Πόσο σίγουροι είστε ότι το φωτοβολταϊκό σύστημα σας έχει την απόδοση που πρέπει να έχει; Μήπως κάποια στιγμή προβληματιστήκατε συγκρίνοντας το φωτοβολταϊκό σας με κάποιο άλλο; Έχετε παρατηρήσει πτώση της απόδοσης του φωτοβολταϊκό σας που ξεπερνάει το 5%;
Αν τα παραπάνω ερωτήματα σας έχουν απασχολήσει, ήρθε η ώρα να μάθετε το PID.
Τι είναι το PID;
Το PID είναι ένα φαινόμενο που επηρεάζει τα φωτοβολταϊκά πλαίσια και οδηγεί σε μείωση της απόδοσής τους η οποία ξεκινάει σταδιακά, αλλά εξελίσσεται ραγδαία. Προέρχεται από τα αρχικά του Potential Induced Degradation, που σημαίνει Υποβάθμιση Προκαλούμενη από Τάση. Όπως δηλώνει και το όνομα του φαινομένου πρόκειται για μείωση της απόδοσης των φωτοβολταϊκών πλαισίων λόγω της διαφοράς δυναμικού (τάσης). Σε ένα διασυνδεδεμένο φωτοβολταϊκό σύστημα τα πλαίσια συνδέονται σε σειρά το ένα μετά το άλλο δημιουργώντας στοιχειοσειρές (Strings). Η συνολική τάση μιας στοιχεισειράς μπορεί να είναι κοντά στο 1000 V. Αυτή λοιπόν η υψηλή τάση είναι που μπορεί να οδηγήσει στο φαινόμενο PID. Στην εικόνα 1 φαίνεται ο μηχανισμός δημιουργίας του. Στην ουσία, λόγω της υψηλής τάσης, δημιουργούνται ρεύματα διαρροής από την ηλιακή κυψέλη προς το πλαίσιο αλουμινίου, μέσω του τζαμιού και των υλικών ενθυλάκωσης της κυψέλης, τα οποία σε κανονικές συνθήκες είναι μονωτικά.
Το αποτέλεσμα είναι ότι μειώνεται η ισχύς του φωτοβολταϊκού πλαισίου. Η μείωση της ισχύος μπορεί να είναι ακόμα και 40% ή και περισσότερο!
Συμφωνά με τις μέχρι τώρα μελέτες και έρευνες το φαινόμενο εντείνεται σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και υγρασίας. Αυτό σημαίνει ότι οι κλιματολογικές συνθήκες της περιοχής μας ευνοούν την εμφάνιση του φαινομένου.
Το φαινόμενο να και είχε παρατηρηθεί ήδη από το 1979, μόνο το 2005 άρχισε να απασχολεί την βιομηχανία φωτοβολταϊκών καθώς παρατηρήθηκε αρχικά σε πλαίσια υψηλής απόδοσης της Sunpower [1]. Μάλιστα τότε αναφερόταν στην βιβλιογραφία ότι το φαινόμενο επηρεάζει μόνο κυψέλες υψηλής απόδοσης. Με την μεγάλη ανάπτυξης των διασυνδεδεμένων σταθμών τα τελευταία χρόνια, το φαινόμενο άρχισε να λαμβάνει την δέουσα προσοχή και να μελετάται καλύτερα, ειδικά μετά το 2007 [7] όπου φάνηκε ότι το φαινόμενο εμφανίζετε και σε τυπικά φωτοβολταϊκά πλαίσια κρυσταλλικού πυριτίου[7], [8]
Είναι χαρακτηριστικό ότι μέχρι πρόσφατα δεν υπήρχε ένα διεθνές πρότυπο ή κάποια σχετική πιστοποίηση προκειμένου να ελέγχεται η αντοχή διάφορων φ/β πλαισίων στο εν λόγω φαινόμενο.
Ήδη ένα διεθνές κονσόρτσιουμ με επικεφαλής τον Dr. Peter Hacke του NREL, εργάζεται για την ανάπτυξη του προτύπου IEC 62804 που θα αφορά στον έλεγχο για φαινόμενο PID. Αναμένεται η πρώτη έκδοση ου προτύπου για να ακολουθήσει η υιοθέτηση του από τους διεθνείς οργανισμούς πιστοποίησης,
Υπάρχει θεραπεία για το PID;
Αν μιλάμε για νέα εγκατάσταση θα ήταν σκόπιμο κάποιος να χρησιμοποιήσει φωτοβολταϊκά πλαίσια με προδιαγραφές υλικών ώsτε να αντέχει στο PID. Το τελευταίο διάστημα κυκλοφορούν αρκετά τέτοια πλαίσια και παρά το ενδεχόμενα αυξημένο κόστους του, αξίζει η επιλογή τους.
Εκεί που εγείρονται ερωτήματα είναι για συστήματα ήδη εν λειτουργία. Είναι λοιπόν σημαντικό να σημειωθεί ότι στις περισσότερες των περιπτώσεων το φαινόμενο PID είναι αναστρέψιμο, αρκεί να εντοπιστεί έγκαιρα.
Μη αναστρέψιμο PID εμφανίζεται όταν οφείλεται σε ηλεκτροχημικές αντιδράσεις οι οποίες οδηγούν σε διάβρωση ή/και αποκόλληση στο πλαίσιο. Το μη αναστρέψιμο PID επηρεάζει κυρίως πλαίσια λεπτού υμενίου.
Στα φωτοβολταϊκά κρυσταλλικού πυριτίου, το φαινόμενο PID είναι αναστρέψιμο [2], [4]. Η αναστροφή του φαινομένου γίνεται είτε γειώνοντας τον ένα πόλο της στοιχειοσειράς των πλαισίων (αν το επιτρέπει ο αντιστροφέας) είτε αλλάζοντας την πολικότητα της στοιχειοσειράς. Η δεύτερη μέθοδος είναι και η πιο συνήθης, καθώς συνήθως την πρώτη δεν την επιτρέπει ο αντιστροφέας.
Ήδη κυκλοφορούν στο εμπόριο ειδικές συσκευές αναζωογόνησης έναντι του φαινομένου PID, οι οποίες εφαρμόζουν μια ανάποδη πολικότητα στην στοιχειοσειρά είτε συνεχώς είτε κατά τις νυχτερινές ώρες που δεν υπάρχει παραγωγή.
Το κόστος των συσκευών αυτών δεν είναι υψηλό και αποσβένεται αρκετά γρήγορα σε περίπτωση προσβολής από PID.
Ο χρόνος «αποθεραπείας» ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου που έχει προσληφθεί από PID είναι συνήθως ο μισός από τον χρόνο που έκανε για να προσβληθεί.
ΤΟ PID γίνεται εύκολα αντιληπτό;
Είναι ιδιαίτερα σημαντικό να εντοπιστεί έγκαιρα η προσβολή από το PID καθώς αφενός αν δεν εντοπιστεί έγκαιρα υπάρχει κίνδυνος να μην υπάρχει θεραπεία, αφετέρου δε ο χρόνος αποκατάστασης είναι συνάρτηση του χρόνου προσβολής.
Το φαινόμενο στα αρχικά στάδια εξέλιξης του δεν γίνεται εύκολα αντιληπτό, παρά μόνο με την χρήση εξιδανικευμένων οργάνων. Όταν το φαινόμενο επεκταθεί, τότε γίνεται αντιληπτό ακόμα και από την δραματική μείωση της παραγωγής του φωτοβολταϊκού σταθμού. Τότε όμως μπορεί να είναι πια πολύ αργά.
Μετρήσεις που χρησιμεύουν για τον εντοπισμό του PID είναι[5]:
- Μετρήσεις ηλεκτροφωταύγειας (electroluminescence)
- Μετρήσεις χαρακτηριστικής καμπύλης τάσης ρεύματος, IV
- Μετρήσεις με χρήση θερμοκάμερας
Στις εικόνες 2-4 παρουσιάζονται παραδείγματα από πραγματικές περιπτώσεις φωτοβολταϊκών πλαισίων στη Μεσσηνία που έχουν επηρεαστεί από PID.
Συμπεράσματα
Όπως πάντα η πρόληψη είναι η καλύτερη θεραπεία. Το φαινόμενο PID μπορεί να «προσβάλει» οποιοδήποτε φωτοβολταϊκό σύστημα. Ευτυχώς πρόκειται για φαινόμενο που στα αρχικά του στάδια είναι πλήρως αναστρέψιμο.. Όσο νωρίτερα γίνει η διάγνωση, τόσο νωρίτερα και ευκολότερα γίνεται η «αποθεραπεία».
Αναφορές
[1] R. Swanson, et al, The Surface Polarization Effect in High-Efficiency Silicon Solar Cells, 2005, SunPower Corporation
[2] S. Pingel, et al, Potential Induced Degradation of Solar Cells and Panels, 35TH IEEE PVSC, 2010
[3] S Koch, et al, Polarization Effects and Tests for Crystalline Silicon Cells, 26TH European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 5-8 September 2011, Hamburg, Germany
[4] Ebniali, Faraz, Potential Induced Degradation of Photovoltaic Modules: Inf luence of Temperature and Surface Conductivity, Arizona State University, April 2012
[5] Schuetze, et al, Laboratory Study of Potential Induced Degradation of Silicon Photovoltaic Modules, Q-Cells SE, Sonnenallee 17-21, 06766 Bitterfeld-Wolfen
[6] J. Berghold et al., “Potential Induced Degradation of solar cells and panels”, 25th EUPVSEC, 2010, pp. 3753-3759
[7] I. Rutschmann, “Noch nicht ausgelernt”, Photon, 1, 2008, pp. 122-123
[8 ] I. Rutschmann, “Polarisation überwunden”, Photon, 8,2008, pp. 124-125