La degradazione indotta dal potenziale si verifica nei pannelli a film sottile e in quelli in silicio cristallino. Qui viene illustrato il tema dei pannelli cristallini.

Che cos'è la degradazione indotta dal potenziale?

La degradazione indotta dal potenziale (PID) è un fenomeno che può portare a un crescente calo di prestazioni nei pannelli solari, innescato da movimenti indesiderati dei portatori di carica nel pannello. Si distinguono tre effetti: un cortocircuito della giunzione p-n nella cella (PID-s), la corrosione della cella (PID-c) e la compromissione della passivazione della cella (PID-p). Il PID-s è stato riscontrato più frequentemente nei pannelli cristallini realizzati con celle solari di tipo p, con un calo delle prestazioni fino al 50%. Tuttavia, la degradazione è reversibile, in tutto o in parte.

Su quali pannelli può verificarsi la PID?

Finora la PID è stata riscontrata in pannelli cristallini di vario tipo: quelli realizzati con celle di tipo n e con celle di tipo p, con una superficie posteriore in alluminio più semplice (cella Al-BSF), come le celle solari prodotte per lo più fino al 2018, e con uno strato dielettrico aggiuntivo, come le celle PERC ora più diffuse. La PID in un pannello non è rilevabile dall'esterno.

Come è emersa la PID?

La PID è stata osservata per la prima volta sul campo nel 2006 nei pannelli di Sunpower. Nel 2008, l'azienda Evergreen Solar ha segnalato problemi analoghi in pannelli ai quali erano stati applicati contatti utilizzando un processo modificato. Entrambe le aziende hanno analizzato e riconosciuto il calo di prestazioni: a causa di una differenza di potenziale tra il pannello e la terra, si verificava un accumulo indesiderato di portatori di carica. Questo accumulo spariva quando la differenza di potenziale veniva invertita. Sunpower ha raccomandato quindi di applicare a terra una tensione di meno 1.000 Volt per un'ora. Evergreen ha invece aggiornato gli impianti interessati con una box in grado di creare di notte un potenziale positivo sul generatore rispetto alla terra.

In che momento la PID è diventata un problema per l'intero settore solare?

Se inizialmente la PID sembrava essere un problema per le celle ad alte prestazioni con contatto posteriore di Sunpower e per le celle String Ribbon a strato molto sottile di Evergreen, nel 2010 il settore si è reso conto che anche i pannelli più diffusi sul mercato realizzati con celle di tipo p presentavano la PID. A ciò hanno contribuito anche le tensioni di sistema sempre più elevate degli impianti fotovoltaici. 

Quali fattori influiscono sulla PID?

Oltre al livello della differenza di potenziale, ci sono altri quattro fattori che favoriscono la PID: umidità, aria calda, sporcizia dei pannelli e luce diffusa. Ciò significa che gli impianti fotovoltaici nell'Europa meridionale e vicino alla costa sono più frequentemente colpiti rispetto agli impianti in Germania lontani dal Mare del Nord e dal Mar Baltico. L'impianto che ha portato la PID all'attenzione dell'intero settore si trovava a Maiorca.

Cosa succede nei pannelli con PID?

Nelle celle solari di tipo p, dal vetro frontale vengono rilasciati ioni di sodio con carica positiva, che migrano attraverso il materiale di incapsulamento e lo strato antiriflesso in presenza di una differenza di potenziale negativa tra il pannello e la terra, si accumulano all'interfaccia della cella di silicio e infine si diffondono nel silicio in presenza di minuscoli difetti nel reticolo cristallino. Gli ioni mettono in cortocircuito le aree p e n della cella. Il risultato è un calo delle prestazioni. I processi sono leggermente diversi per le celle in silicio di tipo n, ma anche in queste si verificano correnti di dispersione a causa della differenza di potenziale tra il pannello e la terra.

Come sta agendo il settore in contrasto alla PID?

I produttori possono ridurre la sensibilità dei pannelli alla PID: i pannelli in vetro-vetro sono meno suscettibili alla PID. Questo perché l'umidità può diffondersi attraverso la lamina posteriore di un pannello vetro-lamina, permettendo agli ioni di essere rilasciati dal vetro anteriore. Con l'impiego di un materiale di incapsulamento con una resistenza più elevata, gli ioni positivi fanno più fatica ad attraversare il materiale. Se lo strato di nitruro di silicio sulle celle ha una conducibilità più elevata, la tensione attraverso lo strato è più bassa in caso di corrente di dispersione e gli ioni metallici sono meno attratti dalla cella. Grazie a queste misure, la maggior parte dei produttori è riuscita a risolvere il problema dopo il 2010, secondo le stime degli esperti. I produttori etichettano i loro prodotti come "PID-free" o "PID-safe" testandoli in conformità alla norma IEC 62804 in un laboratorio di prova.

Come fanno gli installatori a prevenire la PID?

Nelle regioni umide e calde, potrebbe non essere sufficiente affidarsi all'etichetta "PID-safe". Anche il tipo di installazione contribuisce a prevenire questo problema. La PID è innescata da un'elevata differenza di potenziale tra i pannelli e la terra; in altre parole, più alta è la tensione di sistema di un impianto, più alto è il rischio di PID Con le celle di tipo p, i pannelli hanno un potenziale negativo verso terra; con le celle di tipo n, i pannelli hanno un potenziale positivo verso terra. Se l'inverter lo consente, il polo negativo o positivo del generatore del pannello può essere collegato a terra. Quindi la PID non si verifica. A tal fine è necessario utilizzare un inverter con trasformatore. Con gli inverter senza trasformatore, è possibile utilizzare un dispositivo aggiuntivo per invertire il potenziale durante la notte, come nel caso di Evergreen.

Cosa fare se un impianto è potenzialmente affetto da PID?

Se un impianto installato di recente mostra rendimenti piuttosto bassi, è opportuno controllarlo. In presenza di PID-s, il calo delle prestazioni può essere invertito, e quanto meno avanzata è la degradazione, tanto più completa è l'inversione. Il fenomeno del PID-s può essere rilevato tramite una misurazione della potenza in loco e registrazioni di termografia e/o elettroluminescenza sul campo o in un laboratorio di prova. L'aggiornamento con box per l'inversione di potenziale notturna o la messa a terra del polo negativo può essere effettuata anche in un secondo momento.

Autrice: Ines Rutschmann

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