WAS IST PID?

POTENTIALINDUZIERTE DEGRADATION

PID (Potential Induced Degradation = potentialinduzierte Degradation) ist ein Phänomen, das die Zellen von PV-Anlagen angreift. Es ist ein Prozess, der bereits wenige Jahre nach der Installation auftritt. PID verursacht eine beschleunigte Verschlechterung der Leistung, die exponentiell zunimmt.

PV-SYSTEM-DEGRADATION

Die Detektion von PID bei einem PV-System durch den Vergleich von Output-Daten ist schwierig, da die Sonneneinstrahlung von dem Ort und dem Zeitraum der Messung abhängig ist. Im Allgemeinen nimmt die Performance Ratio (PR) eines PV-Parks beim Auftreten von PID um 2,5 % bis 30 % ab.


ERZEUGUNG VON ELEKTRIZITÄT MIT SOLARZELLEN

Um PID verstehen zu können, ist es wichtig zu wissen, wie Elektrizität normalerweise durch Solarpaneele erzeugt wird.

Ein Solarpaneel besteht aus einzelnen Photovoltaikzellen. Jede dieser Zellen generiert aus dem aufgefangenen Sonnenlicht Elektrizität.

Das ist technisch durch die Kombination von zwei Halbleitermaterialien möglich, die intern ein elektrisches Feld erzeugen, indem sie Ladungen austauschen.

Das einfallende Sonnenlicht bringt Elektronen aus ihrer Position. Diese Elektronen fließen anschließend an den Kontakten entlang und erzeugen (grünen) Strom.


PID: STÖRUNG DER ELEKTRIZITÄTSERZEUGUNG

Wenn PID auftritt, wird dieser Prozess durch elektrische Ladungsträger gestört, wobei vor allem Natriumionen vom Glas zur Solarzelle und der PN-Verbindung verschoben werden.

Aktive Solarpaneele, die gegenüber der Erde ein negatives Potential haben, haben dieses negative Potential auch gegenüber dem geerdeten Montagesystem. Aufgrund dieser Potentialdifferenz verschieben sich Ladungen durch die Materialien des PV-Moduls. Diese Verschiebung erfolgt normalerweise von der Glasplatte aus durch die EVA-Verkapselung und die ARC (Anti-Reflective Coating = Anti-Reflex- Beschichtung) zur Zelle.

Diese elektrischen Ladungen haben einen starken negativen Einfluss auf die Leistung der PV-Zelle. Dadurch erzeugt die Solarzelle beim Auftreten von PID weniger Elektrizität.

Abbildung: Verschiebung von Ladungen von der Glasplatte aus durch die EVA-Verkapselung und die ARC (Anti-Reflective Coating = Anti-Reflex-Beschichtung) zur Zelle.


STÄRKE DES PID-EFFEKTS

PID-Effekt in einem einzelnen PV-Modul

In einem einzelnen PV-Modul ist der PID-Effekt stärker in Zellen, die sich am Rand befinden (näher am Aluminiumrahmen). Der PID-Effekt ist weniger stark bei Zellen, die sich in der Mitte des Moduls befinden.

PID-Effekt in String-PV-Modulen

In einem String von PV-Modulen ist der PID-Effekt bei Paneelen stärker, die sich näher an der negativen Seite des Strings befinden. Dort ist das negative Potential gegenüber der Erde am größten.

Ursache

PID wird durch die hohe Potentialdifferenz gegenüber der Erde verursacht. Dies tritt innerhalb der Paneele auf, wenn das PV-System in Betrieb ist. Ein typisches PV-Modul produziert normalerweise 30 V. Eine Serienschaltung von Paneelen liefert somit ein Vielfaches dessen.

Der Wechselrichter verwandelt diese DC-Spannung in eine AC-Spannung, die für das Elektrizitätsnetz verwendet werden kann. Die Verteilung der Spannung gegenüber der Erde sowie das Potential der sich in Betrieb befindenden PV-Module werden durch die Konstruktion des Wechselrichters und des Elektrizitätsnetzes bestimmt.

Verteilungspotential

durch Wechselrichter


SCHLÜSSELFAKTOREN VON PID

Es ist erst vor einigen Jahren deutlich geworden, dass PID für die Leistung von zahlreichen PV-Systemen eine ernsthafte Bedrohung darstellt. Die wichtigsten Faktoren, die bestimmen, in welchem Maße ein System von PID betroffen ist, sind:

  • Connector.

    PV-Zellen

    Es gibt Anzeichen dafür, dass viele Zellentypen gegenüber der Aussetzung eines großen negativen Potentials empfindlich sind. Die Struktur der Zelle selbst hat Einfluss auf den PID-Prozess. Grund dafür sind die Dichte des Ladungsträgers des verwendeten Siliziums und die chemische Zusammensetzung der ARC (Anti-Reflective Coating = Anti-Reflex- Beschichtung).

  • Connector.

    PV-Modul

    Die verwendeten Materialien spielen ebenfalls eine Rolle. Dazu zählen u. a. die chemische Zusammensetzung des verwendeten Glases und des EVA, in das die PV-Zellen eingekapselt sind.

  • Connector.

    Konfiguration des PV-Systems

    Das maximale negative Potential, dem die PV-Zellen unterliegen, spielt eine wichtige Rolle. Dieses hängt von der Anzahl der Paneele pro String, dem Wechselrichtertyp und der Erdung des PV-Feldes ab.

  • Connector.

    Timing

    Für die Betreiber von PV-Anlagen sind weder der PID-Effekt noch die Auswirkung auf den Output unmittelbar deutlich. Deshalb ist ein PID-Check die beste Garantie, um PID frühzeitig zu entdecken.

  • Connector.

    Externe Faktoren

    Externe Faktoren, die zur Entstehung von PID beitragen, sind u. a. Feuchtigkeit und Temperatur.

PID DETEKTION

via ONLINE-ÜBERWACHUNG

Am besten lässt sich PID bei einem PV-System über Ihr Online-Monitoring-System ermitteln. Die Betriebsspannungen (Vmpp oder DC-Spannung) lassen sich am besten an einem Tag mit guter Einstrahlung und bei Wechselrichtern mit derselben String-Konfiguration vergleichen.

Die folgende Grafik zeigt, wie PID in einem fortgeschrittenen Stadium während des Tages aussieht:

Bei gleichen String-Konfigurationen liegen die Betriebsspannungen pro Wechselrichter im Prinzip auf einer vergleichbaren Kurve. In der Praxis ist PID ein willkürlicher Prozess, mit einer unterschiedlichen Auswirkung pro Zelle, Paneel und String. Somit tritt PID bei einigen Wechselrichtern intensiver auf als bei anderen. Es lässt sich ein breites Spektrum an Betriebsspannungen ermitteln, was in unterschiedlichen Outputs pro Wechselrichter resultiert.

Anstatt der Betriebsspannung können Sie auch die Leerlaufspannung messen. Ein großer Unterschied zwischen zwei gleichartigen Strings ist ein eindeutiges Anzeichen dafür, dass PID vorhanden ist.

AUF ZELLEN-, STRING- UND PANEELEBENE

PID-Detektion auf Zellenebene

Die Detektion von PID auf Zellenebene erfolgt normalerweise unter Laborbedingungen. Das PV-Modul wird dann einem Elektrolumineszenz-Test (EL) unterzogen. Dabei wird ein Strom durch das Paneel geschickt und das ausgestrahlte Licht (infrarot) beobachtet. Die Abbildung unten zeigt den Zustand vor und nach dem PID-Effekt. Bei diesem Test wird ein Paneel mit PID ein typisches Schachbrettmuster aufweisen, wobei vor allem die Zellen an der Außenseite (nahe beim Rahmen) weniger stark aufleuchten, da die Diode dieser Zelle betroffen ist.

PID-Detektion auf String-Ebene

Bei der Detektion von PID auf String-Ebene ist ein deutlicher Unterschied zwischen dem Beginn und dem Ende des Strings der Paneele wahrnehmbar, mit einem Gradienten im EL-Bild über den gesamten String. Bei den Paneelen, die der negativen Seite am nächsten liegen, wird ein typisches willkürliches Schachbrettmuster sichtbar.

PID-Detektion auf Paneelebene

Wenn PID auf Zellenebene auftritt, hat dies Einfluss auf die Leistung des PV-Moduls. Dies resultiert eindeutig in einer Verschiebung der IV-Kurve, wo sich der Maximum Power Point (MPP = Maximal-Leistungspunkt) des Moduls nach unten verschiebt. Somit erfolgt die Umwandlung des einfallenden Sonnenlichts in Elektrizität weniger effizient.

WIE PID VERMEIDEN/BEHEBEN?

Pidbull ist die patentierte Lösung von Edison Energy.

Im Zweifelsfall können Sie mit Pidbull testen, in welchem Maß PID in Ihrem Solarpark vorhanden ist. Pidbull löst dann das Problem und gewährleistet den höchstmöglichen Output.

Wenn Sie absolut sichergehen möchten, können Sie von der präventiven Wirkung von Pidbull profitieren. In diesem Fall werden Sie dank Pidbull keine Ertragseinbußen haben.


PIDBULL KENNENLERNEN