Wechselrichter helfen bei der Bekämpfung von PID im Zuge der Weiterentwicklung der Solartechnologie

Von Kelsey Misbrener | 24. Januar 2023

Yaskawa Solectria String-Wechselrichter bei einem Dünnschicht-Solarprojekt.

Die potenziell induzierte Degradation (Potential Induced Degradation, PID) beschäftigt die Solarindustrie seit ihrer Entstehung. Dieses Phänomen tritt auf, wenn die Hochspannungs-Gleichstromseite eines Solarprojekts neben anderen Geräten mit unterschiedlicher Spannung installiert wird. Die Diskrepanz kann eine Natriummigration auslösen, bei der im Modulglas eingeschlossene Elektronen entweichen und die Moduldegradation beschleunigen.

„Diese inhärente große Größe führt zu diesem PID-Verhalten, wenn die Module oder die Leistungselektronik nicht speziell darauf ausgelegt sind, dies zu mildern“, sagte Steven Marsh, Senior Director für Technologie und Design beim Großentwickler Origis Energy.

Dünnschichtmodule sind aufgrund ihrer höheren Spannung und Materialbeschaffenheit anfälliger für PID, aber auch kristalline Siliziummodule sind gefährdet, wenn die Wafer Fehler aufweisen. Der Entwickler Silicon Ranch legt bei beiden Arten von Projekten großen Wert auf die Anti-PID-Funktionalität für String-Wechselrichter.

„Sie werden unterschiedlich hergestellt, aber es ist die gleiche übergeordnete Sorge, die ein Solardesigner haben muss, nämlich diese kleinen Schwächen in den Solarmodulen, vor denen Sie sich mit Anti-PID-Funktionen in Ihren Wechselrichtern schützen“, sagte Nick de Vries, SVP für Technologie und Asset Management bei Silicon Ranch.

Wenn eine neue Panel-Technologie auf den Markt kommt, dauert es oft einige Zeit, das Produkt zu verfeinern, um das PID-Risiko zu reduzieren. Frühe Modelle von bifazialen Glas-auf-Glas-Modulen hatten Probleme mit PID, aber die Hersteller haben seitdem Fortschritte gemacht, sagte Marsh.

„[PID] kommt von Zeit zu Zeit zurück, wenn sich die Technologie weiterentwickelt, einfach weil es sehr neu ist und sich weiterentwickelt. Es ist eine sehr anspruchsvolle Bedingung, die Module durchlaufen müssen“, sagte er.

Zentralwechselrichter sind eine sichere Möglichkeit, PID zu vermeiden. Sie verfügen über eingebaute Transformatoren, die negativ geerdet sind und die Gleich- und Wechselstromseite des Systems isolieren.

Da jedoch bei größeren Projekten zunehmend transformatorlose String-Wechselrichter eingesetzt werden, um Betrieb und Wartung zu vereinfachen, mit Dünnschichtmodulen und auf andere Weise, müssen Projekteigentümer nun über eine PID-Minderung nachdenken.

„Es gibt ein paar wichtige Möglichkeiten, eine galvanische Trennung zu erreichen, und ein Transformator ist eine davon. Leider führt die Umstellung auf transformatorlose Geräte zu diesem Problem“, sagte Marsh. „Die PV-Anlage wird am Ende schwebend sein, und das bedeutet normalerweise, dass etwa die Hälfte der Module im gesamten System eine negative Vorspannung gegenüber der Erde erfahren.“

Um PID in transformatorlosen String-Wechselrichtern zu vermeiden, können einige Methoden eingesetzt werden. Installateure können einen geerdeten Trenntransformator hinzufügen oder den Aufwärtstransformator auf der AC-Seite erden. Und Hersteller fügen Stringwechselrichtern jetzt spezielle Hardware und Software hinzu, um PID zu bekämpfen.

Laut Marsh gibt es zwei Kategorien der PID-Abschwächung bei String-Wechselrichtern: aktive Anti-PID-Methoden und passive PID-Wiederherstellungsmodi. Aktive Anti-PID-Hardware- und Softwarelösungen nutzen die Gleichstromseite des Systems und erhöhen die Spannung, sodass sich alle Module über der Erde befinden. Andererseits arbeiten PID-Wiederherstellungsmethoden nachts, um die tagsüber angesammelte PID rückgängig zu machen. Der Dünnschichthersteller First Solar gibt jedoch an, dass seine Module besser auf die aktive Anti-PID-Funktion reagieren als auf die PID-Wiederherstellung.

SMA-Stringwechselrichter bei einem Dünnschichtprojekt auf der Silicon Ranch.

Einige Hersteller von String-Wechselrichtern auf dem Markt bieten mittlerweile Anti-PID-Hardware und zugehörige Software zum Schutz vor Leistungseinbußen an oder verkaufen separates Zubehör zur Ausführung der Schutzfunktionen. CPS America bietet beispielsweise den CPS Energy Balancer an, während Sungrow Anti-PID-Hardware in seine Stringwechselrichter SG125HV und SG250HX einbaut. Sungrow begann etwa 2018 mit dem Angebot von Anti-PID-Strangwechselrichtern.

„Damals gab es Fragen zu den Verschlechterungsraten von Panels im Allgemeinen, also haben wir die Lösung entwickelt“, sagte Daniel Friberg, Direktor für Produkt und Technik bei Sungrow.

Yaskawa Solectria hat kürzlich eine Anti-PID-Version seines String-Wechselrichters der Serie XGI 1500-250 angekündigt, die auf den Betrieb mit First Solar-Dünnschichtmodulen zugeschnitten ist.

„Dazu sind ein paar kleine interne Änderungen am Wechselrichter erforderlich. Das ist keine große Sache, aber es erfordert etwas Entwicklungszeit und eine Aktualisierung der Auflistung für ein brandneues spezifisches Modell dieser Serie, also sind wir gerade dabei, das zu beweisen.“ im Labor", sagte Miles Russell, Leiter Produktmanagement bei Yaskawa Solectria Solar.

Sowohl Solectria als auch First Solar stellen ihre Produkte in den Vereinigten Staaten her, was Installateuren eine einfache Möglichkeit bietet, die in der IRA enthaltenen Anreizziele für inländische Inhalte zu erreichen. Aber sie diskutierten die PID-Abschwächung lange bevor die IRA geschrieben wurde.

„Wir haben diese Beziehung vor zwei Jahren begonnen, mit dem rein technischen Ziel, ein Produkt zu entwickeln, das problemlos mit unserem Produkt kompatibel ist“, sagte Alex Kamerer, Projektmanager bei First Solar. „Wir gehen noch einen Schritt weiter, um die Kompatibilität mit unseren Systemanbietern sicherzustellen, was unseren Kunden zugutekommt.“

Obwohl immer mehr Wechselrichterhersteller damit beginnen, Anti-PID-Funktionen in String-Wechselrichter zu integrieren, da die Technologie zunehmend in größeren Projekten eingesetzt wird, müssen Ingenieure laut Marsh von Origis manchmal immer noch Datenblätter durchforsten, um die Anti-PID-Funktionen eines Produkts zu überprüfen.

„Wir stellen fest, dass es einige Optionen gibt, die jedoch nicht unbedingt einen großen Einfluss auf die Anschaffungskosten des Wechselrichters haben“, sagte er. „Allerdings handelt es sich hierbei in der Regel nicht um Wechselrichterfunktionen, die viel Aufmerksamkeit erregen, vielleicht weil das Thema sehr, sehr technisch ist oder weil PID selbst in der Praxis ziemlich schwer zu erkennen ist. Es werden also sicherlich einige transformatorlose Wechselrichter auf den Markt kommen.“ ohne diese Funktion.“

Doch die Eindämmung von PID wird noch wichtiger, da Solarunternehmen nun die Möglichkeit haben, die Produktionssteuergutschrift (Production Tax Credit, PTC) im IRA in Anspruch zu nehmen. Für die Gewissheit der Steuergutschrift ist es von entscheidender Bedeutung, die Verschlechterung unter Kontrolle zu halten, damit die Module so lange wie möglich maximale Leistung liefern.

„Ich denke, dass ein weitreichendes Branchenverständnis der Faktoren bei PID wahrscheinlich verbessert werden muss – Aufklärung über die Zeiten, in denen Ihre Module anfällig für PID sein könnten, sowie über Erkennungsmethoden“, sagte Marsh.