PID效应的成因和解决方案(1)

3.0 2026-06-12 4 4 974.76KB 8 页 10龙币

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PID 效应的成因、解决措施及成功案例

一、PID 效应的发现和成因

1.1 PID 效应(Potential Induced Degradation)全称为电势诱导衰减。

PID 直接危害就是大量电荷聚集在电池片表面，使电池表面钝化效果恶化，

从而导致电池片的填充因子、开路电压、短路电流降低，电池组件功率衰减。

目前光伏行业比较认可的一种 PID 效应成因是:随着光伏系统大规模应用，

系统电压越来愈高，电池组件的开路电压高达 1000V，工作电压为 720V.

由于防雷工程的需要，一般组件的铝合金边框都要求接地，这样在电池片和

铝框之间就形成了接近 1000V 的直流高压。

电池组件在封装的层压过程中，分为 5层。从外到内为:玻璃、EVA、电

池片、EVA、背板。由于 EVA 材料不可能做到 100%的绝缘，特别是在潮

湿环境下水气通过作为封边用途的硅胶或背板进入组件内部。EVA 的酯键在

遇到水后按下面的过程发生分解，产生可以自由移动的醋酸。醋酸和玻璃表

面碱反应后，产生了钠离子。钠离子在外加电场的作用下向电池片表面移动

并富集到减反层而导致 PID 现象的产生(图1-1 为PID 效应产生的原理图)。

图1-1

实验数据表明已经衰减的电池组件在 100℃左右的温度下烘干 100 小

时以后,由PID 引起的衰减现象消失了。从而得到一个结论:某些引起 PID 衰

减的过程是可逆的。当然在实际工程中，高温加热组件的这种方式不现实，

不可能大规模应用。因此根据 PID 效应产生的原因可在晚间对组件和大地之

间施加正电压，组件的正负极进行短接，同时在电池组件与大地之间施加

1000V 左右的直流正压，让白天迁移到电池片上的离子移出电池片，恢复电

池片 PN 结中的电子。如图 1-2

1.2 PID 效应的危害

PID 效应的危害使得电池组件的功率急剧衰减。使得电池组件的填充因子

(FF)、开路电压、短路电流减少。减少太阳能电站的输出功率，减少发电量。

减少太阳能发电站的电站收益。

图1-3 所示由于 PN 结中的电子损失的越来越多，导电性能越来越差。导致

电池组件的发电性能下降。最多能达到 50%甚至更高。

1.3 PID 效应的预防和恢复方案

PID 效应并非不可预防和恢复，目前国内外工程施工中为了预防 PID 效

应很多逆变器厂家都推出了自己的解决方案。比如集中式逆变器的负极接地

解决方案;组串逆变器并联时的单点接地解决方案;以SMA 为代表的 PID 夜间

补偿解决方案。

1.3.1 集中式逆变器负极接地

负极接地方案，被多家逆变器供应厂商应用后证明是一个解决 PID 衰减

的有效方案。特别是国内使用 500kW 逆变器的大型地面电站。负极接地有

非常重要的使用意义.

目前国内 500kW 大功率集中型逆变器均采用非隔电路结构，通过隔离

升压变压器并网。为了满足 IEC62109，UL1741 等国际主流逆变器规范的

需求，在负极接地的同时应该做几点改造:

(I)增加GFDI(直流对地故障检测)

由于整个系统负极接地,如果绝缘出现故障,正极就会对地放电,由于是

1000V 的高压对地放电的故障是非常危险的,所以逆变器应采用具有 GFDI

装置的内部接地设计, 如果发生 PV+对地故障，可以将GFDI 保险丝熔断或

者使短路开关跳脱。依据UL1741 标准大于 250kW 的太阳能系统最大对地

故障电流为 5A，在 GFDI 线路中使用 5A 的熔断器或者断路器。系统正常工

作时，熔断器或者断路器两端的电压为零。如果发生故障熔断器或断路器的

端电压变为光伏直流侧系统电压。电压瞬变产生了 I/O 信号,逆变器产生了报

警信号。逆变器停止运行，接地故障的电池组件整列被切除。(图1-8 所示)

(II)增加ISO(绝缘检测)功能:

依据IEC62109，非隔离型并网逆变器需要在开机前进行组件的绝缘阻抗检

测，市场主流的 500KW 逆变器一般都会采用Bender ISO 侦测器.在绝缘

检测前，逆变器断开电池组件接地的熔断器或断路器，检测完成后再闭合接

地的熔断器或断路器。

(III)防雷改造

当负极接地后，输出交流防雷器耐压值由原来的交流300V 上升为直流

侧系统电压(500V-1000V 左右)需要更换交流侧防雷。对于 SPD 原来正极

接地,正极对地防雷由 A和C串联组成，负极对地防雷由 B和C串联组成，

正极对负极的防雷由 A和B串联组成。将负极接地后(图1-9 所示)正极对地

防雷由 A和B//C 串联组成，防雷结构发生了变化,直流侧SPD 也需进行合适

的选型。

1.3.2 组串式逆变器并联后负极接地

在分布式系统中,使用组串式逆变器,PID 现象的发生同样不可避免。负

极接地同样是一种行之有效的预防措施，由于组串逆变器系统和集中式逆变

器系统的差异，需要另一种接地方式，一种虚拟接地的方式。

二、成功案例数据

北京密云电站使用负极接地方法成功阻止 PID 的发生，如下是几组测试

数据！

如下是恢复前的 EL 影像

如下是恢复后的 EL 影像

三、产品介绍

1、功能介绍

a、GFDI(直流对地故障检测)功能

依据UL1741 标准大于 250kW 的太阳能系统最大对地故障电流为

5A，本产品采用开关管串联 0.2 欧母电阻接地（非保险丝可恢复），当

DSP 采集到开关电流大于等于5A 时，会及时断开开关。系统正常工作时，

开关两端的电压为零。如果发生故障 DSP 会送一个干节点信号,控制逆变器

停止运行，接地故障的电池组件整列被切除。

b、ISO(绝缘检测)功能

本产品具备绝缘检测功能，实时监测正极负极对地绝缘阻抗及漏电流。

开机前3分钟重复检测绝缘阻抗及漏电流，此时负极接地功能未开启，当漏

电流不超过我们设定的定值则启动负极接地功能。负极接地功能启动期间，

实时监测正极对地绝缘阻抗及漏电流，每分钟闪断负极接地 40 微秒用于侦

测负极对地绝缘阻抗及漏电流，此动作不显示为负极接地断开！目的是防止

因负极接地，负极对地绝缘被破坏无法侦测。而此时如果正极对大地绝缘被

破坏，GFDI 功能性保护动作，负极接地保护断开，但是仍然会通过此处负

极绝缘破坏的点有回路电流造成损失。

c、负极接地功能

采用开关功能性接地（阻抗 0.02～1欧母），当绝缘异常、漏电超设定值

或者GFDI 保护动作时可在 20nS 时间断开负极接地。

2、应用

使用条件：

※海拔高度不超过5000 米

※环境温度：-25～65℃，空气湿度在 45℃时不超过90%。

※周围环境无腐蚀性气体，无导电尘埃，无易燃易爆介质存在。

技术参数：

额定电压： 200～1000Vdc

阻抗范围： 0～1000MΩ

0～999KΩ

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