LID و PID  و اثرات آنها

این دو پدیده پس از مدتی راندمان پنل‌های خورشیدی را کاهش داده و سرمایه‌گذاری را با خطر مواجه می‌کنند، سازندگان مطرح پنل‌های خورشیدی به طور معمول در کاتالوگ محصولات خود گارانتی LID/PID Free را ارائه می‌کنند که یعنی در فرآیند طراحی و ساخت خود این مسئله را حل کرده‌اند. در ادامه پیرامون این دو پدیده صحبت می‌کنیم.

LID (Light Induced Degradation)

LID ناشی از تلفات عملکردی است که در ماژول‌های کریستالی در اولین ساعات تابش خورشید اتفاق می‌افتد. با توجه به آخرین داده‌های تست‌های فلش کارخانه که توسط برخی از تامین‌کنندگان ماژول فتوولتائیک ارائه شده، LID بر عملکرد واقعی پنل تاثیر می‌گذارد. تاکنون چگونگی تاثیر LID بر عملکرد ماژول فتوولتائیک با توجه به شرایط STC برای بهر‌برداران نیروگاه خورشیدی مبهم بوده است. اگر ماژول‌ها با توجه به تست‌های فلش نهائی کارخانه خود براساس توان نامی خود طبقه بندی شوند، LID در واقع نشان دهنده تلفات نسبت به شرایط STC است. تلفات LID مربوط به کیفیت تولید ویفر است و ممکن است از 1٪ تا 3٪ (و یا حتی بیشتر) باشد. این تلفات به علت اثرات اکسیژن موجود در سیلیکون مذاب در طی فرایند Czochralski ایجاد شده است. در اثر در معرض نور قرار گرفتن ماژول‌های فتوولتائیک، ممکن است مولکول‌های اکسیژن (O₂) با بار مثبت در سراسر شبکه سیلیکونی پخش شوند و ترکیبات آلاینده‌ای ناخالصی با بور ایجاد نمایند. ترکیب‌های اکسیژن و بور، سطوح انرژی خود را در شبکه سیلیکون ایجاد می‌کنند و می‌توانند الکترون‌ها و حفره‌هایی که به دلیل اثر فتوولتائیک از دست رفته‌اند را جذب نمایند.

تلفات LID تنها بر ویفرهای رایج P-type بور تاثیر می‌گذارد. توپولوژی‌های غیرمعمول که در آن از ویفرهای n-type استفاده شده (به‌عنوان مثال در سلول‌های یک‌طرفه SunPower) تحت تاثیر تلفات LID قرار نمی‌گیرند. استخراج داده‌ها درباره اثر LID در یک نمونه ماژول فتوولتائیک بسیار دشوار است و البته هرگز توسط تولیدکنندگان به آن اشاره نکرده‌اند. این تلفات بستگی به ویفر سیلیکون دارد و ممکن است از یک محصول تا محصول دیگر متفاوت باشد. بنابراین با توجه به ثابت نبودن تلفات LID، در نرم‌افزار طراحی نیروگاه خورشیدیPVsyst  نیز، به‌عنوان پیش فرض در نظر گرفته نمی‌شود. اگر شما قصد دارید آن را به صورت دقبق مشخص کنید، مقدار پیش‌فرض پیشنهادی 2٪ است.

PID (Potential Induced Degradation)

زمانی‌که عملکرد نیروگاه خورشیدی همان‌گونه که انتظار آن وجود داشت،  نیست و تلفات غیرقابل توضیحی وجود دارد، این امر ممکن است ناشی از PID باشد. با توجه به استانداردهای TÜV، یکی از سازمان‌های توصیه‌شده جهت تست، اثرات PID در یک مزرعه خورشیدی می‌تواند منجر به تلفاتی در حدود 5/2٪ تا 30٪ شود.

PID به علت اختلاف پتانسیل بالا بین مواد نیمه هادی (سلول) و بخش دیگر ماژول (شیشه و یا قاب آلومینیومی) ایجاد می‌گردد. این تفاوت پتانسیل باعث ایجاد جریان نشتی ناشی از انتقال یون‌های منفی از طریق قاب آلومینیومی (و یا شیشه) و یون‌های مثبت (یون‌های سدیم) به سطح سلول می‌شود. این “آلاینده” سلول با کاهش اثر فتوولتائیک خود منجر به تلفات توان می‌گردد. اثرات PID بلافاصله قابل توجه نیست و پس چند ماه تا چند سال اثرات آن قابل مشاهده خواهد بود.

PID با عوامل محیطی (رطوبت، دما) و پیکربندی سیستم PV (پایه، ماژول و نوع سلول) ارتباط نزدیکی دارد. جابجایی یون‌ها با عوامل محیطی مانند رطوبت و دمای افزایش می‌‎یابد، بنابراین باعث افزایش اثر PID می‌شود. مقدار پتانسیل ولتاژ و پولاریته ماژول بر وقوع PID تاثیر دارند و این مسئله بستگی به موقعیت ماژول در آرایه و سیستم زمین دارد. اغلب زمان‌ها، PID مربوط به یک پتانسیل ولتاژ منفی نسبت به زمین است. تحقیقات اخیر نشان داده است که ترکیب شیمیایی شیشه، پوشش‌دهنده مواد یا پوشش ضد انعکاسی تأثیر قابل توجهی بر وقوع PID دارد. به عنوان مثال، سدیم موجود در شیشه یک علت وقوع PID است. مقاومت به رطوبت مواد مورد استفاده نیز یکی از عوامل تعیین‌کننده بر وقوع PID است، زیرا باعث افزایش هدایت و بنابراین انتقال یون‌ها می‌شود.

بسته به علت آن، PID می‌تواند برگشت‌پذیر یا غیرقابل برگشت باشد. هنگامی‌که تخریب ناشی از واکنش‌های الکتروشیمیایی باشد، PID متاسفانه غیرقابل برگشت خواهد بود، زیرا باعث ایجاد حساسیت روی فیلم در ماژولPV یا خوردگی الکتریکی آن می‌شود.

دستگاه‌های Anti-PID می‌توانند برای کاهش یا حتی حذف اثرات PID استفاده شوند. این سیستم‌ها ماژول‌ها را در شب با اتصال آن‌ها به یک پتانسیل بالای مثبت، زمانی‌که ولتاژ آرایه آن‌ها از یک ولتاژ آستانه تعریف شده پایین‌تر باشد، احیا می‌نماید. این مسئله در حالی است که انتقال یون‌ها در طول روز انجام می‌شود. یک ماه پس از نصب جعبه‌های Anti-PID، عملکرد عادی و مورد انتظار را می‌توان دوباره به دست آورد. با این حال، اگر ماژول‌ها برای یک مدت طولانی در معرض PID قرار گرفته باشند، بازسازی بایستی برای نیمی از دوره تخریب ادامه یابد. مصرف انرژی Anti-PID کم است زیرا جریان اعمال شده برای معکوس کردن اثر PID کم می‌باشد.

برای پروژه‌های خورشیدی در مرحله توسعه، راه جلوگیری یا حداقل محدود شدن وقوع PID، استفاده از ماژول‌های مقاوم در برابر PID است. این ماژول‌ها با استفاده از مواد جایگزین (به عنوان مثال برای encapsulated) با نرخ تخریب پایین در شرایط آزمایشگاهی به‌دست می‌آیند. البته انتخاب چنین ماژول‌هایی هزینه‌های اولیه پروژه را افزایش می‌دهد. لارم به ذکر است اگر تغییرات در طراحی سیستم‌های خورشیدی، ماژول‌ها یا سلول‌ها انجام شود، اثرات PID در طولانی مدت برطرف خواهد شد.

ترتیپی که برای مطالعه مبحث مبانی و اصول سیستم‌های فوتوولتایک پیشنهاد می‌کنیم: