Seminário Solis Episódio 59: Compreender o mecanismo PID e as soluções para painéis do tipo P e tipo N

Transferências

Antecedentes:

A Degradação Induzida pelo Potencial (DIP) tem um impacto significativo na estabilidade e na fiabilidade a longo prazo dos módulos fotovoltaicos. A abordagem da PID envolve a compreensão das suas causas e a implementação de soluções eficazes. Este seminário da Solis analisa os mecanismos de PID específicos dos painéis fotovoltaicos do tipo P e do tipo N, oferecendo uma perspetiva sobre os métodos de proteção.

Principais causas da DIP

Fenómeno de corrente de fuga:

O isolamento deficiente dos painéis fotovoltaicos leva a uma corrente de fuga, especialmente em ambientes húmidos, causando a infiltração de vapor de água. As reações químicas que envolvem a película de EVA, o vidro e o vapor de água produzem Na+, o que resulta em PID sob a influência de um campo elétrico aplicado.

Tensão elevada do sistema:

Normalmente, a tensão de circuito aberto de uma única série FV é de cerca de 1000 V, a tensão de trabalho é de aproximadamente 800 V. A estrutura em liga de alumínio do componente necessita de uma proteção contra raios e de ligação à terra. Esta configuração cria uma alta tensão CC significativa entre a bateria e a estrutura de alumínio. Por conseguinte, desenvolve-se uma polarização de tensão entre a célula FV e a estrutura metálica de ligação à terra, dando origem a uma indução de potencial.

Principais tipos de PID do módulo fotovoltaico

Características do efeito PID no módulo do tipo P (MÓDULO BIFACIAL DE VIDRO DUPLO)

Mecanismo PID do módulo fotovoltaico PERC de dupla face do tipo P

Como mostrado na figura, para componentes de vidro duplo de dupla face do tipo P, a frente é geralmente PID-s, a parte traseira é geralmente PID-p e pode ocorrer PID-c; devido à consideração da proteção contra raios e do aterramento da estrutura do módulo fotovoltaico, a polarização negativa é formada entre o painel e a estrutura. Neste momento, a borda está carregada positivamente e o Na+ no vidro frontal irá migrar e reunir-se na camada de filme adesivo na superfície da bateria e irá espalhar-se e preencher o defeito do cristal de silício, passando pela junção PN, para assim formar o canal de corrente de fuga em ambas as extremidades da junção PN.

Devido à polarização negativa, o Na+ no vidro posterior junta-se rapidamente à camada de película adesiva na parte de trás da bateria, atraindo os eletrões na parte de trás e a camada de passivação original com carga negativa, o que causa a deterioração do efeito de passivação e a atenuação do PID-p. Quanto mais próximo do painel de saída negativo, maior é a polarização negativa e mais evidente será a falha do PID.

Características do efeito PID do módulo tipo P (MÓDULO BIFACIAL DE VIDRO DUPLO)
 

Como mostra a figura, para as baterias do tipo N, a frente apresenta geralmente uma atenuação PID-s e PID-p, e a parte posterior apresenta geralmente uma atenuação PID-s; A frente é semelhante à aplicação do painel P, com polarização negativa entre o painel e o bisel. O Na+ no vidro frontal acumula-se na superfície da bateria. Por um lado, o Na+ passa através da junção PN para formar um canal de corrente de fuga, o que provoca PID-s. Por outro lado, os eletrões negativos da camada de passivação são atraídos pelo Na+, o que leva à deterioração do efeito de passivação e ao fenómeno PID-p.

Em comparação com o módulo fotovoltaico do tipo P, o portador positivo do módulo fotovoltaico do tipo N é o eletrão, que terá uma maior perda de PID-s, e mais grave que a perda do lado posterior. Devido à polarização negativa na parte posterior, o Na+ no vidro traseiro junta-se rapidamente à camada de película adesiva na parte de trás da bateria, passa através da junção PN e forma um canal de corrente de fuga, provocando a atenuação do PID-s.

Com base na análise anterior, a indução do efeito PID produzido pelo módulo fotovoltaico do tipo N ou do tipo P é consistente e apenas os tipos de PID são distinguidos em planos diferentes, pelo que os métodos de proteção são os mesmos e, em particular, os seguintes:

Solução de ligação à terra direta negativa:

A ligação à terra do elétrodo negativo do módulo FV ou do inversor através de uma resistência ou fusível assegura que a tensão negativa do módulo e a estrutura metálica de ligação à terra mantêm o mesmo potencial. Esta solução é utilizada predominantemente em inversores centralizados, como ilustrado na figura.
Nota: Esta solução está limitada à utilização de inversores isolados. Os inversores fotovoltaicos não isolados precisam de transformadores de isolamento adicionais, incorrendo em custos relativamente mais elevados com níveis de segurança inferiores.
 

Solução de ligação à terra do neutro virtual:

Ideal para centrais fotovoltaicas de grande escala constituídas por inversores fotovoltaicos de fileira (string) e inversores centralizados. A elevação do potencial do ponto neutro virtual faz com que a tensão negativa da fileira fotovoltaica se aproxime do potencial zero, conseguindo efetivamente a supressão do PID.

Nota: Embora seja adequada para a proteção PID em novos projetos, esta solução não pode reparar sistemas FV afetados pela PID. Não oferece proteção ponto-a-ponto e as falhas de equipamento podem afetar a proteção do módulo de todo o submódulo FV.

Solução de tensão de polarização direta:

Utilizando o módulo PID interno ou externo do inversor, é aplicada uma tensão de polarização positiva nos elétrodos positivo e negativo da fileira FV para reparar o efeito PID. Esta solução oferece vários modos de saída.
 

Prática atual: A abordagem predominante envolve a utilização de tecnologia anti-PID integrada, principalmente nos inversores Solis. Esta tecnologia facilita a reparação da PID ao nível da fileira dentro da unidade do inversor, aumentando a precisão e a fiabilidade do processo de reparação. Em particular, esta abordagem elimina a necessidade de acesso ao transformador.

Em conclusão, a utilização destas soluções PID uniformes assegura o funcionamento eficiente e a longevidade dos módulos fotovoltaicos, tanto do tipo N, como do tipo P. Os inversores Solis, equipados com módulos de reparação PID incorporados, representam uma escolha contemporânea e fiável para otimizar o desempenho do sistema fotovoltaico.