浅谈光伏组件的PID现象和解决方案
摘要：PID最早是Sunpower在2005年发现的。

组件长期在高电压作用下使得玻璃、封装材料之间存在漏电流，大量电荷聚集在电池片表面，使得电池片表面的钝化效果恶化，导致FF、Isc、Voc降低，使组件性能低于设计标准。

在2010年，NREL和Solon证实了无论组件采用何种技术的p型晶硅电池片，组件在负偏压下都有PID的风险。

关键词：光伏组件；PID现象；解决方案
1PID效应的危害和测试方法
1.1PID效应的危害
PID的作用使PN结中的电子器件受到越来越多的损坏，电池模块的输出功率损失很大，这使得电池模块的填充因子（FF）开路电压和短路容量降低。

在实际工作中，PID实用程序的生成不仅会降低太阳能电站的功率，还会继续降低发电容量。

最高可达50%或更高，降低了太阳能发电厂的盈利能力。

1.2PID测试标准
电致发光成像技术（通常称为“El”）是一种操纵和测试太阳能电池控制面板潜在缺陷的方法。

检测应在暗室中进行。

直流电源的正极加载到晶体硅太阳能电池板的正极，并引入不平衡自由电子。

借助于从扩散区域引入的许多不平衡自由电子，电池板被连续复合照明，释放光量子。

面对电池板的CCD摄像机捕捉到该光量子，该光量子经室外电子计算机求解后以图像形式呈现。

图像的色度与少数载流子扩散的长度和电池的电流强度呈正相关。

当图像变暗时，意味着少数载流子扩散越来越短，表明电池模块中存在缺陷。

1.3PID现象的修复方法
1.3.1集中式逆变器负极接地
在使用500kW以上逆变器的中国地面电站中，采用集中式逆变器负极接地的
方法来处理PID损耗。

太阳能组件根据直流电缆接收直流电流收集箱，然后根据
直流电缆连接逆变器并将其转换为交流电流。

最后，保护降压变压器根据交流电
缆投入运行，并在负极接地。

做好绝缘层，并在逆变器内部结构中进行直流对地
故障测试。

当检测到公共接地故障时，将切断公共故障电流，发出公共故障警告
数据信号，并切断和关闭具有公共接地故障的蓄电池部件。

集中式逆变器系统软
件常用于大中型公路电站和戈壁电站。

1.3.2组串式逆变器并联后负极接地
分布式架构中也存在PID现象，负接地也适用于处理PID损耗。

太阳能模块
根据直流电缆连接到串联逆变器，然后根据交流电缆连接到交流汇流箱。

根据交
流电缆降压变压器的运行情况，进行了现场接地。

1.3.3PID夜间补偿法
已建光伏电站产生PID现象，上述2种方法不适用。

仅阻塞PID现象的进一
步加深不能修复元件的输出功率。

正因为如此，形状记忆合金企业发布了晚间返
修补偿金。

各种元素的存在会对电池中PN结的导电正离子造成大量损坏，从而
导致电池模块的发电容量显著降低。

夜间，增加组件和地面之间的正工作电压（1000V），使在光天化日下从PN结流出的导电正离子返回到PN结，然后修复
电池模块的发电容量。

这种方法是一种预防措施，不能用于防止潜在的PID现象。

2光伏组件反PID效应技术的应用
目前行业内对光伏组件反PID效应技术总体思路为：一是光伏组件电池片原
材料及生产工艺预防原则，在光伏组件生产制造时通过调整PECVD工序的技术参数，减少对硅片表面氧化层的等离子体轰击预清洗增加减反射膜的电阻；通过调
整Si/N的比例，以提高电池片的钝化效果和折射率；选择绝缘性能的封装材料；优化EVA封装材料中醋酸乙烯酯的含量。

二是逆变器侧预防原则，集中式与组串
式逆变器均可采用负极虚拟接地方案来抑制组件PID。

三是PID效应可逆修复原则，利用光伏组件PID的可逆性原理，在夜间逆变器停止工作时段内，利用单独
的直流源对电池板施加反向电压，修复白天发生PID现象的电池板。

其中前两种
原则属于事前预防方案，后一种原则属于“事后治疗”的被动方案。

2.1光伏组件方面
通过分析，光伏组件PID效应的主要原因是：水汽进入；水使EVA水解生成
乙酸；醋酸与沉淀在玻璃表面的碱反应，生成可以自由移动的钠离子；钠离子在
电场的作用下移动到电池表面。

从这一分析中，PID效应也与光伏组件本身有关。

该技术只能用于新型光伏组件的生产过程中，以改善电池原材料的加工和生产过程。

目前，所有光伏组件制造商在生产新组件时都选择了上述技术方案，但对于
已经生产并投入运行的光伏组件，该技术不再用于防止PID效应。

2.2负极接地
光伏模块或逆变器的负极通过电阻或保险丝直接接地，使电池板负极对地和
接地金属框架的电压保持在等电位水平，消除负偏压。

该方案主要用于集中式逆
变器。

经测试，该技术方案可以防止PID效应，但逆变器具有直流侧电缆绝缘监测
保护。

如果逆变器的负极通过电阻或保险丝直接接地，则逆变器负极电缆的绝缘
电阻将降低，导致逆变器直流侧绝缘低的误报。

如果电缆中存在真实的接地故障，则不容易发现，并且存在设备运行的安全隐患。

因此，不推荐本技术方案。

2.3夜间防PID维修
利用分量PID的可逆原理，在逆变器夜间停止工作期间，使用单独的直流电
源向电池板施加反向电压，以修复白天出现PID现象的电池板。

该方案需要为每
个逆变器增加一个额外的直流电源，这很昂贵，并且只有在逆变器不工作时才对
电池板进行维修，这属于“后处理”的无源方案。

在本项目中，使用上海海之威环保科技有限公司有限公司生产的antipid系
列PID恢复设备将antipid连接到逆变器的直流侧。

当夜间没有发电时，进行反PID修复。

现场启动电压设置为30V，即光伏组件串电压夜间降至30V时进行维
修，停止电压为60V，即光伏组件串电压早上升至60V时停止维修，不影响太阳
能电站的正常发电。

使用该方案，每月定期通过IV功率测试仪和El图像测试仪测试修复效果。

经测试，初期修复效果轻微，随着时间的推移，修复效果越来越不明显。

同时，
还发现修复效果与季节有关。

夏季高温期修复效果明显，冬季修复效果不明显。

相反，PID效应加剧，即使用该方案的修复具有可逆现象。

3技术方案实施
PID效应防护修复原则。

利用PID保护修复装置，在逆变器白天运行发电时，辅助电源工作，可实时控制PV（对地电压），确保负极与地电势相等或略高于地
电势，有效抑制组件的PID效应。

夜间达到启动电压时进行反PID修复，这样预
防与修复同步进行会达到预期较好的修复效果。

根据现场测试，逆变器工作电压约为大部分在650V的Vmppt电压下工作，
选择PID恢复装置预防修复电压为800V，白天PID恢复装置实时监控逆变器的工
作电压以及工作情况，PID恢复装置依据当前逆变器的工作情况，发出指令使设
备输出800V电压将GND与PV+间电压钳于800V，白天逆变器工作的Vpv在650V，组件的PV-对地不产生负压，阻止组件在白天运行时产生PID，从而起到预防作用。

PID恢复装置会持续实时监控逆变器的工作情况，夜间待逆变器待机后发出
指令使设备输出修复电压，对组件之前积累的PID进行修复，预防加修复，双管
齐下，以达到更快的组件PID修复。

结论
PID恢复装置持续实时监控逆变器的工作情况，夜间待逆变器待机后发出指
令使设备输出修复电压，对组件之前积累的PID进行修复，预防加修复，双管齐下，以达到更快的组件PID修复。

通过PID效应防护修复技术实施，修复后的光
伏组件经EL图像测试，发现失效电池片有明显的改善（四周基本无黑片组件）。

通过PID效应防护修复技术实施，光伏组件平均功率提升41.29W，效率提升
22.05%。

而使用夜间PID效应修复技术平均功率只提升11.01W，效率提升5.88%，即该创新技术同比常规夜间PID效应修复技术修复效率可提升16.17%。

针对光伏
组件常见的PID效应问题，已解决实际某光伏项目光伏组件PID效应问题，创新并应用了PID效应防护修复技术，可在其他项目推广使用。

参考文献：
[1]张喆，徐亮.PID效应的原因和解决办法[J].科技研究，2014(24):33-34.
[2]曹培亮.浅谈晶体硅太阳电池组件PID效应[J].科技风，2019(14):1.。