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Photovoltaik-PID: Potenzial-induzierte Degradation

Photovoltaik-PID ist ein Phänomen der potenzial induzierten Degradation von Photovoltaik-Modulen, das durch Spannungsunterschiede verursacht wird. Informieren Sie sich über die Ursachen und wie man sie verhindern kann

Photovoltaik-PID (potential induced degradation) ist ein elektrisches Phänomen, das zu einem Leistungsverlust bei Photovoltaikmodulen führt. Dieses Phänomen tritt im Laufe mehrerer Monate oder sogar Jahre auf und wird zu Beginn der Lebensdauer der Anlage oft übersehen, während es in den späteren Betriebsphasen immer lästiger wird, zumal die Ursachen nicht immer leicht zu finden sind.

Die Auswirkungen von PID können reversibel oder irreversibel sein. Diese Leistungsabbaueffekte des Moduls und des Systems können zu erheblichen Änderungen des Geschäftsplans der Anlage führen. Insbesondere wurden Fälle von PID festgestellt, die zu einer Reduzierung der gelieferten Leistung um bis zu 70% in weniger als einem Jahr geführt haben.

Es ist daher unerlässlich, die Photovoltaikanlage kontinuierlich zu überwachen, um die ersten Anzeichen von Leistungsabbau im System zu erkennen. Zu diesem Zweck können Sie zur wirtschaftlichen Analyse der tatsächlichen Rentabilität der Anlage eine Photovoltaik-Planungssoftware verwenden.

Lassen Sie uns im Detail untersuchen, was PID bei Photovoltaik verursacht, welche Auswirkungen es hat und welche Strategien es zur Identifizierung und Verhinderung gibt.

Effizienz Photovoltaiksystem - Software Solarius PV

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Was ist PID in der Photovoltaik?

PID steht für potential induced degradation und bedeutet übersetzt so viel wie potenzialinduzierte Degradation. Es handelt sich dabei um die Verschlechterung des photovoltaischen Effekts und damit um die Leistungsverminderung der Photovoltaikzellen.

Der durch das Potenzial induzierte Abbau ist auf einen hohen Potenzialunterschied zwischen dem Halbleitermaterial (Zelle) und anderen Teilen des Moduls (Glas, Träger oder Aluminiumrahmen) zurückzuführen. Dieser Potenzialunterschied erzeugt einen Stromverlust, der zur Migration von negativen und positiven Ionen führt.

Die negativen Ionen treten durch den Aluminiumrahmen aus, während die positiven Ionen (Natriumionen) an der Oberfläche der Zelle wandern. Diese verunreinigen die Zelle und reduzieren ihren photovoltaischen Effekt, was zu Leistungsverlusten führt.

Dieses Phänomen betrifft sowohl Module mit kristallinen Zellen als auch solche mit Dünnschichtzellen und hängt stark von der Konstruktion und den verwendeten Materialien im Panel ab, auch aufgrund von Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit, die für eine schnellere Defektentwicklung entscheidend sind. Es hängt auch von der Zeit ab und kann bereits in den ersten Lebensmonaten eines Panels auftreten.

Der PID führt hauptsächlich zu zwei Arten von Degradation:

  • reversibel (Polarisation): gekennzeichnet durch das Vorhandensein von Streuströmen durch das Einbettungsmaterial, den Rahmen und das Frontglas. Es ist besonders bei Modulen am Ende der Strings (in der Nähe des negativen Pols) deutlich sichtbar. Der Leistungsverlust in diesen Modulen kann in wenigen Jahren sogar bis zu 70% betragen;
  • irreversibel (Elektrokorrosion der TCO-Schicht): gekennzeichnet durch die Wechselwirkung zwischen dem Rahmen und der Feuchtigkeit. Der durch PID verursachte Streustrom führt zu einer elektrochemischen Reaktion zwischen den zuvor genannten Elementen, was zu einem Korrosionsphänomen führt. Logischerweise ist dies ein Problem, da durch die Verringerung der Leitfähigkeiten die Modulleistung beeinträchtigt wird. Um dieses Problem zu vermeiden, müssen entweder die Rahmenmaterialien geändert oder ein Wechselrichter mit galvanischer Trennung verwendet werden.

Ursachen des PID-Effekts

Die Ursachen für das Auftreten des PID-Effekts bei Photovoltaik umfassen verschiedene Faktoren wie:

  • Zellqualität: Die Qualität der Photovoltaikzellen kann das Auftreten des PID-Effekts beeinflussen, da Zellen minderer Qualität anfälliger für Degradation sein können;
  • Modultyp: Die Wahl des Einbettungsmaterials und des Glases hat einen starken Einfluss darauf, wie leicht sich Ionen im Modul bewegen können;
  • Dielektrische Eigenschaften des Glases: Die dielektrischen Eigenschaften des Glases, das in den Photovoltaikmodulen verwendet wird, können zum Auftreten des PID-Effekts beitragen, da sie die Widerstandsfähigkeit des Einbettungsmaterials und die Streuströme beeinflussen;
  • Modulspannung: Die Spannung, der das Photovoltaikmodul ausgesetzt ist, kann ein entscheidender Faktor für das Auftreten des PID-Effekts sein, da die negative Spannung zwischen den Modulzellen und dem mit der Erde verbundenen Rahmen die Leistung beeinträchtigen kann;
  • Umweltfaktoren: Hohe Feuchtigkeits- und Temperaturwerte können das Auftreten des PID-Effekts begünstigen, da sie die Widerstandsfähigkeit des Einbettungsmaterials beeinflussen und die Streuströme erhöhen können.

Methoden zur Erkennung des PID-Effekts

Es gibt hauptsächlich zwei Methoden zur Erkennung des PID-Effekts:

  • Vermessung der I-V-Kurven der Photovoltaikmodule;
  • Elektrolumineszenz-Verfahren (EL) der Photovoltaikmodule, bei denen eine Degradierung durch PID vermutet wird.

Elektrolumineszenz-Verfahren

Der Outdoor-Elektrolumineszenz-Verfahren zur Erkennung des PID-Effekts bei Photovoltaik besteht darin, eine gesamte String von Photovoltaikmodulen gleichzeitig mit einer Infrarot-Wärmebildkamera zu visualisieren. Diese Methode ermöglicht es, die verschiedenen Emissionsniveaus der Solarzellen zu beobachten und mögliche Anomalien oder Probleme wie das Vorhandensein des PID-Effekts zu identifizieren.

In der Praxis ist die Elektrolumineszenz eine Technik, die es ermöglicht, die von den Photovoltaikmodulen emittierte Helligkeit zu analysieren, wenn sie einer elektrischen Spannung ausgesetzt sind, um beschädigte oder von PID betroffene Bereiche zu identifizieren.

Erhebung der I-V-Kurven der Photovoltaikmodule

Die Erhebung der I-V-Kurven der Photovoltaikmodule besteht darin, die I-V-Charakteristik der Module zu messen, d.h. die Beziehung zwischen dem elektrischen Strom und der von den Modulen erzeugten Spannung. Diese Analyse ermöglicht es, mögliche Anomalien oder Probleme wie eben das Vorhandensein des PID-Effekts zu identifizieren.

Die Messung der I-V-Kurve hilft dabei, die Leistung und Isolierung der Module zu bestimmen und detaillierte Informationen über die Gesundheit und Leistung der Solarmodule bereitzustellen. Auf diese Weise können Experten Energieverluste identifizieren und Probleme im Zusammenhang mit dem PID-Effekt diagnostizieren, um rechtzeitig eingreifen und die optimale Leistung der Solaranlagen aufrechterhalten zu können.

Wie kann der PID-Effekt bei Photovoltaik verhindert werden?

Um den PID-Effekt bei Photovoltaik zu verhindern, sind einige vorbeugende Maßnahmen wichtig:

  • Verwendung hochwertiger Materialien: Die Verwendung hochwertiger Materialien für die Herstellung von Photovoltaikmodulen, wie z.B. Solarzellen mit optimalen dielektrischen Eigenschaften, kann dazu beitragen, die Wahrscheinlichkeit des Auftretens des PID-Effekts zu verringern;
  • Sorgfältige Systemplanung: Eine sorgfältige Planung der Photovoltaikanlage unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen und spezifischen Standortanforderungen kann dazu beitragen, die Wahrscheinlichkeit des Auftretens des Effekts zu verringern;
  • Regelmäßige Überwachung der Leistung: Eine kontinuierliche Überwachung der Leistung der Photovoltaikanlage kann dazu beitragen, mögliche Probleme im Zusammenhang mit dem PID-Effekt zu identifizieren und rechtzeitig zu intervenieren;
  • Verwendung spezifischer Wechselrichter: Die Verwendung spezifischer Wechselrichter, die zur Minderung des PID-Effekts entwickelt wurden, kann dazu beitragen, dieses Problem zu verhindern;
  • Reinigung der Module: Die regelmäßige Reinigung der Solarmodule kann dazu beitragen, die Wahrscheinlichkeit des Auftretens des PID-Effekts zu verringern;
  • Überprüfung der elektrischen Verbindungen: Die regelmäßige Überprüfung der elektrischen Verbindungen der Photovoltaikanlage kann dazu beitragen, mögliche Probleme im Zusammenhang mit dem PID-Effekt zu identifizieren und rechtzeitig zu intervenieren.
Solarius-PV

 

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