PID (Potential Induced Degradation) a nápravná opatření. Ing. Michal Voráček, EICERO s.r.o.!!

HTML
DOWNLOAD

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "PID (Potential Induced Degradation) a nápravná opatření. Ing. Michal Voráček, EICERO s.r.o.!!"

Kristýna Jandová
před 9 lety
Počet zobrazení:

1 PID (Potential Induced Degradation) a nápravná opatření Ing. Michal Voráček, EICERO s.r.o.!!

2 Co je to PID? Potential Induced Degradation, (Hight voltage stress) Degradace výkonu FV článků vyvolaná rozdílem potenciálů vůči zemi. PID způsobuje nevhodnou polarizaci nábojů FV článku v jejímž důsledku článek není schopen dodávat elektrický proud. K tomuto jevu dochází zejména na FV panelech, které jsou nejblíže u záporného pólu. Zde se potenciál (napětí vůči zemi) FV článků podle délky stringu a typu používaného střídače obvykle pohybuje mezi 200 V a 350 V. Rám FV panelů naproti tomu má potenciál 0 V, protože z bezpečnostních důvodů bývá uzemněný. Kvůli tomuto elektrickému napětí mezi FV články a rámem se může stát, že se uvolní elektrony z materiálů použitých ve FV panelu a stečou přes uzemněný rám. To za sebou zanechá náboj (polarizaci), který může nevýhodným způsobem pozměnit charakteristickou křivku FV článků.

Zde se potenciál (napětí vůči zemi) FV článků podle délky stringu a typu používaného střídače obvykle pohybuje mezi 200 V a 350 V.

3 PID! S rostoucím potenciálovým rozdílem mezi rámem a FV článkem roste i riziko vzniku svodového proudu a následný průtok svodového proudu z aktivní vrstvy FV článku přes zapouzdření a sklo po povrchu rámu. Zdroj:

vrstvy FV článku přes zapouzdření a sklo po povrchu rámu.

4 EXPERIENCES ON PID TESTING OF PV MODULES IN 2012 Sascha Dietrich, Jens Froebel, Matthias Ebert, Joerg Bagdahn Fraunhofer - Center for Silicon-Photovoltaics CSP Walter-Huelse-Straße 1, Halle (Saale) Telefon +49 (0) 345/ sascha.dietrich@csp.fraunhofer.de Motivation High voltage stress conditions are identified as a crucial degradation problem for solar cells Degradation usually happens quickly (months), large scale and with high magnitude in terms of performance loss Na + migration through encapsulant and SiN due to potential between the cell and the frame + glass found as root cause Type approval test for modules required (IEC NWIP 62804) Fig. 1: High voltage stress degradation (PID) along module string in floating ground configuration [1] Fig. 2: Shunted regions on solar cell EL-image (left), LIT image (right) [2] High Voltage Stress Testing (HVST) Condition Setup 1 Setup 2 Setup 3 Relative Humidity 50 % 85 % 50 % Temperature 50 C 60 C 25 C Al-foil yes no yes Test Duration 48 h 96 h 168 h No. of Modules Tested Fig. 4: Scheme of experimental setup 1 Results 46 % of modules failed the 5 % loss criteria (Fig. 6) Fig. 3: Na accumulation at SiN / Si interface PID cell (left), reference cell (right) [2] Fig. 5: Experimental setup 1 at Fraunhofer CSP with Al-foil covered PVC sheets scattering of power loss per module type can be very largely (Fig. 7) statistical scattering of PID sensitive cells Rel. Remaining Power / % C, 50 % r.h., 48 h, -1000V, w Al-foil 25 C, 50 % r.h., 168 h, -1000V, w Al-foil 60 C, 85 % r.h., 96 h, -1000V, w/o Al-foil 5 % loss criteria Module No. Fig. 6: Remaining power summarized for all tested modules (95 tested modules) Rel. Remaining Power / % Manufacturer 1 Fig. 7: Rel. remaining power per product type of several manufacturers (test setup 1) Manufacturer 2 Manufacturer Product Type for each Manufacturer 5 % loss criteria Results test setup guides degradation pattern (Fig. 8) without Al-foil: strong concentration along the perimeter of the module with Al-foil: homogeneous electrode across module surface A few degraded cells may lead to high degradation (Fig. 9) cells may be arbitrarily distributed across the module cloudy EL-image (local shunting) of a cell typically beginning of degradation Discussion: statistical significance of HVST should be discussed needle in a haystack may be crucial to the result low current EL appropriate for qualitative statistical evaluation of progress of degradation Fig. 8: Typical degradation pattern for different test approaches; left: setup 1; right: setup2 normalized current / - (Ref. inital condition) 1,0 0,8 0,6 0,4 Initial n-type Post PID Test n-type 0,2 Initial p-type Post PID Test p-type 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 normalize voltage / - (Ref. initial condition) Fig. 10: Typical IV-curves for degraded n-type and p-type modules at V Recovery n-type cells show PID effect at negative bias with different degradation characteristic compared to p-type cells fast recovery after testing Discussion: How to deal with this type of behavior in terms of testing? Definition of time frame for characterization after HVST? e.g. Minimum waiting time before measurement Does it come with fast degradation during HVST? Bibliography Power Loss / % 4,5 % loss 5,7 % loss Fig. 9: Example where a few degraded cells with arbitrary distribution lead to rel. high performance los (8 A) 8A, intial 8A, post HVST 0.8 A, post HVST Fig. 11: Local shunting of solar cells leads to cloudy EL image of cells (here: power loss 15 %) Module 1 Module 2 Fig. 12: PID effect on modules with n-type cells + fast recovery at room temperature after completion of the test (same manufacturer) 3,2 % loss power loss after 48 h; 50 C; 50 % r.h., V - measurement carried out ~ 1 h after completion of test - module cooled down in chamber recovery at RT in the shelf Time after Completion of Test / h [1] S. Pingel et al., Potential Induced Degradation of Solar Cells and Panels, 35th IEEE PVSC, Honolulu, 2010, pp [2] V. Naumann, C. Hagendorf, S. Grosser, M. Werner, J. Bagdahn Micro Structural Root Cause Analysis of Potential Induced Degradation in c-si Solar Cells Energy Procedia, 27, 1 6 (2012) Celých 46% z 95 testovaných fotovoltaických modulů bylo pozitivních na PID! Fraunhofer institut, Německo 2012!

de Motivation High voltage stress conditions are identified as a crucial degradation problem for solar cells Degradation usually happens quickly (months), large scale and with high magnitude in terms

5 Elektroluminiscenční snímek panelu zasaženého PID V reálných podmínkách PID může snížit výkon FV modulů až o 70%. Pro celou elektrárnu to pak může představovat ztráty způsobené PID i více než 15% z celkového výkonu elektrárny.

70%. Pro celou elektrárnu to pak může představovat

6 PID - Nevysvětlitelný pokles výkonu Mnoho majitelů a provozovatelů fotovoltaických systémů řeší problém náhlé ztráty výkonu fotovoltaických panelů. Tato zdánlivě nevysvětlitelná ztráta výroby většinou souvisí s rozšířením PID na dané instalaci.

7 PID ztráta výkonu 9% Na elekroluminiscenčním snímku je vidět počínající degradace FV článků vlivem PID. V elektroluminiscenčním zobrazení se tento jev projevuje ztmavnutím FV článků převážně kolem rámu FV modulu. Počínající PID je příčinou změřeného poklesu výkonu FV panelu o cca 9%.

V elektroluminiscenčním zobrazení se tento jev projevuje ztmavnutím FV

8 PID - ztráta výkonu 36% Na elektroluminiscenčním snímku je vidět pokročilejší degradace FV článků vlivem PID. PID jsou zasaženy FV články téměř po celé ploše. U některých FV článků degradace pokročila natolik, že již neprodukují žádný výkon - černé články. PID má zásadní vliv na pokles výkonu FV panelu o více jak 36%

U některých FV článků degradace pokročila natolik, že již neprodukují žádný

9 PID ztráta výkonu 67% Na elektroluminiscenčním snímku je vidět velmi pokročilá degradace FV článků vlivem PID. Degradací jsou zasaženy FV články téměř na celé ploše. PID degradace je již tak pokročilá, že ztráta výkonu činí téměř 67%

Degradací jsou zasaženy FV články téměř na celé ploše.

10 Porovnání U/I charakteristik

11 Metodika EICERO PID Doctor 1. Detekce PID Používáme vlastní metodiku detekce PID problému. Nejdříve provedeme monitoring na FVE, vlastní měření je zásadní pro zjištění rozsahu PID a návrh léčebného plánu. 2. Léčebný plán a návrh řešení Dle výstupů z monitoringu a technické dokumentace FVE navrheneme léčebnou metodu a strategii léčení. Součástí je detailní cenová nabídka a nastavení garance úspěnosti léčení. 3. Aplikace léčení ve FVE Příprava technické dokumentace a instalace Eicero PID Doctor na FVE. Spuštění a monitoring léčení. Nezávislá diagnostika na měření přesných dat v průběhu léčení. 4. Měření výsledků a udržitelnost Vyhodnocení průběhu léčení. Nastavení technických podmínek provozu Eicero PID Doctor na základě nových standardních podmínek. Úprava místního provozního předpisu

Léčebný plán a návrh řešení Dle výstupů z monitoringu a technické dokumentace FVE navrheneme léčebnou metodu a strategii léčení.

12 EICERO PID Doctor typické schéma instalace na FVE

13 EICERO PID Doctor - verze! Mini! Midi! Utility! Test box! 0-33A! A! A! 0-20A, 0-33A!

14 EICERO PID Doctor Jde o soubor opatření od diagnostiky problému PID po instalaci certifikovaného regeneračního zařízení, které zastavuje degradaci panelů a vrací poškozeným panelům jejich původní vlastnosti.

15 Průběh léčení na FV panelech FV panel 1 FV panel 2 FV panel 3 FV panel 4!

16 Řešení EICERO PID Doctor zahrnuje: q q q q q q q q q Analýza stavu FVE - měření výchozího stavu FV panelů (snímkování IČ kamerou, U/I charakteristika (klasická nebo tmavá), elektroluminiscence) Návrh řešení - projekt Dodávka EICERO PID Doctor a ostatních NN komponent Instalace dle projektu Výchozí revize instalovaného řešení Dokumentace Prohlášení směrem k výrobcům FV panelů pro účely dodržení záručních podmínek Analýza stavu po léčení Měření stavu FV panelů po 2-12 měsících (snímkování IČ kamerou, U/I charakteristika, elektroluminiscence)

Instalace dle projektu Výchozí revize instalovaného řešení Dokumentace Prohlášení směrem k výrobcům FV panelů pro účely dodržení

17 Proč řešit problém PID v zimních měsících?! 1. Zajistit maximální výrobu již od jarních měsíců 2015 (3/15)!! 2. Diagnostika PID je možná i za nepříznivého osvitu tzv. tmavou metodou! 3. Měření, projekt, instalace PID Doctor trvá 1 až 3 měsíce podle topologie FVE, použitých FV panelů a instalovaného výkonu konkrétní FVE! 4. Výsledky eliminace PID po dnech!!

15 (3/15)!! 2. Diagnostika PID je možná i za nepříznivého osvitu tzv. tmavou metodou! 3.

18 Možnost zapůjčení testovacího EICERO PID Doctor na 30 dní ZDARMA.! Instalace na 1 až 4 stringy, podle kwp, max input 20A-33A! Měření U/I charakteristik testovaných FV panelů před instalací a po 30 dnech provozu!! Instalaci boxu, propojovací kabely a konektory,! měření U/I charakteristik a dopravu hradí zájemce.!

Měření U/I charakteristik testovaných FV panelů před instalací a po 30 dnech

19 Kontakty: EICERO s.r.o., BRNO - centrála Bohunická 133/50, Brno Ing. Michal Voráček, managing director, , michal.voracek@eicero.cz Ing. Martin Lahký, project manager, , martin.lahky@eicero.cz Mgr. Aleš Řiháček, MBA, business development manager, , ales.rihacek@eicero.cz Ing. Dalibor Žák, business development manager, , dalibor.zak@eicero.cz EICERO s.r.o., PRAHA - pobočka Čechy Vodičkova 791, Praha 1 Miloslav Brožek, business development manager, , miloslav.brozek@eicero.cz Jaroslav Starý, junior business representative, , jaroslav.stary@eicero.cz

Dalibor Žák, business development manager, +420 733 166 949, dalibor.zak@eicero.cz EICERO s.r.o., PRAHA - pobočka Čechy Vodičkova 791, 110 00 Praha 1 www.eicero.cz Miloslav Brožek, business development manager, +420 774 892 999, miloslav.

Podobné dokumenty

TREATMENT OF PID AFFECTED PV MODULES. ACTIVE PREVENTION DURING THE DEVELOPMENTAND MANUFACTURING OF PV MODULES.

TREATMENT OF PID AFFECTED PV MODULES. ACTIVE PREVENTION DURING THE DEVELOPMENTAND MANUFACTURING OF PV MODULES. ELIMINATION OF PID IN A PRACTICE APPLICATION. Josef Hylský, Dávid Strachala, Jiří Vaněk Vznik