¿Hay alguna manera de evitar la posible degradación inducida en paneles de silicio amorfo de película delgada mientras se usa un inversor sin transformador?

Answer 1

¡Guauu! Esta es una de las mejores preguntas que he encontrado. Trataré de explicar esto en las palabras más simples que pueda. Antes de saltar a las soluciones, permítanme comenzar con la introducción de la degradación inducida potencial (PID)

(Lo siento, el artículo es grande, pero tenía que tener tanta información. Y si necesita más ayuda, comuníquese conmigo)

Posible degradación inducida (PID)

La degradación inducida por PID o potencial es un problema que ocurre en muchos paneles fotovoltaicos cuando están expuestos a un voltaje negativo a tierra. En los modelos existentes, el PID se debe a los altos voltajes que obligan a los iones de sodio a difundirse desde el vidrio a través del encapsulado y la acumulación en la superficie de la célula. Esto aumenta la recombinación de la superficie, lo que lleva a un aumento de la derivación local, y también produce caídas en el factor de relleno. La mayoría de los módulos en el lado negativo se ven más afectados. En el módulo afectado por PID, la alta diferencia de potencial entre las celdas y el marco causa un efecto de polarización que conduce a un aumento de la corriente de fuga, desde la superficie de la celda a través de la encapsulación y el vidrio, que se descarga al suelo.

Tipos de PID

Hay dos tipos de PID existentes: –

• No reversible: – Observado principalmente en películas delgadas, debido a reacciones electroquímicas que conducen a la electro-corrosión del óxido conductor transparente (TCO).
• Reversible: – Polarización de superficie.

La polarización de la superficie es la acumulación de cargas positivas en la célula solar, lo que aumenta las corrientes de fuga. La cantidad de corriente de fuga depende de la configuración de puesta a tierra del conjunto solar. La carga acumulada obstaculiza la capacidad de generación de células solares. Sin embargo, las cargas acumuladas pueden controlarse y revertirse y también prevenirse tomando las precauciones necesarias a nivel de celda, encapsulado y módulo.

Niveles

Las condiciones para la ocurrencia de PID se resumen en estos niveles:

• Factores medioambientales: debido a que se sabe que la humedad relativa y la temperatura afectan negativamente el rendimiento de la planta fotovoltaica en general, las porciones de los protocolos de prueba de módulos de Underwriters Laboratories (UL) y de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) involucran calor húmedo, ciclos de temperatura y congelación / descongelación ciclismo. Estos mismos factores ambientales también afectan la PID, y la degradación se acelera por el aumento de la temperatura y / o la humedad relativa. Es interesante observar que si bien las altas temperaturas causan un aumento en el efecto de degradación causado por PID, también se ha demostrado que las altas temperaturas facilitan la regeneración de los módulos para reducir la PID. Debido a que el operador puede hacer poco o nada para cambiar el entorno de la planta fotovoltaica, el PID se comprende y aborda mejor examinando el sistema y sus módulos.
• Factores del sistema: – En el nivel del sistema, los impactos más significativos son el potencial de voltaje y la señal del módulo, que dependen tanto de la posición del módulo en la matriz como de la topología de conexión a tierra del sistema. Existen numerosas consideraciones que afectan la clasificación del sistema y del inversor, pero para los propósitos de PID, los inversores pueden clasificarse en función del voltaje experimentado por las matrices. A continuación se muestran las cuatro clasificaciones básicas posibles. Muestra que el potencial de voltaje de la matriz puede variar según la topología de conexión a tierra. El PID se asocia con mayor frecuencia a un potencial de voltaje negativo a tierra, aunque SunPower ha documentado los problemas derivados de una referencia positiva a tierra. Sin embargo, “[m] cualquier año de experiencia con numerosos sistemas proporciona una respuesta clara y tranquilizadora: para paneles con células solares cristalinas, no hay interrelación entre la degradación potencial del panel y el principio del inversor utilizado”. Investigaciones adicionales han revelado que, “[ a] n la interpretación de la dependencia del voltaje puede ser efectos capacitivos. La migración iónica causada por una cierta fuerza eléctrica de acuerdo con un voltaje aplicado conduce a una saturación de carga eléctrica que mantiene todas las fuerzas en equilibrio termodinámico. Estas cargas eléctricas influyen en los enlaces adecuados de semiconductores … [independientemente del nivel de voltaje en sí mismo, los procesos de degradación de los módulos se estabilizan en ciertos niveles que parecen ser característicos de cada tipo de módulo ”. Se necesitará más investigación para comprender el impacto de los niveles más altos. voltajes de matriz en PID. Estados Unidos está comenzando a adoptar matrices de 1000 V, y en toda la industria el uso de matrices de 1500 V e incluso de 2000 V se está considerando como un medio para reducir los costos del sistema en grandes plantas fotovoltaicas comerciales y de gran escala. La resistencia al PID será cada vez más crítica a medida que aumenten los voltajes de la matriz. Una teoría, por ejemplo, postula que en matrices de 1500V o más, un alto potencial positivo es capaz de causar nuevos mecanismos de falla.

• Factores del módulo: – Se ha demostrado que la elección de las barreras de vidrio, encapsulación y difusión tienen un impacto en PID. Para el vidrio frontal, varios estudios han demostrado que el sodio exhibe un factor causal. Según un estudio, “para que se produzca el efecto, se necesita un ingrediente contenido en el vidrio de soda-cal pero no en el vidrio Quar tz. Se sugirió que esta especie podría ser sodio. [5] Si bien el sodio es el principal sospechoso debido a su disponibilidad y alta movilidad, “el aluminio, el magnesio y el calcio están presentes en menor concentración en el vidrio de soda-cal, pero no en el vidrio de cuarzo, y podrían contribuir a la diferencia”. para encapsular módulos tienen vínculos apropiados significativamente diferentes, y se ha demostrado que estos tienen un efecto igualmente significativo sobre PID: “EVA [acetato de etileno y vinilo] también parece jugar un papel vital en PID ya que todos los diferentes sustitutos pudieron prevenir PID. Se propuso que este hallazgo podría estar relacionado con diferencias en la conductividad. Además, el ácido acético contenido en EVA junto con la humedad podría ser responsable de la disolución de iones metálicos en la interfaz de vidrio, conocida como “corrosión del vidrio”. Los resultados indican que el PID está asociado con un proceso de transporte a través de la interfaz entre el vidrio y el EVA, así como a través de la interfaz entre el EVA y la superficie celular ”. Otra prueba indicó que las muestras de módulo laminadas con butiral de polivinilo (PVB) muestran la mayor susceptibilidad a PID PVB tiene una resistencia muy baja a la intrusión de humedad, y más humedad aumenta la conductividad. Se ha demostrado que otros encapsulantes que tienen lazos de permeabilidad a la humedad superiores en comparación con EVA reducen la susceptibilidad a la PID: “El uso de materiales alternativos también se recomienda en base al hecho de que las corrientes de fuga en el módulo pueden, en principio, reducirse mediante el uso de un material de encapsulación que es impermeable a los portadores de carga “. Se ha demostrado que el uso de dióxido de silicio como barrera de difusión de sodio entre el vidrio y las partes eléctricamente activas del semiconductor funciona bastante bien para prevenir la PID, pero esa barrera no es inmune al” pin “agujero” gotea. Además, la ablación con láser del contacto frontal para aplicaciones de película delgada puede dejar espacios en la capa de barrera, lo que puede volverse problemático sin los pasos posteriores al procesamiento para llenar estos espacios.
• Nivel celular: – El factor principal que influye en la resistividad PID a nivel celular es el índice de refracción del ARC en la célula, la homogeneidad del ARC y también en la relación Si a N de ARC (SiNx).

Detección

• Voltaje de circuito abierto: – Cuando un módulo se ve afectado por PID, su voltaje de circuito abierto puede ser menor que el esperado. Esto se debe a que la reducción de la resistencia de derivación puede reducir el voltaje de circuito abierto. Pero esta reducción solo se nota cuando el efecto de PID es alto.
• Curva IV: la prueba típica para saber si un módulo está libre de PID es medir su característica IV con un trazador electrónico. Por la forma de una curva IV, uno puede detectar fácilmente la presencia de PID. El Pmax es más plano que cuadrado.

• Imágenes de electroluminiscencia: – La imagen de electroluminiscencia se puede utilizar para detectar fácilmente el PID en el módulo. Esto se hace con una cámara CCD, mientras que el módulo está polarizado con una fuente de corriente y sin luz solar. Un módulo libre de PID tiene una imagen de electroluminiscencia con todas sus células del mismo brillo, mientras que un módulo afectado por PID tiene algunas células oscuras (debido a la derivación de las células causadas por iones Na). La degradación de los módulos en la cadena muestra el patrón, con el lado negativo más afectado y el lado positivo menos afectado.

Prevención

Nivel del sistema

• Planta operativa a menos de 500Vcc de voltaje del sistema.
• Para el inversor basado en transformador: – El efecto PID se puede evitar conectando a tierra la cadena negativa, en consulta con el fabricante del inversor.

• Inversor sin transformador: – El inversor sin transformador es más ligero, más barato y más eficiente. Sin embargo, en ausencia de aislamiento galvánico entre el lado de CA y CC, no podemos hacer una conexión a tierra negativa de CC. Sin embargo, incluso para tales inversores hay tecnologías disponibles por el fabricante líder de inversores, como podemos proporcionar una solución de recuperación como la caja de compensación de PV de SMA, o el inversor de inversor sin transformador preventivo PID de Omron.

Nivel de módulo

• Reducción de la acumulación de agua en el módulo para evitar fugas.
• Se pueden explorar nuevas tecnologías en vidrio, como vidrio de cuarzo, vidrio a base de potasio de AIS.
• Más la resistividad de encapsular, mejor el rendimiento contra PID. En la actualidad, varios laboratorios líderes de investigación solar en todo el mundo introducen alternativas para encapsular, como la poliolefina, los inómeros, etc.

Nivel celular

• Se supone que el recubrimiento antirreflectante (AR) de la célula está en el rango particular. Tiene que haber un compromiso en el ancho de la capa ARC, ya que demasiado puede aumentar la resistividad PID, sin embargo, reducir la transitividad de la luz y viceversa.

Recuperación

• Recuperación de calor: La recuperación de los paneles PID por temperatura, almacenando los paneles PID a alrededor de 100 ° C durante 10 horas conduce a una recuperación cercana al 100% (dependiendo de la condición del módulo). Aunque este es un proceso más rápido, el procedimiento de recuperación a alta temperatura está estresando el panel y sus materiales y, por lo tanto, puede afectar la estabilidad a largo plazo.
• Voltaje de polarización: – Los módulos están bajo tensión positiva (+) también ayuda a recuperar su energía perdida.

• Cuadro de compensación de PV por SMA: – Después de la puesta del sol, el cuadro de compensación de PV eleva todo el conjunto de PV a un alto potencial positivo (entre +400 V y +1,000 V a tierra). Esto ayuda a revertir el efecto de polarización que ocurrió durante la operación. Esto puede ayudar a una recuperación más rápida de la matriz FV afectada por PID.

Conclusión

1. Como solo EE. UU. Usa un inversor de transformador, y el Reino Unido e India usan un inversor sin transformador, es importante que estos países resuelvan PID.
2. La detección de PID mediante pruebas como se mencionó anteriormente en función de las condiciones y la salida de dicho módulo, matriz o planta es importante. Se sugiere al menos hacer que la planta solar pruebe uno en un año para tal efecto
3. Ahora para su pregunta (finalmente): como se mencionó anteriormente (en negrita), el PID en módulos solares de película delgada es irreversible, sin embargo, una detección temprana podría cambiar las cosas y una de las soluciones mencionadas anteriormente podría usarse según sus condiciones.

Fuentes

1. http://www.waaree.com/documents/…
2. http://files.sma.de/dl/7418/PID-…
3. http: //solarenergy.advanced-ener…

Para obtener más ayuda o información sobre este tema, puede comunicarse conmigo en la sección de comentarios. Espero que esto haya sido útil.

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