PID-Potential Induzierte Degradation

Untersuchungen verschiedener Solarmodulhersteller und PV-Prüfinstitute haben gezeigt, dass Photovoltaiksysteme mit hohen Systemspannungen (500-1000 V DC) spannungsbedingte Leistungsverluste (Degradationen) verursachen können (Video).

Dabei ist die potential induzierte Degradation (PID) neben Polarisationen, elektrolytischen und elektromechanischen Korrosionen  nur eine der möglichen Abbaumechanismen, die zu Leistungsminderung und somit Ertragseinbußen führen können.

Der PID-Effekt ist schon seit mehreren Jahren bekannt. Veröffentlichungen aus den Jahr 2006 betrafen damals nur die kristallinen Hochleistungsmodule der Fa. Sunpower. 2007 traten dann PID-Effekte auch bei manchen Solarmodulen der Fa. Evergreen auf. Bei vielen anderen kristallinen Solarmodulen und Herstellern war dieser Effekt bis vor kurzem noch nicht relevant.

Neben der hohen Systemspannung gegen Erdpotential begünstigen die neuen Zellproduktionsverfahren der letzten Jahre das Auftreten des PID-Effekts wie Zelldicke, Einbettungsmaterial, Produktionstechnik des Antireflexglases oder auch die Art und Weise wie der Zellenrand ausgeführt wurde.
Bei PID-anfälligen Solarmodulen können vor allem am Anfang oder Ende eines Modulstrangs, dort wo das Spannungspotential gegen Erde am größten ist, kleine Leckströme von der eingekapselten Solarzelle durch das Einbettungsmaterial über das Deckglas und Modulrahmen gegen Erde abfließen. Je nach Zelltechnologie führt dies zu einer Ansammlung von positiven oder negativen Ladungsträgern an der Zelloberfläche bzw. in der Antireflexschicht. Direkt unter der Antireflexschicht befindet sich jedoch das dotierte Silizium der Solarzelle. Je mehr Zeit vergeht, umso mehr Ladungsträger sammeln sich dort, da diese nicht abfließen können, die Zelle wird quasi an der Oberfläche kurzgeschlossen, und kann weniger oder keinen Strom mehr erzeugen.
In einer Elektrolumineszenzaufnahme erscheinen diese Zellbereiche je nach Schädigung in verschiedenen Grau- und Schwarzstufen. Unbeschädigte Zellbereiche dagegen erscheinen meist weiß bis hellgrau.

Neben den modulspezifischen Ursachen können weitere Faktoren zur Verstärkung des PID-Effekts beitragen wie feuchte bzw. feuchtwarme Modulumgebungen, Regen, regelmäßige Betauung,
Verschmutzungen durch Staub, Sand, Salz, Ammoniakdämpfe aus der Landwirtschaft. Auch die Art und Weise der Erdung des Generatorfeldes und der grundsätzliche Wechselrichteraufbau (trafo/trafolos) bzw. die Wechselrichtertopologie  sind maßgeblich beteiligt am Auftreten des PID-Effekts.

Die PID-bedingten Leistungsminderungen lassen sich nach aktuellem Forschungsstand meist wieder beheben oder mindern. Zur Sanierung von geschädigten Anlagen wird nach Absprache mit Modul- und Wechselrichterhersteller meist der negative Pol des Modulstrangs geerdet. Der PID-Effekt kann sich so über Wochen wieder abbauen, je nachdem wie weit die Schädigung schon vorangeschritten ist. Durch Anlegen einer hohen positiven Spannung an den beschädigten Modulen  wird der Regenerationsprozess deutlich schneller ablaufen. Dafür befinden sich bereits mehrere Hersteller am Markt, die mit sogenannten Offset-Boxen nachts eine positive Gegenspannung an die Module bringen.

PID-Schädigungsgrade am Modul
PID-Häufung am Minuspol
PID-Luftbildaufnahme

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