Τι είναι το φαινόμενο PID και κατά πόσο επηρεάζει τα φωτοβολταϊκά πάνελ
Τεχνικά άρθρα

Τι είναι το φαινόμενο PID και κατά πόσο επηρεάζει τα φωτοβολταϊκά πάνελ

Το φαινόμενο PID (Potential Induced Degradation) συναντάται συχνά μεταξύ των φωτοβολταϊκών πάνελ που λειτουργούν με φωτοβολταϊκά κύτταρα (solar cells). Μπορεί να εμφανιστεί μόλις λίγα χρόνια μετά την εγκατάσταση ενός φωτοβολταϊκού σταθμού ενώ η ιδιαιτερότητά του έγκειται στο γεγονός ότι μπορεί να ξεκινήσει από ένα μόνο φωτοβολταϊκό πάνελ και σταδιακά να επεκταθεί σε περισσότερα, ακόμη και σε όλα τα πάνελ, αν δεν αντιμετωπιστεί εγκαίρως.

Το φαινόμενο εμφανίζεται εντονότερα στο φωτοβολταϊκό πάνελ που βρίσκεται πλησιέστερα στον αρνητικό πόλο της στοιχειοσειράς (string). Το αρνητικό δυναμικό (τάση προς τη γη) των φωτοβολταϊκών κυψελών που βρίσκονται σε αυτή την περιοχή είναι της τάξεως μερικών εκατοντάδων Volt σε σχέση με τη γη, ενώ εξαρτάται από το μήκος της στοχειοσειράς και τον τύπο του χρησιμοποιούμενου μετατροπέα. Αντίθετα, το πλαίσιο (frame) των φωτοβολταϊκών πάνελ έχει δυναμικό 0V ως προς τη γη, επειδή πρέπει να είναι γειωμένο για λόγους ασφαλείας. Λόγω αυτής της ηλεκτρικής τάσης μεταξύ των φωτοβολταϊκών κυψελών και του πλαισίου μπορεί να απελευθερωθούν ηλεκτρόνια από τα χρησιμοποιούμενα στη φωτοβολταϊκή μονάδα υλικά τα οποία ρέουν μέσω του γειωμένου πλαισίου (Εικόνα 1). Έτσι παραμένει μία φόρτιση (πόλωση), η οποία μπορεί να επηρεάσει αρνητικά τη χαρακτηριστική καμπύλη των φωτοβολταϊκών κυψελών (Εικόνα 2)

Τι είναι το φαινόμενο PID και κατά πόσο επηρεάζει τα φωτοβολταϊκά πάνελ
Εικόνα 1
Τι είναι το φαινόμενο PID και κατά πόσο επηρεάζει τα φωτοβολταϊκά πάνελ
Εικόνα 2

ΜΟΤΙΒΟ ΕΚΔΗΛΩΣΗΣ PID

1. Σε μεμονωμένο πάνελ

Σε ένα φωτοβολταϊκό πάνελ, το φαινόμενο PID εμφανίζεται εντονότερα στις κυψέλες που βρίσκονται πιο κοντά στο πλαίσιο αλουμινίου. Αντίθετα, το PID εμφανίζεται λιγότερο έντονα στις κυψέλες που βρίσκονται στο κέντρο του φωτοβολταϊκού πάνελ. (Εικόνα 3)

Τι είναι το φαινόμενο PID και κατά πόσο επηρεάζει τα φωτοβολταϊκά πάνελ
Εικόνα 3

2. Σε στοιχειοσειρά (string)

Σε μια συστοιχία φωτοβολταϊκών πάνελ (string), το PID εμφανίζεται εντονότερα στα πάνελ που είναι πιο κοντά στην πιο αρνητική, από άποψη δυναμικού, πλευρά της στοιχειοσειράς (string). (Εικόνα 4)

Τι είναι το φαινόμενο PID και κατά πόσο επηρεάζει τα φωτοβολταϊκά πάνελ
Εικόνα 4

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΟ PID

1. Φωτοβολταϊκές κυψέλες (solar cells)

Υπάρχουν ενδείξεις ότι πολλοί τύποι φωτοβολταϊκών κυψελών εμφανίζουν ευαισθησία κατά την έκθεσή τους σε υψηλό αρνητικό δυναμικό. Η δομή της ίδιας της κυψέλης παίζει ρόλο στην εμφάνιση και στην εξάπλωση του PID.

2. Πρώτες Ύλες

Τα υλικά από τα οποία έχουν κατασκευαστεί τα φωτοβολταϊκά πάνελ, όπως για παράδειγμα η χημική σύνθεση του γυαλιού και το υλικό EVA με το οποίο είναι εγκιβωτισμένες οι κυψέλες, επηρεάζουν το φαινόμενο.

3. Ιδιαιτερότητες φωτοβολταϊκού σταθμού

Σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη του PID παίζει το μέγιστο αρνητικό δυναμικό στο οποίο οι φωτοβολταϊκές κυψέλες υπόκεινται. Αυτό εξαρτάται από τον αριθμό των πλαισίων ανά στοιχειοσειρά (string), τον τύπο του μετατροπέα (με ή χωρίς μετασχηματιστή) και τη γείωση του φωτοβολταϊκού σταθμού.

4. Εξωγενείς παράγοντες

Η θερμοκρασία και η υγρασία είναι ορισμένοι από τους περιβαλλοντικούς παράγοντες που διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην εμφάνιση και την εξέλιξη του PID σε ένα φωτοβολταϊκό σταθμό.

ΔΙΑΓΝΩΣΗ ΤΟΥ PID

1. Θερμογραφικός έλεγχος / I-V Μετρήσεις

1.1. Διάγνωση του PID σε επίπεδο φωτοβολταϊκού πάνελ

Αν το PID διαγνωστεί σε επίπεδο κυψελών, θα επηρεάσει την απόδοση του φωτοβολταϊκού πάνελ.
Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα την αλλαγή στην καμπύλη IV καθώς το σημείο Μέγιστης Ισχύος (Maximum Power Point) του πάνελ θα μετατοπιστεί προς τα κάτω. Συνεπώς, η μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια θα είναι λιγότερο αποτελεσματική. (Εικόνα 5)

Τι είναι το φαινόμενο PID και κατά πόσο επηρεάζει τα φωτοβολταϊκά πάνελ
Εικόνα 5

1.2. Διάγνωση του PID σε επίπεδο στοιχειοσειράς (string)

Όταν το PID εντοπίζεται σε επίπεδο στοιχειοσειράς, υπάρχει ξεκάθαρη διαφορά μεταξύ της αρχής και του τέλους της στοιχειοσειράς των πάνελ. Ένα τυχαίο μοτίβο, τύπου σκακιέρας, θα εμφανιστεί για τα πάνελ που βρίσκονται πιο κοντά στην αρνητική πλευρά της στοιχειοσειράς. (Εικόνα 6)

Τι είναι το φαινόμενο PID και κατά πόσο επηρεάζει τα φωτοβολταϊκά πάνελ
Εικόνα 6

2. Απομακρυσμένος έλεγχος (Τηλεμετρία)

Ένας άλλος, ιδιαίτερα όμως δύσκολος, τρόπος διάγνωσης του PID είναι μέσω του συστήματος απομακρυσμένης παρακολούθησης του φωτοβολταϊκού σταθμού. Το μειoνέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι το φαινόμενο γίνεται ορατό όταν έχει εξαπλωθεί σημαντικά στις στοιχειοσειρές του φωτοβολταϊκού σταθμού.

Το διάγραμμα παρουσιάζει το πώς φαίνεται το φαινόμενο PID σε προχωρημένο στάδιο, κατά τη διάρκεια της ημέρας. (Εικόνα 7)

Τι είναι το φαινόμενο PID και κατά πόσο επηρεάζει τα φωτοβολταϊκά πάνελ
Εικόνα 7

Σε περίπτωση όμοιας διαστασιολόγησης των στοιχειοσειρών, η τάση λειτουργίας του κάθε μετατροπέα βρίσκεται στην ίδια καμπύλη. Στην πράξη, το PID είναι μια τυχαία διαδικασία με διαφορετική επίπτωση ανά κυψέλη, πάνελ, στοιχειοσειρά. Συνεπώς, το PID εμφανίζεται εντονότερα σε κάποιους μετατροπείς σε σχέση με κάποιους άλλους, με αποτέλεσμα να εντοπίζεται ένα ευρύ φάσμα τάσεων λειτουργίας και τελικά να έχουμε διαφορετικές τιμές εξόδου ανά μετατροπέα (χαμένη παραγωγή).

Μελέτη του IMEC αποκαλύπτει ότι τα 3/4 των φωτοβολταϊκών πάνελ υπόκεινται σε απώλεια αποδοτικότητας λόγω του PID

1. ΜΕΛΕΤΗ IMEC

Το IMEC (Ανεξάρτητο Ευρωπαϊκό Ερευνητικό Κέντρο) ανέπτυξε μία δοκιμαστική διάταξη για τον προσδιορισμό της ευαισθησίας διαφορετικών φωτοβολταϊκών μονάδων όταν πρόκειται για το φαινόμενο PID. Στη δοκιμαστική διάταξη, σαράντα εννέα (49) φωτοβολταϊκά πάνελ κατασκευασμένα από τριάντα τρεις (33) διαφορετικούς κατασκευαστές τοποθετήθηκαν σε κλιματικό θάλαμο (climate room) για 96 ώρες, σε θερμοκρασία 60oC, υγρασία 60% και τάση 950V. Οι συνθήκες αυτές καθορίστηκαν από τη Διεθνή Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή (International Electrotechnical Commission) και περιγράφονται στο πρότυπο IEC62804 («test methods for detection of potential-induced degradation of crystalline silicon photovoltaic (PV) modules»). (εικόνες 8 και 9)

Τι είναι το φαινόμενο PID και κατά πόσο επηρεάζει τα φωτοβολταϊκά πάνελ
Εικόνα 8
Τι είναι το φαινόμενο PID και κατά πόσο επηρεάζει τα φωτοβολταϊκά πάνελ
Εικόνα 9

Από την έρευνα προέκυψε ότι μόνο το 22% των πλαισίων που δοκιμάστηκαν στον κλιματικό θάλαμο πέρασαν το κριτήριο της υποβάθμισης κατά 5%, όπως περιγράφεται στο IEC62804. Με άλλα λόγια, το 78% των πλαισίων παρουσίασαν μεγάλη ευαισθησία στην εμφάνιση του PID. Αξιοσημείωτο είναι, ότι μόλις 16 από τα 49 πλαίσια παρουσίασαν υποβάθμιση λιγότερο από 20% μετά το τεστ αντοχής, ενώ τα πλαίσια που επηρεάστηκαν περισσότερο από 85% είτε εμφάνισαν πολύ μικρότερη βελτίωση είτε δεν βελτιώθηκαν καθόλου έπειτα από τη διαδικασία αναγέννησης. (Εικόνα 10)

Τι είναι το φαινόμενο PID και κατά πόσο επηρεάζει τα φωτοβολταϊκά πάνελ
Εικόνα 10

2. ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΤΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ

Η Messaritis Ανανεώσιμες αποτελεί επίσημο διανομέα των συσκευών αντιμετώπισης του φαινομένου PID, που εμφανίζεται σε φωτοβολταϊκούς σταθμούς, της βελγικής εταιρίας PIDBULL.

Η εταιρία PIDBULL αποτελεί μέλος του ομίλου Edison Energy Group που ως κορυφαίος παραγωγός ηλεκτρικής ενέργειας από φωτοβολταϊκά συστήματα, αποφάσισε το 2010, όταν πλέον τεκμηριώθηκε η ύπαρξη του φαινομένου PID, να στελεχώσει εξειδικευμένο τμήμα R&D προκειμένου να αναπτύξει μια τεχνολογική λύση, η οποία σκοπό είχε να εφαρμοστεί αρχικά στους φωτοβολταϊκούς σταθμούς ιδιοκτησίας του ομίλου.

Η λύση τελικά υλοποιήθηκε σε συνεργασία με το IMEC και εγγυάται μακροπρόθεσμες αποδόσεις και αξιοπιστία δεδομένου ότι αναπτύχθηκε από την οπτική του ιδιοκτήτη φωτοβολταϊκών σταθμών. Η λύση της PIDBULL (regeneration solution) περιλαμβάνει την τοποθέτηση ειδικών συσκευών στο Φ/Β σταθμό, που σκοπό έχουν να αναστρέψουν σταδιακά το φαινόμενο. Σημαντικό είναι να σημειωθεί ότι ο εξοπλισμός της PIDBULL διακρίνεται για την ευκολία που παρέχει κατά την εγκατάσταση, την ανθεκτικότητα, καθώς επίσης και για τα υψηλά επίπεδα προστασίας που προσφέρει τόσο για τον εξοπλισμό, όσο και για το προσωπικό.

Όταν η λύση της αναγέννησης (regeneration solution) της Pidbull δοκιμάστηκε υπό τις ίδιες συνθήκες του τεστ αντοχής του IMEC, αποδείχθηκε ότι οι συσκευές ήταν σε θέση να επιδιορθώσουν σημαντικά τα φωτοβολταϊκά πάνελ.
Μετά από μόνο 96 ώρες αναγέννησης, η μέση βελτίωση όλων των πάνελ ήταν +21%. (Εικόνα 11)

Τι είναι το φαινόμενο PID και κατά πόσο επηρεάζει τα φωτοβολταϊκά πάνελ
Εικόνα 11

Για περισσότερες πληροφορίες μπορείτε να απευθυνθείτε στην Messaritis Ανανεώσιμες όπου οι έμπειροι μηχανικοί της θα μπορέσουν να σας προτείνουν λύσεις αναφορικά με τη διάγνωση και την θεραπεία του φαινομένου σε φωτοβολταϊκούς σταθμούς.

Επιμέλεια Άρθρου:

Εταιρία  : Messaritis Ανανεώσιμες
Διεύθυνση  : Λ. Κηφισίας 162-164, Μαρούσι 15126
WebSite  : Renewables.messaritis.gr
Email  : info@messaritis.com
Τηλέφωνο Επικ.  : +30 210 8662048

πηγή: b2green.gr