一種更加可靠的材料，從根源上阻斷PID效應的發生。但是在當下，負極接地無疑是最可靠的抑制PID效應的方法，作為國內優秀的逆變器廠商，特變電工將持續為客戶提供更加可靠、優質的解決方案。
特變電工—為光伏行業的持續性發展提供可靠的技術保障。
參考文獻：
【1】上海交通大學，金鵬，朱亦鳴；《關于PID現象對光伏組件影響的研究》[J] 能源科學技術2012.9；
【2】來源于SMA公司宣傳資料。
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