Prognose von Leistungserholung im Feld nach Potential-induzierter Degradation (PID)

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1 31. Symposium Photovoltaische Solarenergie, Bad Staffelstein, Prognose von Leistungserholung im Feld nach Potential-induzierter Degradation (PID) P. Lechner, S. Hummel, J. Schnepf, D. Geyer Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW)

2 PID Live-Monitoring im Feld: Degradation und Regeneration wird sichtbar Wie lange dauert eigentlich die Erholung nach Anti-PID-Maßnahme? 2

3 Inhalt PID Fakten Thermische Regeneration - Untersuchungen im Labor - Funktionaler Fit - Validierung im Feld Regeneration mit Gegenspannung 3

4 PID-s (shunting) von c-si Zellen EBIC: lokalisierte Shunts / SIMS: Na + Map Bauer, MPI, Phys. Status Solidi (2012) Na dekorierte Stapelfehler V. Naumann, Phys. Status Solidi (2013) 4

5 PID Detektion SCADA:: Reduktion Stringspannung Current [A] c-si: 1000W/m² initial 10h PID 50h PID Voltage [V] c-si: 200W/m² IR-Thermographie: 3-5K Temp.-Erhöhung Current [A] 2,5 2 1,5 1 initial 10h PID 50h PID 0, Elektrolumineszenz: inaktive Zellen Voltage [V] I-V Kennlinien 5

6 PID Gegenmaßnahmen Stapelfehler vermeiden Si Oberflächenbehandlung (UV-Oxidation) Modifikation SiN AR-Schicht Hochohmiges Einkapselmaterial Modul IEC PID Test Kein negatives Potential (Erdung, WR) Gegenspannung nachts System Präventiv; nach Schaden 6

7 Regeneration von PID vor und nach PID-Erholung: Diffusion von Na aus Stapelfehler D. Lausch, Energy Procedia 55 (2014) Erholung möglich durch: erhöhte Temperatur; thermische Regeneration (TR) Gegenspannung; Potential-induzierte Regeneration (PIR) 7

8 Thermische Regeneration (TR): Laborversuche 1) PID-Stress 60-Zellen poly c-si Module PID Test bei 25 C/95%RH; -1000V Regeneration bei 25 C, 60 C and 85 C Stopp bei etwa P min = 0,7*P ini 2) Regeneration Bei 25 C, 60 C und 85 C Normierung TR(t) =(P(t)-P min )/(P ini -P min ) TR ist stark temperaturabhängig 8

9 Thermische Regeneration: Experiment und Fit Fit für: normierte Regeneration TR: TR(t) = 1- e mit 0< β <1 -(t /τ)β Arrhenius Abhängigkeit für die Zeitkonstante τ τ = τ 0 e -(Ea/kT) E a Aktivierungsenergie Gut fitbar mit gestreckter Exponentialfunktion β = 0.63 konstant für alle Temperaturen Aktivierungsenergie E a = 0.70eV 9

10 Prognose der thermischen Regeneration im Feld Fit Funktion: -gestreckte Exponential -Arrhenius Feld: T mod (t) T U (t), E(t) Feld: P(t) Lab Test: τ, β, E a 10

11 Thermische Regeneration im Feld-Experiment Fallstudie: Erdung Minuspol 1) PID-Stress im Labor 60-Zellen poly c-si Module PID Test bei 25 C/95%RH; -1000V Stopp bei etwa P min = 0,7*P ini 2) Regeneration im Feld Kein Potential Kennlinienmonitoring Warten 11

12 Thermische Regeneration: Validierung und Prognose initial nach PID Gute Validierung der Felddaten mit E a =0.70eV, β = 0.63 nach 1 Jahr TR 40% Erholung nach 1 Jahr, 90% nach 10 Jahren Prognose für 15K wärmeren Standort: 70% in 1 Jahr, 90% nach 3 Jahren 12

13 Regeneration mit Gegenspannung: Laborversuch (Potential-induzierte Regeneration, PIR) 1) PID-Stress 60-Zellen poly c-si Module PID Test bei 25 C/95%RH; -1000V Potential-induzierte und thermische Regeneration bei 25 C Stopp bei etwa P min = 0,7*P ini 2) Regeneration +1000V 16, 25, 50 C und 95%r.F. Normierung R(t) =(P(t)-P min )/(P ini -P min ) PIR ist deutlich schneller als TR 13

14 Fit und Skalierung der Regeneration mit Gegenspannung Guter Fit für PIR mit gestauchter Expontialfunktion, β=1.6 Abweichung bei langen Zeiten: möglicherweise irreversible Degradation Skalierbar mit transferierter Ladung 14

15 Regeneration mit Gegenspannung im Feld 1) PID Stress (Labor) 2) PIR (Feld) Testfeld Widderstall +1000V nachts Leckstrommonitoring Kein PID-Stress tagsüber Übereinstimmung Leckstrom Labor und Feld Arrhenius-aktivierter Leckstrom 15

16 Feld: Erholung skaliert mit transferierter Ladung Feld und Labordaten für PIR gut mit gestauchter exp-funktion fitbar 95% Erholung nach etwa 1 Monat 16

17 Zusammenfassung 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 17

18 // Energy with a future // Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff- Forschung Baden-Württemberg (ZSW) Danke für Ihre Aufmerksamkeit! contact: Peter.lechner@zsw-bw.de Stuttgart: Photovoltaics PV-Test lab Solab Energy Policy Energy Carriers Solar Test Facilitiy Widderstall Ulm: Electrochemical Energy Technologies elab 18