با افزایش ظرفیت نیروگاه‌های خورشیدی، توجه به عوامل کاهنده بازده و طول عمر این نیروگاه‌ها را بیش از پیش ضروری ساخته است. در این میان، پدیده Potential Induced Degradation یا PID، یکی از مخرب‌ترین و پرهزینه‌ترین عوامل کاهش توان در ماژول‌های فتوولتائیک محسوب می‌شود. این پدیده به دلیل اختلاف پتانسیل الکتریکی بالا بین سلول‌های خورشیدی و بدنه پنل ایجاد شده و می‌تواند توان خروجی یک رشته (String) را به طور دائمی كاهش دهد. این مقاله به بررسی مکانیزم‌های شکل‌گیری PID، عوامل مؤثر بر آن، راه‌کارهای تشخیص، جلوگیری و بازیابی ماژول‌های آسیب‌دیده می‌پردازد.
مقدمه
تصور کنید یک نیروگاه خورشیدی با سرمایه‌ای کلان احداث کرده‌اید، اما پس از چند ماه یا سال متوجه کاهش تدریجی و مرموز توان خروجی آن می‌شوید. این کاهش توان لزوماً ناشی از کثیفی پنل‌ها یا استهلاک عادی نیست، بلکه یک “بیماری خاموش” به نام PID در حال تخریب سلول‌های شماست. شناخت این پدیده برای تمام دست‌اندرکاران حوزه انرژی خورشیدی، از سرمایه‌گذاران و مهندسان تا بهره‌برداران، امری حیاتی است. موضوعي كه توجه چنداني بدان نشده و علم كافي در اين زمينه وجود ندارد.
پديده PID چیست؟
PID یک پدیده تخریب عملکرد در پنل‌هاي خورشيدي است که در اثر اختلاف پتانسیل بین مدار سلول‌های خورشیدی و بدنه پنل كه عملا زمين شده ایجاد می‌شود. این ولتاژ بالا باعث مهاجرت یون‌ها (عمدتاً سدیم) در داخل شیشه، لایه‌های encapsulant (EVA) و لایه ضد انعکاس (ARC) سلول شده و با توجه به وقوع ساير واكنش‌ها؛ منجر به كاهش توان توليدي پنل مي‌گردد.
عوامل تشدیدکننده PID
شدت PID به چندین عامل داخلی و خارجی بستگی دارد:
ولتاژ سمت DC: هرچه ولتاژ رشته نسبت به زمین بیشتر باشد، احتمال وقوع و سرعت پیشرفت PID بالاتر می‌رود.
دما و رطوبت: شرایط گرم و مرطوب (مانند اقلیم جنوبی ایران) رسانایی لایه EVA را افزایش داده و مهاجرت یون‌ها را تسهیل می‌کند. این عامل اصلی تشدید PID است.
مواد سازنده ماژول: کیفیت شیشه (میزان سدیم)، فرمولاسیون EVA، نوع پوشش ضد انعکاس سلول و کیفیت سلول، نقش تعیین‌کننده‌ای در مقاومت ماژول در برابر PID دارند.
اثرات و علائم PID در نیروگاه
کاهش شدید و ناهمگون توان: کاهش توان در رشته‌های مختلف یکنواخت نیست و ممکن است برخی رشته‌ها تا ۳۰٪ افت داشته باشند.
افزایش تلفات: بازده کلی نیروگاه به شکل غیرقابل توجیهی کاهش می‌یابد.
نقاط داغ: سلول‌های آسیب‌دیده در تصویربرداری حرارتی به صورت نقاط بسیار داغ دیده می‌شوند که خطر آتش‌سوزی را نیز افزایش می‌دهند.
تخریب دائمی: در مراحل پیشرفته، آسیب وارده به سلول‌ها غیرقابل برگشت می‌شود.
راه‌کارهای مقابله با PID
راه‌کارهای پیشگیرانه
انتخاب ماژول‌های مقاوم در برابر PID: امروزه بسیاری از سازندگان، ماژول‌هایی تولید می‌کنند که با استفاده از EVA با کیفیت بالا، شیشه کم‌سدیم و فرآیندهای ساخت بهینه، در آزمایش‌های استاندارد (مثلاً IEC 62804) مقاومت بالایی در برابر PID از خود نشان می‌دهند.
اتصال به زمین صحیح: در برخی طراحی‌ها، اتصال مستقیم قطب مثبت یا منفی به زمین می‌تواند ولتاژ نسبت به زمین را کاهش دهد، اما این کار ملاحظات ایمنی خود را دارد و باید با دستورالعمل سازنده اینورتر مطابقت داشته باشد.
استفاده از اینورترهای دارای ترانسفورماتور: اینورترهای ترانس‌دار به طور گالوانیک سمت DC و AC را از هم جدا می‌کنند و به طور مؤثری ولتاژ نسبت به زمین را محدود می‌کنند. البته این اینورترها بازده کمتری دارند.
استفاده از اينورترهاي مجهز به تكنولوژي PID Recovery يا Anti PID: اين اينورترها با توجه سخت‌افزارها و نرم‌افزارهايي كه اضافه مي‌شود منجر به كاهش اثر PID در نيروگاه مي‌شوند. در صورت استفاده از اين اينورترها بايد ملاحظات ايمني مد نظر سازنده اينورتر رعايت گردد.
نتیجه‌گیری
پدیده PID یک تهدید جدی برای توجیه اقتصادی و پایداری عملکرد نیروگاه‌های خورشیدی در بلندمدت است. سرمایه‌گذاری در مرحله خرید، برای انتخاب ماژول‌های با کیفیت و مقاوم در برابر PID، بسیار کم‌هزینه‌تر از پرداخت هزینه‌های سنگین تعمیرات و جایگزینی ماژول‌ها در آینده خواهد بود. پایش مستمر عملکرد نیروگاه و استفاده از تکنیک‌های تشخیصی مانند EL و ترموگرافی، امکان شناسایی زودهنگام این مشکل و اقدام اصلاحي را فراهم می‌سازد. با آگاهی از این پدیده و به کارگیری راه‌کارهای فنی مناسب، می‌توان از توان کامل نیروگاه خورشیدی در طول عمر طراحی شده آن بهره برد.