P. Lechner, S. Hummel, J. Schnepf, D. Geyer
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW)
31. Symposium Photovoltaische Solarenergie, Bad Staffelstein, 09.-11.03.2016
Prognose von Leistungserholung im Feld nach Potential-induzierter Degradation (PID)
PID ”Live-Monitoring” im Feld: Degradation und Regeneration wird sichtbar
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Wie lange dauert eigentlich die Erholung nach Anti-PID-Maßnahme?
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• PID Fakten
• Thermische Regeneration - Untersuchungen im Labor - Funktionaler Fit - Validierung im Feld
• Regeneration mit Gegenspannung
Inhalt
PID-s (shunting) von c-Si Zellen
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EBIC: lokalisierte Shunts / SIMS: Na+ Map Bauer, MPI, Phys. Status Solidi (2012)
Na dekorierte Stapelfehler V. Naumann, Phys. Status Solidi (2013)
PID Detektion
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Elektrolumineszenz: inaktive Zellen
IR-Thermographie: 3-5K Temp.-Erhöhung
SCADA:: Reduktion
Stringspannung
c-Si: 1000W/m²
0
2
4
6
8
10
0 10 20 30 40Voltage [V]
Cur
rent
[A
]
initial10h PID50h PID
c-Si: 200W/m²
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 10 20 30 40Voltage [V]
Cur
rent
[A
]
initial10h PID50h PID
I-V Kennlinien
PID Gegenmaßnahmen
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• Stapelfehler vermeiden
• Si Oberflächenbehandlung (UV-Oxidation)
• Modifikation SiN AR-Schicht
• Hochohmiges Einkapselmaterial
• Kein negatives Potential (Erdung, WR)
• Gegenspannung nachts
Modul IEC 62804-1 PID Test
System Präventiv; nach Schaden
Regeneration von PID
Erholung möglich durch:
• erhöhte Temperatur; thermische Regeneration (TR)
• Gegenspannung; Potential-induzierte Regeneration (PIR)
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vor und nach PID-Erholung:
Diffusion von Na aus Stapelfehler D. Lausch, Energy Procedia 55 (2014)
Thermische Regeneration (TR): Laborversuche
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1) PID-Stress
• 60-Zellen poly c-Si Module
• PID Test bei 25°C/95%RH; -1000V
• Stopp bei etwa Pmin= 0,7*Pini
2) Regeneration
• Bei 25°C, 60°C und 85°C
• Normierung TR(t) =(P(t)-Pmin)/(Pini-Pmin)
Regeneration bei 25°C, 60°C and 85°C
• TR ist stark temperaturabhängig
Thermische Regeneration: Experiment und Fit
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• Gut fitbar mit gestreckter Exponentialfunktion
• β = 0.63 konstant für alle Temperaturen
• Aktivierungsenergie Ea = 0.70eV
Fit für: normierte Regeneration TR: TR(t) = 1- e -(t /τ)β
mit 0< β <1
Arrhenius Abhängigkeit für die Zeitkonstante τ
τ = τ0 e -(Ea/kT)
Ea Aktivierungsenergie
Prognose der thermischen Regeneration im Feld
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Fit Funktion: -gestreckte Exponential
-Arrhenius
Feld: Tmod(t)
TU(t), E(t)
Lab Test: τ, β, Ea
Feld: P(t)
Thermische Regeneration im Feld-Experiment Fallstudie: Erdung Minuspol
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1) PID-Stress im Labor
• 60-Zellen poly c-Si Module
• PID Test bei 25°C/95%RH; -1000V
• Stopp bei etwa Pmin= 0,7*Pini
2) Regeneration im Feld
• Kein Potential
• Kennlinienmonitoring
• Warten……
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• Gute Validierung der Felddaten mit Ea=0.70eV, β = 0.63
• 40% Erholung nach 1 Jahr, 90% nach 10 Jahren
Thermische Regeneration: Validierung und Prognose
• Prognose für 15K wärmeren Standort: 70% in 1 Jahr, 90% nach 3 Jahren
initial
nach PID
nach 1 Jahr TR
Regeneration mit Gegenspannung: Laborversuch (Potential-induzierte Regeneration, PIR)
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1) PID-Stress
• 60-Zellen poly c-Si Module
• PID Test bei 25°C/95%RH; -1000V
• Stopp bei etwa Pmin= 0,7*Pini
2) Regeneration
• +1000V 16, 25, 50°C und 95%r.F.
• Normierung R(t) =(P(t)-Pmin)/(Pini-Pmin)
Potential-induzierte und thermische Regeneration bei 25°C
• PIR ist deutlich schneller als TR
Fit und Skalierung der Regeneration mit Gegenspannung
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• Guter Fit für PIR mit gestauchter Expontialfunktion, β=1.6
• Abweichung bei langen Zeiten: möglicherweise irreversible Degradation
• Skalierbar mit transferierter Ladung
Regeneration mit Gegenspannung im Feld
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1) PID Stress (Labor)
2) PIR (Feld)
• Testfeld Widderstall +1000V nachts
• Leckstrommonitoring
• Kein PID-Stress tagsüber
• Übereinstimmung Leckstrom Labor und Feld
• Arrhenius-aktivierter Leckstrom
Feld: Erholung skaliert mit transferierter Ladung
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• Feld und Labordaten für PIR gut mit gestauchter exp-Funktion fitbar
• 95% Erholung nach etwa 1 Monat
Thermische Regeneration (TR) nach PID
• Erholung kann Jahre dauern
• Fitbar mit gestauchter exp-Funktion
• Feldverhalten ist prognostizierbar
Regeneration mit Gegenspannung (PIR)
• Signifikant schneller als TR
• Fitbar mit einer gestauchten exp-Funktion
• Transferierte Ladung als Treiber, Strom muss fließen
=> Laborcharakterisierung des Modultyps notwendig für Prognose
Zusammenfassung
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Danke für Ihre Aufmerksamkeit!
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