Seminário Solis Episódio 23: Solução para Recuperação de PID

A Degradação Induzida pelo Potencial (PID) é um fenômeno que afeta alguns módulos FV com células de Si cristalinas e leva à deterioração gradual do desempenho. A degradação pode chegar a 30% ou mais após alguns anos. Alguns fabricantes de módulos já estão trabalhando para desenvolver contramedidas usando novos materiais, mas a tendência geral para sistemas trifásicos e tensões de sistema acima de 1.000 VCC está exacerbando o problema em vez de aliviá-lo. Além do aterramento negativo do painel FV, a Solis agora oferece uma solução técnica simples para evitar essa redução na potência dos módulos FV. Este Seminário Solis primeiro oferece uma breve visão geral do efeito PID e, em seguida, explica como o módulo com Recuperação PDI embutido da Solis funciona e quando ele pode ser usado.

Descrição das Causas e Efeitos
Quando a célula solar é polarizada com uma tensão negativa mais alta, haverá uma diferença de tensão entre a própria célula e os outros elementos do módulo (por exemplo, vidro, subestrutura e moldura), causando assim a degradação da capacidade de saída de energia do módulo. Isso está com potencial zero, pois está aterrado na maior parte do tempo. Portanto, como a distância entre a célula solar e a moldura é muito curta e como pode haver problemas no material de vedação, pode-se criar corrente entre as células e a moldura. Isso gera uma fuga de corrente em todo o módulo FV.

Essa migração de íons afeta as características elétricas da célula solar e leva a uma degradação da saída de energia. A seguir estão as medições feitas a partir de módulos FV suscetíveis ao PID para ilustrar o efeito e a gravidade do PID.

Figura1: Princípio e inlfuência do PID

Solução do PID
Existem muitos tipos de solução Anti-PID, mas incluem, principalmente, as três categorias a seguir:
Solução de aterramento FV-
Em plantas FV com inversores com isolamento galvânico, o PID pode ser evitado de forma confiável aterrando o polo negativo do painel FV, pois isso muda o potencial de todo o painel FV para positivo.

Figura2: Diagrama topológico de aterramento do polo negativo da solução do painel FV

No entanto, em plantas FV que usam inversores sem transformador, esta solução requer mais medidas para atender aos requisitos das principais normas internacionais de segurança, como IEC62109, UL1741 etc. Várias medidas devem ser tomadas enquanto o polo negativo está aterrado:
(1) Aumentar o GFDI (detecção de falha de CC para terra);
(2) Aumentar a função ISO (teste de isolamento);
(3) Implementar medidas de proteção contra raios.
(4) Certificar-se de que o fio neutro não esteja conectado ao lado primário do transformador ou adicionar diretamente um transformador de isolamento para o sistema que usa inversor sem transformador.

Solução de aterramento virtual negativo CA
A solução é adicionar um dispositivo de proteção PID para fornecer um ponto neutro da rede virtual N para o inversor do sistema. O potencial do ponto virtual N é igual ao potencial do ponto médio do barramento CC interno do inversor, portanto, ao aumentar o ponto virtual N para a tensão da terra, podemos aumentar a tensão FV- para o terra para que a tensão seja maior do que zero para fazer FV- pendurar, de modo a alcançar o efeito de anti-PID. Mas esta solução tem os seguintes problemas:

Figura3: Diagrama topológico da solução de caixa anti-PID externa

1. A solução de caixa Anti-PID só pode ser implantada em instalações de utilidade que são normalmente conectadas à rede de tensão média (MV) funcionando sem linha neutra. Portanto, algumas plantas C&I fotovoltaicas que requerem linha neutra como fonte de alimentação não podem ser usadas.
2. Usar esta solução pode evitar o agravamento contínuo do problema PID e não pode restaurar a energia do módulo FV.

Solução de Recuperação PID
Ele usa o princípio reversível do módulo FV PID. Este método aplica uma tensão positiva entre o módulo FV e ao terra à noite para permitir que os íons condutores, que foram perdidos na junção PN durante o dia, voltem, restaurando assim a capacidade de geração de energia da célula FV.
A solução de recuperação PID da Solis usa o módulo PID embutido sem instalação adicional. É embutido em todos os grandes inversores comerciais e utilitários. Ele usa o princípio reversível do módulo FV PID. Quando a tensão do painel cai abaixo de um limite definido após o pôr do sol, este módulo adicionará um potencial positivo de 600-700 V entre FV- e o terra. Isso faz com que os íons condutores perdidos durante o dia retornem à junção PN, restaurando a capacidade de geração de energia do módulo FV.

Figura4: Diagrama topológico da solução de Recuperação PID da Solis

Vantagens：
1. Pode ser usado em instalações de utilidades que estão conectadas à rede de média tensão (MV) funcionando com linha neutra ou não, portanto, as plantas fotovoltaicas C&I que requerem linha neutra como fonte de alimentação também podem ser usadas.
2. Comparado com outras soluções, o problema de tensão CC é eliminado. 1000V, 1100V ou mesmo 1500V, através da seleção do inversor correspondente, a tensão de trabalho do módulo PID pode combinar perfeitamente com a tensão do sistema.
Nota:
1. A entrada do módulo PID embutido é alimentação trifásica CA (U\V\W) e a porta de saída é alimentação CC, que está conectada a FV- e terra.
2. Durante a operação do módulo PID, se for necessária manutenção, desligue o disjuntor CA e, em seguida, conserte o inversor e o lado CC.
3. O inversor precisa estar bem conectado ao terra.
Resultados do teste da solução
Para testar o efeito de recuperação do módulo PID embutido, Solis selecionou os módulos FV atenuados para teste EL no local. Os resultados do teste são os seguintes:

Recuperação PID Resultados do teste da solunção
Para testar o efeito de recuperação do módulo PID embutido, a Solis selecionou os módulos FV atenuados para teste eletroluminescente (EL) no local. Os resultados do teste são os seguintes:

Conforme mostrado na Tabela 1-1, após usar a solução de recuperação PID embutida por 20 e 40 dias, o desempenho dos módulos fotovoltaicos afetados pelo PID foi bastante recuperado.

Conclusão
Como um fator terrível que afeta a geração de energia das usinas FV, o efeito PID precisa de nossa atenção imediata nesta indústria. Como líderes neste campo, é obrigatório combater esses efeitos prejudiciais. Se não fizermos isso agora, os clientes perderão seu grande investimento em alguns anos. Este artigo, combinado com experimentos, prova que o módulo PID embutido tem efeitos óbvios na restauração da capacidade de geração de energia dos módulos FV. O método de recuperação PID é, sem dúvida, o método de solução PID mais fácil, rápido, acessível e confiável.