PID: Ursachen, Auswirkungen, Milderung und andere Effekte

PID ist ein Phänomen bei Solarmodulen, das unter anderem die Energieproduktion beeinträchtigen kann. 

Neben den Auswirkungen befasst sich dieser Artikel auch mit den Ursachen und deren Abschwächung. Durch einen Vergleich mit anderen Effekten in Solarmodulen erhalten Sie ein tiefes Verständnis von PID und erfahren, wie Sie ein Modul und ein System optimal funktionieren lassen und so das Beste aus Ihrer Investition herausholen.

Was ist PID in Solarmodulen?

Normalerweise fließt der von Solarzellen erzeugte Strom durch ein Netzwerk aus Metallkontakten, darunter Finger, Sammelschienen und Bänder, entlang eines vorgegebenen Pfads. Der Strom wird dann gesammelt und über die angeschlossenen Drähte des Panels übertragen, um schließlich einen Wechselrichter zu versorgen oder Verbraucher mit Strom zu versorgen.

Allerdings verläuft der elektrische Strom manchmal nicht in einem vorhersehbaren Muster.

Potentialinduzierte Degradation (PID) ist ein Phänomen, das auftritt, wenn ein Teil der Elektrizität im Panel durch die Beschichtung, das Verkapselungsmaterial oder den Rahmen fließt, anstatt entlang des definierten Pfads zu fließen. Wie der Name schon sagt, kann PID zu einer Verschlechterung der Effizienz und Leistung führen.

Die Ursachen von PID

PID in Solarmodulen ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen. Sie hängen hauptsächlich mit der elektrischen Belastung des Moduls und den Umgebungsbedingungen der Ströme zusammen.

Hohe Systemspannungen

Wenn Solarstromanlagen arbeiten mit hohen Spannungen Bei Spannungen von bis zu 1,000 V oder 1,500 V kann es zu großen elektrischen Potentialunterschieden zwischen verschiedenen Teilen des Solarmoduls kommen. Solche Unterschiede gibt es insbesondere zwischen den Modulen und dem Rahmen oder zwischen den Modulen und den geerdeten Teilen des Stromsystems.

Die durch diesen Unterschied verursachte elektrische Feldspannung kann dann Ionen, insbesondere Natriumionen (Na+), von der Glasoberfläche in Richtung der Halbleiterschicht oder anderer empfindlicher Bereiche treiben und so zu einer Qualitätsminderung führen.

Umweltbedingungen

Umweltfaktoren wie hohe Temperaturen und Luftfeuchtigkeit können die Bewegung von Ionen innerhalb der Platten beschleunigen und dadurch den Degradationsprozess verstärken.

Materialeigenschaften

Einkapselungsmittel wie Ethylenvinylacetat (EVA) können bei geringerer Qualität anfällig sein für Eindringen von Feuchtigkeit und Verunreinigungen mit der Zeit. Dies erleichtert auch die Bewegung von Ionen und verschlimmert folglich die PID.

Darüber hinaus können Frontabdeckungen, die meist aus Glas bestehen, eine größere Menge an Natriumionen Bei der Herstellung aus minderwertigen Materialien erhöht sich die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von PID. Antireflexbeschichtungen von geringerer Qualität können den Prozess ebenfalls verschlimmern.

Systemkonfiguration

Solarmodule am negativen Ende des Strangs erleben typischerweise höhere negative Potentiale relativ zur geerdeten Struktur, was sie anfälliger für PID macht.

Der Einsatz transformatorloser Wechselrichter (sowohl String- als auch Mikro-Wechselrichter verfügen über transformatorlose Modelle) kann im Vergleich zum Einsatz von Wechselrichtern mit Transformatoren auch die Anforderungen an die PID erhöhen, da transformatorlose Wechselrichter keine galvanische Trennung bieten.

Unsachgemäße Systemkonstruktion und -installation

Unsachgemäße Konstruktion und Installation von Paneelen können zu längeren Färbung, die lokal hohe Potenziale entwickeln und PID-Effekte auslösen können.

Die Art und Weise, wie der Panelrahmen konstruiert und geerdet wird, kann die Entwicklung von PID beeinflussen. Unsachgemäße Erdungsmethoden beeinflussen die potenziellen Unterschiede über die Paneele hinweg, wobei bestimmte Konfigurationen das PID-Risiko erhöhen.

Bei welchen Installationen kann PID leichter auftreten?

Aufgrund ihrer Ursachen tritt PID häufiger bei diesen Anlagen auf:

Große Solarkraftwerke

Diese Solarstromanlagen arbeiten oft mit höheren Spannungen, um die Effizienz zu verbessern und Übertragungsverluste zu reduzieren. Höhere Spannungen erhöhen jedoch die elektrischen Potenzialunterschiede, wodurch das System anfällig für Stromlecks und PID wird.

Projekte mit transformatorlosen Wechselrichtern

Transformatorlose Wechselrichter werden aufgrund ihrer höheren Effizienz und niedrigeren Kosten häufig in kleinen oder kostensensiblen Projekten eingesetzt. Transformatorlose Wechselrichter verfügen jedoch im Allgemeinen nicht über eine galvanische Trennung, was das Risiko einer PID erhöht.

Projekte in feuchten oder heißen Umgebungen

Bei Projekten in tropischen/subtropischen Regionen oder Küstengebieten ist die Wahrscheinlichkeit einer PID höher, da hohe Luftfeuchtigkeit und Temperatur die Bewegung der Ionen innerhalb der Paneele beschleunigen.

Ältere Installationen

Nach vielen Betriebsjahren können sich Materialien wie Vergussmassen und Dichtungsmassen verschlechtern. Gleichzeitig ist es unwahrscheinlich, dass die in diesen Projekten verwendeten Paneele moderne PID-resistente Technologien und Materialien enthalten. Daher können ältere Installationen anfälliger für PID sein.

Welche Auswirkungen hat PID?

PID kann die Leistung und Lebensdauer von Solarstromsystemen erheblich beeinträchtigen. 

Reduzierung der Stromproduktion

Die betroffenen Zellen werden einen Leistungsabfall verzeichnen und weniger Strom erzeugen. Dies verschlechtert letztlich die Gesamtstromproduktion des Solarsystems um einige Prozentpunkte bis über 30 %. Einige Forschungsergebnisse sogar aufgezeichnet ein Verlust von 80 %.

Verschlechterung der Komponenten

Das Auftreten von PID, an dem sowohl physikalische als auch chemische Prozesse beteiligt sind, kann die Strukturintegrität der Zellen. Dies kann zu Mikrorissen, Delamination und anderen Formen von Verschleiß führen. In einigen Fällen kann PID außerdem zum Ausfall von Bypassdioden führen, was die Situation verschlimmert und die Gesamtproduktion beeinträchtigt.

Systemzuverlässigkeit

Kontinuierliche PID-Effekte können zu einer langfristigen Verschlechterung führen und so die Lebensdauer der Solarmodule und des Gesamtsystems verkürzen.

Unter Umständen, wenn die PID besonders schwerwiegend ist, kann eine vollständige Abschaltung des Systems zur Beurteilung und Reparatur erforderlich sein, was zu Betriebsausfällen und enormen Produktionsverlusten führen kann.

Finanzielle Auswirkungen

Eine verminderte Produktion führt direkt zu geringeren Einnahmen für Hausbesitzer oder Betreiber von Solarparks. Andererseits kann die Behebung von PID zusätzliche Wartungsarbeiten, den Austausch von Komponenten oder die Nachrüstung mit PID-resistenten Technologien erfordern, was alles Kosten verursachen.

Insgesamt verlängert eine verringerte Leistung die Amortisationszeit der Projekte und verringert deren Return on Investment (ROI) bzw. Wiederverkaufswert.

Umwelteinflüsse

Eine geringere Effizienz und ein möglicher frühzeitiger Austausch der Module bedeuten, dass mehr Ressourcen für die Herstellung zusätzlicher Module benötigt werden. Dies führt zu einer geringeren Produktion von Ökostrom, höheren Produktionsemissionen und einem höheren CO2-Fußabdruck über den gesamten Lebenszyklus.

Wie kann PID gemindert werden?

Der Abbau kann schnell erfolgen, manchmal innerhalb von Tagen oder Wochen nach der Installation. Um ihn zu vermeiden oder zumindest zu minimieren, müssen bestimmte Strategien umgesetzt werden.

Entscheiden Sie sich für hochwertige Komponenten

Die grundlegende Strategie besteht darin, Solarmodule zu verwenden, die hohe Standards erfüllen, wie IEC 62804 und mit erstklassigen PID-resistenten Materialien für Ihr Projekt. Diese Panels enthalten hochwertige Verkapselungsmaterialien und Antireflexbeschichtungen, halten rauen Umgebungsbedingungen stand und verringern die Wahrscheinlichkeit von PID.

Optimieren Sie das Systemdesign

Durch die Reduzierung der Gesamtsystemspannung kann die elektrische Belastung verringert werden, die zu PID beiträgt. Gleichzeitig können durch den Einsatz geeigneter Erdungstechniken die Potenzialunterschiede minimiert werden, die PID verursachen.

Wenn das Budget es erlaubt, sollten Sie für Ihr Projekt transformatorbasierte Wechselrichter einsetzen, da diese eine galvanische Trennung bieten und dazu beitragen, das PID-Risiko zu verringern.

Ordnungsgemäße Installation

Vermeiden Sie die Installation von Solarstromanlagen in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit oder Salzgehalt. 

Wenn dies nicht möglich ist, stellen Sie sicher, dass die Installation ordnungsgemäß mit ordnungsgemäßer Erdung und ohne Beschattung erfolgt. Nutzen Sie effektive Belüftungsstrategien und -designs, um einen guten Luftstrom für den Betrieb der Paneele sicherzustellen.

Wartung und Überwachung

Durch regelmäßiges Reinigen der Solarmodule zum Entfernen von Staub, Schmutz und anderen Verunreinigungen kann das Auftreten von Hotspots und Fehlanpassungen, die zur Entstehung von PID beitragen können, verringert werden.

Der Einsatz moderner Überwachungssysteme hilft bei der Erkennung von PID. Dies kann mit der Überwachung auf Panelebene erfolgen Funktionalität von Mikrowechselrichtern. IV-Kurvenverfolgung, Elektrolumineszenzbildgebung und Thermographie sind ebenfalls professionelle Methoden zur PID-Erkennung.

Einführung innovativer Technologien

Kombinieren Sie den Einsatz von Anti-PID-Geräten wie Ladungsausgleichern, die entweder separate Geräte oder integrierte Module moderner Wechselrichter sein können.

Wenn der Wechselrichter nicht aktiv ist, legt die Anti-PID-Ausrüstung eine kontrollierte Gleichstromvorspannung an das Solarpanel-Array an. Diese Vorspannung ist der Polarisationsspannung entgegengesetzt, die PID verursacht. Wenn der Depolarisationsstrom fließt, wird die Polarisationsladung umgekehrt und der PID-Effekt wird gemildert.

Wie lässt sich PID mit anderen Effekten in Solarmodulen vergleichen?

Möglicherweise sind Sie inzwischen auf verschiedene Effekte bei Solarmodulen gestoßen und fragen sich, was ihre Ursachen, Auswirkungen, Zusammenhänge usw. sind. Um Ihnen ein besseres Verständnis zu vermitteln, bietet die folgende Tabelle einen kurzen Vergleich ihrer Ähnlichkeiten und Unterschiede.

PID, Hotspots und Fehlanpassungen verringern die Effizienz der Solarmodule und die Systemleistung. 

Tatsächlich können sich die drei Faktoren gegenseitig beeinflussen. PID verschlechtert die Zellleistung, was möglicherweise zu Fehlanpassungen und zur Entstehung von Hotspots aufgrund ungleichmäßiger Stromproduktion führt. In ähnlicher Weise können Hotspots und Fehlanpassungen die Zellen weiter belasten, was PID und die allgemeine Systemineffizienz verschlimmert.

Final Verdict

PID ist ein kritisches Problem bei Solarstromsystemen, da es zu erheblichen Effizienz- und Produktionsverlusten, finanziellen Auswirkungen und einer verkürzten Lebensdauer der Solarmodule führt. 

Es ist wichtig, die Ursachen, Auswirkungen und wirksamen Minderungsstrategien zu verstehen.

PID kann durch den Einsatz PID-resistenter Materialien, eine optimale Systemauslegung und regelmäßige Wartung eingedämmt werden. 

Durch die wirksame Behandlung des PID-Problems wird eine nachhaltige und effiziente Produktion von Solarenergie gewährleistet, wodurch sowohl finanzielle als auch ökologische Investitionen geschützt werden.