Wat is PID?

Potential Induced Degradation

PID, oftwel potential induced degradation, is een fenomeen dat cellen van pv-modules aantast. Het is een proces dat reeds enkele jaren na indienstname een versnelde degradatie in rendement veroorzaakt die exponentieel uitbreidt. PID treedt op naast de normale degradatieprocessen door veroudering, die geleidelijk verlopen.

PV-SYSTEEM DEGRADATIE

Het detecteren van PID op een PV-systeem -door het vergelijken van outputdata- is moeilijk, aangezien de zoninstraling afhankelijk is van de plaats en periode waar (binnen) gemeten wordt. Over het algemeen zal de Performance Ratio (PR) van een PV-park dalen met 2,5% tot 30% wanneer PID optreedt.


OPWEKKEN VAN ELEKTRICITEIT EN ZONNECELLEN

Om PID te kunnen begrijpen, is het goed om eerst kort stil te staan bij de vraag hoe elektriciteit door zonnepanelen wordt opgewekt.

Een zonnepaneel is opgebouwd uit afzonderlijke fotovoltaïsche cellen. Elk van deze cellen wekt stroom op uit het opgevangen zonlicht. Dit is technisch mogelijk door de combinatie van 2 halfgeleidermaterialen die intern een elektrisch veld creëren door ladingen uit te wisselen.

Het invallend zonlicht zorgt ervoor dat de elektronen uit hun positie komen. Vervolgens vloeien deze elektronen langs de contacten en ontstaat (groene) stroom.


PID: STORING BIJ ELEKTRICITEITSOPWEKKING

Bij PID wordt dit proces verstoord door de aanwezigheid van elektrische ladingdragers waarbij vooral de natrium ionen van het glas naar de zonnecel en pn-verbinding verplaatst zijn.

Actieve zonnecelen die een negatief potentiaal hebben ten opzichte van grond, hebben dit negatief potentiaal ook ten opzichte van het geaarde montagesysteem. Door het potentiaalverschil verplaatsen ladingen zich doorheen de materialen van de PV-module. Deze verplaatsing vindt typisch plaats vanuit de glasplaat, doorheen de EVA encapsulant en de ARC (Anti-Reflective Coating), naar de cel.

Deze elektrische ladingen hebben een sterke negatieve invloed op de werking van de PV-cel. Hierdoor wekt de zonnecel minder elektriciteit op dan wanneer er geen PID-effect aanwezig is.

Afbeelding: Verplaatsing van ladingen vanuit de glasplaat, doorheen de EVA encapsulant en de ARC (Anti-Reflective Coating), naar de cel.


STERKTE VAN HET PID-EFFECT

PID-effect bij individuele PV-module

Op een individuele PV-module komt het PID-effect sterker voor bij de cellen die zich aan de rand bevinden (dichter bij het aluminium frame). Het PID-effect is minder sterk bij cellen in het midden van de module.

PID-effect bij string PV-modules

Het PID-effect komt binnen een string PV-modules sterker voor bij panelen die zich dichter aan de negatieve kant van de string bevinden. Daar is het negatieve potentiaal ten opzichte van de grond immers het grootst.

Oorzaak van PID

PID wordt veroorzaakt door het hoge potentiaalverschil ten opzichte van de grond. Dit ontstaat binnen de panelen als het PV-systeem in werking is. Een typische PV-module levert normaal ongeveer 30 V. Een serieschakeling van panelen levert dus een veelvoud hiervan.

Deze overeenkomstige DC spanning wordt door de omvormer omgezet in een AC spanning, bruikbaar op het elektriciteitsnet. De verdeling van de spanning ten opzichte van grond alsmede het potentiaal op de PV-modules in werking wordt bepaald door het design van de omvormers en het elektriciteitsnet.

Verdeling potentiaal door omvormer


Belangrijkste factoren van PID

Het is pas sinds enkele jaren duidelijk geworden dat PID een ernstige bedreiging vormt voor de performantie van PV-systemen. Over tijd zijn alle zonnepanelen gevoelig aan de blootstelling van een groot negatief potentiaal. De belangrijkste factoren die bepalen in welke mate uw PV-installatie geïnfecteerd is door PID zijn:

  • Connector.

    PV-cellen

    De structuur van de cel zelf heeft invloed op het PID-proces. Dit komt door de dichtheid van de ladingdrager van het gebruikte silicium en de chemische samenstelling van de ARC (Anti Reflective Coating) laag op de cel.

  • Connector.

    PV-module

    De gebruikte materialen spelen een rol. Hiertoe behoren onder andere de chemische samenstelling van het gebruikte glas en de EVA waarin de PV-cellen geïncapsuleerd zijn.

  • Connector.

    Configuratie van PV-systeem

    Het maximale negatieve potentiaal waaraan de PV-cellen onderhevig zijn speelt een belangrijke rol. Deze hangt af van het aantal panelen per string, het type omvormer en de aarding van het PV-veld.

  • Connector.

    Timing

    Het PID-effect is voor zonneparkeigenaars niet onmiddellijk duidelijk. Ook de impact op de output van het PV-systeem is niet altijd meteen zichtbaar. Een PID Check is daarom de beste garantie op het vroegtijdig ontdekken van PID.

  • Connector.

    Externe factoren

    Externe factoren die PID mee doen ontstaan zijn onder andere vochtigheid en temperatuur.

PID Detectie

via online monitoring

PID detecteren op een PV-systeem gebeurt in de praktijk best via het online monitoring systeem. De werkingsspanningen (Vmpp of DC Voltage) vergelijk je best op een dag met een goede instraling en bij omvormers met eenzelfde stringconfiguratie.

Als je hier een figuur van maakt zie je doorheen de dag volgend effect bij een PV-systeem met PID in een gevorderd stadium:

In principe liggen de werkingsspanningen per omvormer -bij gelijke stringconfiguratie- op een vergelijkbare curve. PID is in de praktijk een willekeurig proces, met een andere impact per cel, paneel en string. Bijgevolg vind je PID meer terug op de ene omvormer dan op de andere. Dit geeft een breed spectrum aan werkingsspanningen op een homogeen veld wat resulteert in verschillende outputs per omvormer.

Het is ook mogelijk niet de werkingsspanning maar de open circuitspanning plaatselijk te meten. Bij een groot verschil tussen twee gelijkaardige strings kan eveneens PID besloten worden.

OP CEL-, STRING- EN PANEELNIVEAU

PID detectie op celniveau

PID vaststellen op celniveau gebeurt typisch in laboratoriumomstandigheden. De PV-module wordt er onderworpen aan een elektro-luminentie (EL) test. Hierbij wordt er een stroom doorheen het paneel gestuurd en wordt het uitgestraalde (infra-rood) licht waargenomen. Onderstaande afbeelding geeft de toestand vóór en na het PID-effect weer. Bij deze test zal een paneel met PID een typisch dambordpatroon vertonen waarbij vooral de cellen aan de buitenzijde (dichtbij het frame) minder oplichten. De reden hiervoor is dat de diodewerking van de cellen is geïmpacteerd.

PID detectie op stringniveau

Bij detectie op stringniveau is er een duidelijk verschil zichtbaar tussen het begin en einde van de string van panelen, met een gradiënt in het EL-beeld over de hele string. Een typisch, willekeurig dambordpatroon wordt zichtbaar bij panelen die het dichtst bij de negatieve zijde liggen.

PID detectie op paneelniveau

Indien PID optreedt op celniveau, heeft dit invloed op de performantie van de PV-module. Concreet uit zich dit in een verschuiving van de IV-curve, waar het Maximum Power Point (MPP) van de module naar omlaag verschuift. Bijgevolg gebeurt het omzetten van invallend zonlicht naar elektriciteit minder efficiënt.

HOE PID OPLOSSEN / VOORKOMEN?

Pidbull is de gepatenteerde oplossing van Edison Energy.

Indien u het zekere voor het onzekere wil nemen, kunt u van de preventieve werking van Pidbull genieten. Op die manier voorkomt u dat uw rendement ooit door PID zou verlagen.

Daarnaast kunt u Pidbull ook gebruiken om de mate van PID op uw PV-installatie te testen. Pidbull lost het probleem op en uw zonnepanelen bereiken opnieuw hun maximale rendabiliteit.


MAAK KENNIS MET PIDBULL